CN101797595B - 多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构属于材料挤压加工技术领域，涉及对等通道转角挤压装置的改进。它包括凸模[2]和凹模，其特征在于，所说的凸模[2]上有一个截面为正方形的导向杆[6]，在导向杆[6]的4个侧面上对称分布4个挤压杆[4]；所说的凹模型腔由4路挤压通道和公用导向通道[9]组成，公用导向通道[9]的4个侧面分别与4个挤压入口通道[7]的内侧面共面，公用导向通道[9]的高度大于导向杆[6]的高度。本发明显著增强了凸模刚度，减少了试样与模壁之间的摩擦力，从而提高了凸模的使用寿命，消除了安全隐患。同时，多路挤压通道设计也大大提高了加工效率。

Description

多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构
技术领域
本发明属于材料挤压加工技术领域，涉及对等通道转角挤压装置的改进。
背景技术
超细晶材料因具有不同于传统材料的优良力学性能和独特的物理性能而受到广泛关注。剧烈塑性变形是制备超细晶材料的一种重要工艺，具体又分为高压扭转法、多向锻造法、反复轧压法和等通道转角挤压(Equal Channel Angular Extrusion or Pressing，简称ECAE或ECAP)法等，其中ECAE被认为是一种很有工程应用前景的超细晶制备工艺。图1为ECAE工艺基本原理示意图，ECAE模具由两个截面相等并以一定角度相交的通道构成，两通道的夹角为Φ，在凸模2压力的作用下，试样1在位于由两个凹模半模3组成的凹模挤压通道的拐角处产生近似剪切变形。由于试样挤压后的横截面形状未发生改变，所以可反复多道次挤压达到不断细化晶粒的目的。目前，国内外已经发展了许多不同的ECAE挤压模具，但这些模具存在以下主要缺点：现有模具的凸模通常被设计成简单的冲头，如专利US7191630、US5850755、CN2584308、CN101259493、CN1792487、CN1712155、CN1704485、CN1357420、CN200988058、CN2455398等均是如此。图2为现有ECAE模具简单冲头式凸模的结构示意图。从材料力学角度分析，这种简单冲头式结构设计最突出的缺点是缺乏足够的刚度。当被挤压材料的强度较高、试样高径比较大(≥2.5)或模具内角Φ较小(＜90°)时，在挤压过程中冲头因受到很大反向作用力而容易发生弯曲或断裂失稳，极大限制了ECAE模具内角选择的灵活性及可加工材料的范围和尺寸，降低了凸模的使用寿命。其次，构成现有模具挤压通道的模壁通常是固定的，挤压时试样与模壁之间的摩擦力较大，不仅降低了挤压试样的表面质量，也增加了凸模的承受载荷。而且，冲头突然断裂时还可能崩出金属碎削伤及附近的操作人员，存在着一定安全隐患。另外，现有模具通常只能提供单路挤压通道，即一次只能挤压一根试样，加工效率较低，成本高。如专利US5850755、CN1704485、CN1712155、CN1357420、KR20020093403等都是如此。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能提高凸模的刚度、减少试样与模壁之间摩擦力的等通道转角挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构，以提高凸模的使用寿命，消除安全隐患。本发明的目的之二是：提出一种可同时挤压多根试样的具有多通道的等通道转角挤压装置的凸模和凹模型腔结构，以提高模具的加工效率，降低加工成本。
本发明的技术方案是：多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构，包括凸模和凹模，凸模包括压板和挤压杆，挤压杆的上端与压板的下表面连接为整体，一路凹模型腔由位于两个分模面上的半模型腔组成，当两个分模面贴合后，两个半模型腔对合形成一路完整的凹模型腔，一路凹模型腔包括一个由垂直的挤压入口通道和与其连通的挤压出口通道组成的挤压通道，挤压入口通道和挤压出口通道的夹角为挤压通道的内角Φ，挤压入口通道和挤压出口通道的截面为相等的矩形，挤压入口通道的上端口位于凹模的上表面，挤压出口通道的外端口位于凹模的侧面；其特征在于，
(1)所说的凹模的水平截面为正方形，它由4个结构相同、水平截面为正方形的四分之一凹模组成，在每两个邻接的四分之一凹模的分模面上有一路凹模型腔，凹模上共有对称分布的4路结构相同的凹模型腔；
(2)所说的凸模上有一个截面为正方形的导向杆，导向杆的截面边长不小于挤压杆截面宽度的2倍，也不小于挤压杆的截面长度，导向杆的高度至少为挤压杆高度的3倍，导向杆的4个侧面上各有1个高度相同的挤压杆，4个挤压杆对称分布，导向杆的中心线与带有挤压杆的截面的中心线重合，导向杆的上端面与压板的下表面连接为整体，导向杆与4个挤压杆一体加工成形；
(3)所说的凹模型腔由4路挤压通道和公用导向通道组成，公用导向通道的截面为正方形，公用导向通道与导向杆间隙配合，公用导向通道位于4路挤压入口通道的中心，公用导向通道的4个侧面分别与4路挤压入口通道的内侧面共面，公用导向通道的高度大于导向杆的高度。
本发明的优点是：显著增强了凸模的刚度，减少了试样与模壁之间的摩擦力，从而提高了凸模的使用寿命，消除了安全隐患。同时，多路挤压通道设计也大大提高了加工效率，降低了加工成本。试验证明，本发明的一个实施例的凸模使用寿命比简单冲头式凸模的使用寿命提高了5倍以上，加工效率提高了3倍。
附图说明
图1为ECAE工艺基本原理示意图。
图2为现有ECAE模具简单冲头式凸模的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。图中显示的是本发明的凸模和两个四分之一凹模。
图4为本发明凸模的立体示意图，图中省略了压板。
图5为本发明四分之一凹模的立体示意图。
图6为本发明凹模的立体示意图，图中省略了一个四分之一凹模。
具体实施方式
下面结合图3至图6以及实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于所述的实施例。为了便于说明，规定图3中左右方向为挤压杆4截面的宽度方向，内外方向为挤压杆4截面的长度方向，上下方向为挤压杆4的高度方向。多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构，包括凸模2和凹模，凸模2包括压板5和挤压杆4，挤压杆4的上端与压板5的下表面连接为整体，一路凹模型腔由位于两个分模面上的半模型腔组成，当两个分模面贴合后，两个半模型腔对合形成一路完整的凹模型腔，一路凹模型腔包括一个由垂直的挤压入口通道7和与其连通的挤压出口通道8组成的挤压通道，挤压入口通道7和挤压出口通道8的夹角为挤压通道的内角Φ，挤压入口通道7和挤压出口通道8的截面为相等的矩形，挤压入口通道7的上端口位于凹模的上表面，挤压出口通道8的外端口位于凹模的侧面；其特征在于，
(1)所说的凹模的水平截面为正方形，参见图5、6，它由4个结构相同、水平截面为正方形的四分之一凹模10组成，在每两个邻接的四分之一凹模10的分模面上有一路凹模型腔，凹模上共有对称分布的4路结构相同的凹模型腔；
(2)所说的凸模2上有一个截面为正方形的导向杆6，参见图4，导向杆6的截面边长不小于挤压杆4截面宽度的2倍，也不小于挤压杆4的截面长度，导向杆6的高度至少为挤压杆4高度的3倍，导向杆6的4个侧面上各有1个高度相同的挤压杆4，4个挤压杆4对称分布，导向杆6的中心线与带有挤压杆4的截面的中心线重合，导向杆6的上端面与压板5的下表面连接为整体，导向杆6与4个挤压杆4一体加工成形；
(3)所说的凹模型腔由4路挤压通道和公用导向通道9组成，参见图6，公用导向通道9的截面为正方形，公用导向通道9与导向杆6间隙配合，公用导向通道9位于的4路挤压入口通道7的中心，公用导向通道9的4个侧面分别与4路挤压入口通道7的内侧面共面，公用导向通道9的高度大于导向杆6的高度。
本发明的工作原理是：由于挤压杆4与导向杆6是一体加工成形，因而极大提高了凸模刚度。导向杆6的4个侧壁分别构成4路挤压入口通道7的内侧壁，而它在挤压过程中是和试样1一起向下运动的，可以明显减少试样接触导向杆一侧的挤压摩擦力并改善挤压试样的表面质量。由于增加了挤压通道的路数，因而显著提高了加工效率。
实施例：
具有简单冲头式凸模设计的现有ECAE模具由于缺乏足够的刚度而无法进行高强度板状试样的挤压，即使挤压强度很低(如纯A1)的板状试样时凸模的使用寿命也很短，通常挤压十几个道次后凸模就发生了弯曲变形。按照本发明原理设计出一套可用于多根板状试样同时加工的凸模和凹模型腔配合结构，具体参数为：挤压通道内角Φ＝120°，挤压通道的截面宽度×长度尺寸为5mm×40mm，挤压入口通道7的高度为120mm，挤压杆4的高度为120mm，导向杆6的截面边长为80mm，高度为380mm，公用导向通道9的高度为420mm。使用具有这套凸模和凹模型腔配合结构的ECAE模具在100℃挤压尺寸为4.9mm×39.9mm×100mm的7050高强铝合金板状试样，凸模总挤压道次超过了100次后仍然保持良好的工作状态，比简单冲头式凸模的使用寿命提高了5倍以上，加工效率也比现有单路挤压通道的模具提高了3倍。

Claims (1)

1.多路等通道挤压装置的凸模和凹模型腔配合结构，包括凸模[2]和凹模，凸模[2]包括压板[5]和挤压杆[4]，挤压杆[4]的上端与压板[5]的下表面连接为整体，一路凹模型腔由位于两个分模面上的半模型腔组成，当两个分模面贴合后，两个半模型腔对合形成一路完整的凹模型腔，一路凹模型腔包括一个由垂直的挤压入口通道[7]和与其连通的挤压出口通道[8]组成的挤压通道，挤压入口通道[7]和挤压出口通道[8]的夹角为挤压通道的内角Φ，挤压入口通道[7]和挤压出口通道[8]的截面为相等的矩形，挤压入口通道[7]的上端口位于凹模的上表面，挤压出口通道[8]的外端口位于凹模的侧面；其特征在于，
(1)所说的凹模的水平截面为正方形，它由4个结构相同、水平截面为正方形的四分之一凹模[10]组成，在每两个邻接的四分之一凹模[10]的分模面上有一路凹模型腔，凹模上共有对称分布的4路结构相同的凹模型腔；
(2)所说的凸模[2]上有一个截面为正方形的导向杆[6]，导向杆[6]的截面边长不小于挤压杆[4]截面宽度的2倍，也不小于挤压杆[4]的截面长度，导向杆[6]的高度至少为挤压杆[4]高度的3倍，导向杆[6]的4个侧面上各有1个高度相同的挤压杆[4]，4个挤压杆[4]对称分布，导向杆[6]的中心线与带有挤压杆[4]的截面的中心线重合，导向杆[6]的上端面与压板[5]的下表面连接为整体，导向杆[6]与4个挤压杆[4]一体加工成形；
(3)所说的凹模型腔由4路挤压通道和公用导向通道[9]组成，公用导向通道[9]的截面为正方形，公用导向通道[9]与导向杆[6]间隙配合，公用导向通道[9]位于4路挤压入口通道[7]的中心，公用导向通道[9]的4个侧面分别与4路挤压入口通道[7]的内侧面共面，公用导向通道[9]的高度大于导向杆[6]的高度。
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