CN103639218B - 一种半自动等径角挤压实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半自动等径角挤压实验装置,属于材料热加工挤压技术领域。可用于Ti5553合金的ECAE实验,包括顶杆、下模、上模、试样围挡装置、试样顶出螺钉、导向柱、试样出口通道、试样挡板、挡板螺柱、螺柱连接杆、上下模连接螺栓与螺母。本发明通过试样围挡装置形成井字形通道,极大方便了试样的装入;试样挡板的斜面与顶杆配合,可在挤压时自动使试样围挡装置复位;试样可由试样顶出螺钉平稳地取出,避免拆卸下模、上模。
Description
技术领域
本发明涉及一种半自动等径角挤压实验装置,尤其是一种适合于钛合金挤压的装置,属于材料热加工挤压技术领域。
背景技术
钛合金自20 世纪50 年代问世以来,受到材料界广泛重视,在航天航空、军事、海洋、船舶、生物医学、化工和能源等领域显示出巨大的应用前景。在钛合金家族中,Ti5553合金具有对偏析不太敏感,强度优异和断裂韧性较高等优点,特别适合制造必须承受巨大应力的零部件,例如起落架和发动机零部件等,在航空航天工业中日益受到青睐。
Ti5553合金本身质地较软,冲蚀磨损性能较差,是引起零件破坏或设备失效的一个重要原因。据有关资料统计:在航天航空发动机等零部件中,先进发动机压气机叶片全部采用钛合金,在使用过程中,空气中尘埃和沙粒等在高速气流作用下将对前级叶片造成严重冲蚀,其寿命可降低至正常寿命的1/10;在船用机械中,螺旋桨、阀及管道等大量使用钛合金,材料的冲蚀磨损是导致水轮机、水泵等过流部件的过早磨损、效率下降和寿命缩短等的主要原因,给国民经济造成巨大的损失。这些缺点严重制约了Ti5553合金的进一步应用。
由Segal提出的等径角挤压法(ECAE)可以解决上述问题。ECAE以纯剪切的方式实现金属材料的大塑性变形,利用挤压过程中的加工硬化、动态回复和动态再结晶来控制被挤压材料的微观组织演变,达到细化晶粒、提高材料综合力学性能的目的。
ECAE挤压道次、挤压路线和挤压温度都会直接影响被挤压的Ti5553合金的综合性能,故一套合适的等径角挤压实验装置,对于开展Ti5553合金的ECAE工作是十分必要的。目前,国内外发展了不少ECAE实验装置或ECAE模具,但现有的装置或模具存在以下缺点:(1)顶杆的刚度和抗失稳能力较低,容易造成挤压失败。(2)顶杆装入模具仍需花费一定的时间,导致试样温度下降。(3)试样脱模较为困难,取出试样需要拆卸实验装置或模具,或通过敲击试样,容易造成试样变形,不利于实验研究。
综上可知,现有的ECAE实验装置或模具不能高效地用于对Ti5553合金挤压的实验研究,目前是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种半自动等径角挤压实验装置。
本发明要解决的是现有的ECAE模具不能高效地用于对Ti5553合金进行挤压试验的不足。
一种半自动等径角挤压实验装置,包括顶杆、下模、上模、试样围挡装置、试样顶出螺钉、导向柱、试样出口通道、试样挡板、挡板螺柱、螺柱连接杆、螺母、顶杆导向槽、等径角通道、挡板槽、小斜面、大斜面、光孔、螺纹孔和H型上部,所述下模、上模通过多个螺母及螺丝的配合相互固定在一起,顶杆安装在下模、上模配合处的上部空隙处,下模、上模两侧通过光孔均设有试样围挡装置、试样顶出螺钉,下模、上模前侧设有试样出口通道;试样围挡装置由试样挡板、挡板螺柱、螺柱连接杆构成,顶杆由导向柱、大斜面、H型上部构成。
所述下模由顶杆导向槽、等径角通道、试样出口通道组成;上模由顶杆导向槽、试样出口通道组成;二套试样围挡装置初始时分别位于下模、上模的挡板槽内,当准备装入试样时,推动试样围挡装置至等径角通道的外侧,则二套试样围挡装置与等径角通道形成四周封闭的井字形通道,便于试样的装入,顶杆下移时,顶杆的大斜面与试样围挡装置的小斜面相接触,推动试样围挡装置向外运动,使其自动返回挡板槽。
所述试样挡板与二个挡板螺柱通过螺纹连接,一个螺柱连接杆与二个挡板螺柱通过螺纹连接;下模和上模内的挡板螺柱分别穿过下模和上模外侧的光孔。
所述挡板槽位于下模和上模的顶杆导向槽侧面。
所述下模和上模外侧分别开有二个光孔。
所述下模和上模外侧分别开有三个螺纹孔,试样顶出螺钉安装在螺纹孔中。
本发明的优点是:1、采用顶杆由于下部的导向柱已经***下模、上模内,故可以准确、快速地将顶杆的H型上部引导至下模、上模内,节省了传统实验装置放置挤压顶杆的时间;顶杆的斜面可以自动地将试样围挡装置推回挡板槽内;
2、试样围挡装置与等径角通道形成了四周封闭的井字形通道,极大地降低了试样装入的难度(因为等径角通道只有两个壁面,另两个壁面不封闭,无法限制试样垂直于等径角通道方向的运动,极易造成装入试样时试样掉入旁边的顶杆导向槽内,造成挤压失败),可以避免试样温度下降过快;
3、试样挡板的斜面与顶杆的斜面配合,使得挤压时试样围挡装置自动返回挡板槽内,无需手工操作,亦可避免试样温度下降过快;
4、试样顶出螺钉工作平稳,使得试样脱模冲击小,保护小型的实验试样;
5、与传统的实验装置或模具相比,本发明有以下优势:(a)顶杆定位准确、快速,避免试样温降过多;(b)试样围挡装置极大地方便了试样装入,缩短了试样的装入时间;(c)试样挡板的斜面与顶杆的斜面相配合,使得试样围挡装置在挤压时自动返回挡板槽,无需手动操作;(d)试样顶出螺钉使得试样脱模更为顺畅,无需拆卸实验装置,对试样冲击小,避免了用下一个试样顶出前一个试样时造成的受力恶化,保护了小型试样,特别适合实验研究场合;
6、本发明适用于研究长方形Ti5553合金试样的ECAE挤压工作,装入试样迅速,降低了对实验人员的技术水平要求,避免了小型Ti5553合金试样的大幅温降,为实验研究创造了良好的条件;试样脱模过程冲击小,既保护了小型Ti5553合金试样,又降低了实验人员的劳动强度。
附图说明
图1为本发明装置的总体结构示意图;
图2为顶杆的结构示意图;
图3为下模的左结构示意图;
图4为下模的右结构示意图;
图5为上模的左结构示意图;
图6为上模的右结构示意图;
图7为试样围挡装置与下模的配合左示意图;
图8为试样围挡装置与下模的配合右示意图;
图9为试样围挡装置的结构示意图;
图中:1、顶杆 2、下模 3、上模 4、试样围挡装置 5、试样顶出螺钉 6、导向柱 7、试样出口通道 8、试样挡板 9、挡板螺柱 10、螺柱连接杆 11、螺母 12、顶杆导向槽 13、等径角通道 14、挡板槽 15、小斜面 16、大斜面 17、光孔 18、螺纹孔 19、H型上部。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
一种半自动等径角挤压实验装置,包括顶杆1、下模2、上模3、试样围挡装置4、试样顶出螺钉5、导向柱6、试样出口通道7、试样挡板8、挡板螺柱9、螺柱连接杆10、螺母11、顶杆导向槽12、等径角通道13、挡板槽14、小斜面15、大斜面16、光孔17、螺纹孔18和H型上部19,所述下模2、上模3通过多个螺母11及螺丝的配合相互固定在一起,顶杆1安装在下模2、上模3配合处的上部空隙处,下模2、上模3两侧通过光孔17均设有试样围挡装置4、试样顶出螺钉5,下模2、上模3前侧设有试样出口通道7;试样围挡装置4由试样挡板8、挡板螺柱9、螺柱连接杆10构成,顶杆1由导向柱6、大斜面16、H型上部19构成。
所述下模2由顶杆导向槽12、等径角通道13、试样出口通道7组成;上模3由顶杆导向槽12、试样出口通道7组成;二套试样围挡装置4初始时分别位于下模2、上模3的挡板槽14内,当准备装入试样时,推动试样围挡装置4至等径角通道13的外侧,则二套试样围挡装置4与等径角通道13形成四周封闭的井字形通道,便于试样的装入,顶杆1下移时,顶杆1的大斜面16与试样围挡装置4的小斜面15相接触,推动试样围挡装置4向外运动,使其自动返回挡板槽14。
所述试样挡板8与二个挡板螺柱9通过螺纹连接,一个螺柱连接杆10与二个挡板螺柱9通过螺纹连接;下模2和上模3内的挡板螺柱9分别穿过下模2和上模3外侧的光孔17。
所述挡板槽14位于下模2和上模3的顶杆导向槽12侧面,充分利用模具紧凑的空间布置。
所述下模2和上模3外侧分别开有二个光孔17,使得导向更为稳定。
所述下模2和上模3外侧分别开有三个螺纹孔18,试样顶出螺钉5安装在螺纹孔18中,用于后期顶出试样,使得使用更为方便。
具体使用方法及安装过程如下:
一、装配试样围挡装置4
手持试样挡板8并伸入下模2的顶杆导向槽12内,同时将挡板螺柱9***下模2外侧的光孔17后,与试样挡板8连接。在完成二个挡板螺柱9与试样挡板8的连接后,装入螺柱连接杆10即可完成下模2的试样围挡装置4安装。重复上述步骤,完成上模3的试样围挡装置4安装。将下模2、上模3内的试样围挡装置4来回推动,检查其是否能顺畅运动以及能否顺利进入下模2、上模3内的挡板槽14;
二、装配下模2、上模3
依据下模2、上模3的定位销,将下模2、上模3合上并使其紧密接触。装配连接下模2、上模3的八个螺栓。试温时先不要将螺栓拧得太紧;
三、装上试样顶出螺钉5
将六个试样顶出螺钉5拧入下模2、上模3的对应螺纹孔18内。螺栓底部不得进入等径角通道13,以防压坏螺钉;
四、下模2、上模3固定至液压机工作平台
将连接后的下模2、上模3紧固于液压机工作平台。工作平台底部必须有深孔,以便顶杆1伸入;
五、***顶杆1,检查是否顺畅滑动
将顶杆1的导向柱6***下模2、上模3内的顶杆导向槽12内,检查顶杆1能否在下模2、上模3内顺畅滑动,并特别留意当顶杆1的H型上部19接近下模2、上模3时,其是否与下模2、上模3发生干涉;
六、确定液压机工作行程
根据试样长度,确定液压机的工作行程范围;
七、试样与模具加热,装入试样,挤压,顶出试样
用电阻炉加热试样至预定值后,保温一定时间后取出。抬高顶杆1,并用火钳抵在顶杆1的上部凹槽。由于顶杆1较长,易形成自锁,稍稍抵住顶杆1即可保证顶杆1不下滑。将试样放入试样围挡装置4与等径角通道13形成的井字形通道后,松开火钳,迅速启动液压机,试样围挡装置4将自动退回至挡板槽14,顶杆1开始挤压试样。待液压机走完一个工作行程,拧入试样顶出螺钉5后,即可得到被挤压的试样。
根据实验装置尺寸,将Ti5553合金线切割成10×10×100mm的长方形试样。试样加热预设温度分别选取950℃、850℃、750℃。实验装置加热温度为550℃。加热前,在顶杆1表面、下模2和上模3的顶杆导向槽12内均匀涂覆石墨润滑剂;在Ti5553合金试样表面均匀涂覆玻璃润滑剂。
实验结果:试样能顺利地放入试样围挡装置4与等径角通道13形成的井字形通道,试样围挡装置4顺利地自动退回到挡板槽14内。挤压结束后,试样顶出螺钉5能顺利地将试样顶至试样出口通道7。经过90度挤压成型后各方面性能大大提升,观察试样表面,挤压区域无宏观裂纹。与传统实验装置或模具对比,整个挤压过程工作平稳,劳动强度大大降低,工作效率高。
Claims (6)
1.一种半自动等径角挤压实验装置,包括顶杆(1)、下模(2)、上模(3)、试样围挡装置(4)、试样顶出螺钉(5)、导向柱(6)、试样出口通道(7)、试样挡板(8)、挡板螺柱(9)、螺柱连接杆(10)、螺母(11)、顶杆导向槽(12)、等径角通道(13)、挡板槽(14)、小斜面(15)、大斜面(16)、光孔(17)、螺纹孔(18)和H型上部(19),其特征是:所述下模(2)、上模(3)通过多个螺母(11)及螺丝的配合相互固定在一起,顶杆(1)安装在下模(2)、上模(3)配合处的上部空隙处,下模(2)的两侧和上模(3)的两侧通过光孔(17)均设有试样围挡装置(4)、试样顶出螺钉(5),下模(2)、上模(3)前侧设有试样出口通道(7);试样围挡装置(4)由试样挡板(8)、挡板螺柱(9)、螺柱连接杆(10)构成,顶杆(1)由导向柱(6)、大斜面(16)、H型上部(19)构成,导向柱(6)上设置大斜面(16),大斜面上安装H型上部(19)。
2.根据权利要求1所述的一种半自动等径角挤压实验装置,其特征是:所述下模(2)由顶杆导向槽(12)、等径角通道(13)、试样出口通道(7)组成;上模(3)由顶杆导向槽(12)、试样出口通道(7)组成;二套试样围挡装置(4)初始时分别位于下模(2)、上模(3)的挡板槽(14)内,当准备装入试样时,推动试样围挡装置(4)至等径角通道(13)的外侧,则二套试样围挡装置(4)与等径角通道(13)形成四周封闭的井字形通道,便于试样的装入,顶杆(1)下移时,顶杆(1)的大斜面(16)与试样围挡装置(4)的小斜面(15)相接触,推动试样围挡装置(4)向外运动,使其自动返回挡板槽(14)。
3. 根据权利要求1所述的一种半自动等径角挤压实验装置,其特征是:所述试样挡板(8)与二个挡板螺柱(9)通过螺纹连接,一个螺柱连接杆(10)与二个挡板螺柱(9)通过螺纹连接;下模(2)和上模(3)内的挡板螺柱(9)分别穿过下模(2)和上模(3)外侧的光孔(17)。
4. 根据权利要求1所述的一种半自动等径角挤压实验装置,其特征是:所述挡板槽(14)位于下模(2)和上模(3)的顶杆导向槽(12)侧面。
5.根据权利要求1所述的一种半自动等径角挤压实验装置,其特征是:所述下模(2)和上模(3)外侧分别开有二个光孔(17)。
6. 根据权利要求1所述的一种半自动等径角挤压实验装置,其特征是:所述下模(2)和上模(3)外侧分别开有三个螺纹孔(18),试样顶出螺钉(5)安装在螺纹孔(18)中。
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