CN105441842B - 超声波辅助等径角挤压工艺及其装置 - Google Patents

超声波辅助等径角挤压工艺及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种超声波辅助等径角挤压工艺及其装置，其中工艺包括步骤：S1、超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料；S2、超声波发生器驱动超声波挤压头挤压坯料第一指定时间段后，停止驱动超声波挤压头；S3、超声波发生器停止驱动超声波挤压头第二指定时间段后，再次驱动超声波挤压头挤压坯料；S4、重复步骤S2和S3，直至完成一个道次的挤压。本发明与现有技术的等径角挤压相比，使挤压力下降10～30％，晶粒细化效果更加明显，超声波的高频振动使材料的位错密度增大，材料的抗拉强度更高，超声波的热效应使材料的热稳定性更好。

Description

超声波辅助等径角挤压工艺及其装置
技术领域
本发明涉及到晶粒细化领域，特别是涉及到一种超声波辅助等径角挤压工艺及其装置。
背景技术
传统等径角挤压工艺是使坯料单独在挤压力的作用下通过等径角挤压模具来细化晶粒。传统等径角挤压工艺细化晶粒的效果差，而且材料晶粒经过细化后热稳定性不好。为了解决热稳定等问题，，在等径角挤压过程中引入了超声波装置，但是超声波没有直接作用到坯料上面，而是加在模具的侧面或底面，降低了超声波的效果。
如何提高超声波的效果，是需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种提高超声波效果的超声波辅助等径角挤压工艺及其装置。
为了实现上述发明目的，本发明首先提出一种超声波辅助等径角挤压工艺，包括步骤：
S1、超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料；
S2、超声波发生器驱动超声波挤压头挤压坯料第一指定时间段后，停止驱动超声波挤压头；
S3、超声波发生器停止驱动超声波挤压头第二指定时间段后，再次驱动超声波挤压头挤压坯料；
S4、重复步骤S2和S3，直至完成一个道次的挤压。
进一步地，所述步骤S2中，所述超声波发生器驱动超声波挤压头的振幅为1-10微米。
进一步地，所述第一指定时间段和第二指定时间段的时间长度相同，或者不同。
本发明还提供一种超声波辅助等径角挤压装置，包括超声波发生器、超声波挤压头和时间控制器；
所述超声波发生器驱动超声波挤压头挤压等径角挤压模具内的坯料；
所述时间控制器控制超声波发生器的工作时间，其中，所述时间控制器控制超声波发生器工作第一指定时间段后，停止工作；当超声波发生器停止工作第二指定时间段后，再次控制超声波发生器工作。
进一步地，所述超声波挤压头包括超声波驱动头和冲头；
所述超声波驱动头与所述冲头可拆卸的连接；
所述超声波驱动头驱动所述冲头工作。
进一步地，所述超声波发生器驱动超声波挤压头的振幅为1-10微米。
本发明的超声波辅助等径角挤压工艺，将超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料进行挤压坯料，为了克服长时间通过超声波挤压头直接挤压坯料而产生过量的热，在挤压过程中，进行间断式挤压，即挤压一段时间后，停止挤压，当热量降低后，继续进行挤压，并重复挤压和停止挤压的过程，从而既可以保证等径角挤压顺利进行，又可以防止热量过高而损坏坯料、模具等，与传统等径角挤压相比，超声波辅助等径角挤压工艺使挤压力下降10～30％，晶粒细化效果更加明显，超声波的高频振动使材料的位错密度增大，材料的抗拉强度更高，超声波的热效应使材料的热稳定性更好。
附图说明
图1为本发明一实施例的超声波辅助等径角挤压工艺的流程示意图；
图2为本发明一实施例的超声波辅助等径角挤压装置的结构示意图；
图3为本发明另一实施例的超声波辅助等径角挤压装置的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明实施例提出一种超声波辅助等径角挤压工艺，包括步骤：
S1、超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料；
S2、超声波发生器驱动超声波挤压头挤压坯料第一指定时间段后，停止驱动超声波挤压头；
S3、超声波发生器停止驱动超声波挤压头第二指定时间段后，再次驱动超声波挤压头挤压坯料；
S4、重复步骤S2和S3，直至完成一个道次的挤压。
本实施例中，上述超声波发生器是一种产生超声波震动的设备，其主要作用是提供超声波震动，并将震动信号传递给超声波挤压头。上述超声波挤压头，是一种将超声波震动直接传递给坯料，并对坯料进行挤压的设备，其包括一根与等径角挤压模具开口适配的冲头，冲头可以伸入模具中。
如上述步骤S1所述，将超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料上，可以将超声波产生的效果直接作用于坯料上，使超声波产生的作用更加明显，比如节约更多的挤压力，更好的解决热稳定等问题。
如上述步骤S2所述，因为超声波挤压头直接作用于坯料上，所以长时间进行工作，会使坯料、模具和超声波挤压头都产生大量的热，当热量高于某一临界值时，就会对坯料、模具和超声波挤压头等产生破坏，所以需要控制每一次超声波挤压头的工作时间，即第一指定时间段，该第一指定时间段一般根据坯料的材质、超声波的频率等进行确定，以确保各部件的正常使用，使等径角挤压过程的顺利完成，比如同频率、同振幅的情况下，挤压熔点相对较低的坯料时，第一指定时间段会较短，如果挤压熔点较高的坯料时，则可以将第一指定时间段设定的较长一些。
如上述步骤S3所述，需要停止工作的第二指定时间段，其实是给坯料、模具和超声波挤压头等散热的时间长度，以便于再次使超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料时，不会产生过量的热而损坏坯料、模具和超声波挤压头等。
如上述步骤S4所述，重复进行步骤S2和S3，直至完成一个道次的挤压。根据坯料的材质、大小，超声波挤压头的震动频率、震动振幅和挤压力的大小等参数的不同，重复步骤S2和S3的次数也不同，所以需要根据实际的挤压情况确定步骤S2和S3的重复次数等。
本发明实施例中，上述超声波发生器驱动超声波挤压头挤压坯料第一指定时间段后，停止驱动超声波挤压头的步骤S2中，所述超声波发生器驱动超声波挤压头的振幅为1-10微米，由于超声波挤压头直接作用于坯料上，所以不宜将其振幅设定的太高，使其可以顺利的完成超声波震动的同时完成挤压的工作。
本实施例中，上述第一指定时间段和第二指定时间段的时间长度相同，方便控制；在其它实施例中，上述第一指定时间段和第二指定时间段的时间长度也可以不同，根据具体的情况进行具体的设定，可以提高某些材质坯料的等径角挤压效率等，比如，某一材质的坯料，其散热速度快，而震动产生热量相对较慢，那么可设定第一指定时间段的长度大于第二指定时间段的长度等，从而提高等径角挤压效率。
在一具体实施例中，对材质为铜的坯料进行等径角挤压。首先将坯料放置于等径角挤压模具内，然后将超声波挤压头直接作用于坯料上；然后通过超声波发生器驱动超声波挤压头进行震动挤压，其震动挤压时间进行若干秒后，超声波发生器停止驱动超声波挤压头若干秒，然后不断的重复上述过程，直到完成一个道次的挤压。其中超声波挤压头在震动挤压时，根据实际等径角挤压要求，其振幅为1微米、或2微米、或3微米、或5微米等在1～10微米中任意一适配地振幅值，频率为大于或等于20Khz中的任意一适配地频率值，其中每次震动挤压的时间以不损坏坯料、等径角挤压模具和超声波挤压头为基本要求，而每次停止驱动超声波挤压头30的时间以放掉的热量满足下一次震动挤压而不会损坏坯料、等径角挤压模具和超声波挤压头为基本要求。最后根据使用要求，将上述的挤压工艺过程进行对应道次的挤压，如进行8个道次的挤压等，其挤压后坯料的平均晶粒尺寸比现有技术挤压后的平均晶粒尺寸小0.1微米左右。
本发明实施例的超声波辅助等径角挤压工艺，将超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料进行挤压坯料，为了克服长时间通过超声波挤压头直接挤压坯料而产生过量的热，在挤压过程中，进行间断式挤压，即挤压一段时间后，停止挤压，当热量降低后，继续进行挤压，并重复挤压和停止挤压的过程，从而既可以保证等径角挤压顺利进行，又可以防止热量过高而损坏坯料、模具等，与传统等径角挤压相比，超声波辅助等径角挤压工艺使挤压力下降10～30％，晶粒细化效果更加明显，超声波的高频振动使材料的位错密度增大，材料的抗拉强度更高，超声波的热效应使材料的热稳定性更好。
参照图2，本发明还提供一种超声波辅助等径角挤压装置，包括超声波发生器10、超声波挤压头30和时间控制器20；所述超声波发生器10驱动超声波挤压头30挤压等径角挤压模具40内的坯料50；所述时间控制器20控制超声波发生器10的工作时间，其中，所述时间控制器20控制超声波发生器10工作第一指定时间段后，停止工作；当超声波发生器10停止工作第二指定时间段后，再次控制超声波发生器10工作。本实施例中，上述第一指定时间段和第二指定时间段的时间长度相同，方便控制，在其它实施例中，也可以根据具体的情况进行具体的设定，比如，第一指定时间段的长度大于第二指定时间段的长度等。
本实施例中，上述超声波发生器10是一种产生超声波震动的设备，其主要作用是提供超声波震动，并将震动信号传递给超声波挤压头30。上述超声波挤压头30，是一种将超声波震动直接传递给坯料50，并对坯料50进行挤压的设备，其包括一根与等径角挤压模具40开口适配的冲头32，冲头32可以伸入模具中。上述时间控制器20是一种控制超声波发生器10启动时间和关闭时间的电子设备，比如为PLC控制器等，在其中输入时间控制参数，然后使超声波发生器10根据时间控制参数进行相应的启动和关闭。
本实施例中，将超声波挤压头30直接压迫于等径角挤压模具40内的坯料50上，可以将超声波产生的效果直接作用于坯料50上，使超声波产生的作用更加明显，比如节约更多的挤压力，更好的解决热稳定等问题。因为超声波挤压头30直接作用于坯料50上，所以长时间进行工作，会使坯料50、模具和超声波挤压头30都产生大量的热，当热量高于某一临界值时，就会对坯料50、模具和超声波挤压头30等产生破坏，所以需要控制每一次超声波挤压头30的工作时间，即第一指定时间段，该第一指定时间段一般根据坯料50的材质、超声波的频率等进行确定，以确保各部件的正常使用，使等径角挤压过程的顺利完成，比如同频率、同振幅的情况下，挤压熔点相对较低的坯料50时，第一指定时间段会较短，如果挤压熔点较高的坯料50时，则可以将第一指定时间段设定的较长一些。需要停止工作的第二指定时间段，其实是给坯料50、模具和超声波挤压头30等散热的时间长度，以便于再次使超声波挤压头30直接压迫于等径角挤压模具40内的坯料50时，不会产生过量的热而损坏坯料50、模具和超声波挤压头30等。然后需要重复启动和停止超声波发生器10的过程，直至完成一个道次的挤压。
参照图3，在另一实施例中，上述超声波挤压头30包括超声波驱动头31和冲头32；所述超声波驱动头31与所述冲头32可拆卸的连接；所述超声波驱动头31驱动所述冲头32工作。冲头32和超声波驱动头31两者可拆卸地连接，可以根据不同的等径角挤压任务选择对应的冲头32，提高超声波挤压头30的使用效率，使一套超声波辅助等径角挤压装置可以替换冲头32以对应不同的等径角挤压任务，降低等径角挤压的成本。
本实施例中，上述超声波发生器10驱动超声波挤压头30的振幅为1-10微米，由于超声波挤压头30直接作用于坯料50上，所以不宜将其振幅设定的太高，使其可以顺利的完成超声波震动的同时完成挤压的工作。
在一具体实施例中，对材质为铜的坯料50进行等径角挤压。首先将坯料50放置于等径角挤压模具40内，然后将超声波挤压头30直接作用于坯料50上；然后通过超声波发生器10驱动超声波挤压头30进行震动挤压，其震动挤压时间进行若干秒后，超声波发生器10停止驱动超声波挤压头30若干秒，然后不断的重复上述过程，直到完成一个道次的挤压。其中超声波挤压头30在震动挤压时，根据实际等径角挤压要求，其振幅为1微米、或2微米、或3微米、或5微米等在1～10微米中任意一适配地振幅值，频率为大于或等于20Khz中的任意一适配地频率值，其中每次震动挤压的时间以不损坏坯料50、等径角挤压模具40和超声波挤压头30为基本要求，而每次停止驱动超声波挤压头30的时间以放掉的热量满足下一次震动挤压而不会损坏坯料50、等径角挤压模具40和超声波挤压头30为基本要求。最后根据使用要求，将上述的挤压工艺过程进行对应道次的挤压，如进行8个道次的挤压等，其挤压后坯料50的平均晶粒尺寸比现有技术挤压后的平均晶粒尺寸小0.1微米左右。本实施例中，超声波挤压头30可以拆分成超声波驱动头31和冲头32，可以通过更换不同型号的冲头32针对不同坯料50进行等径角挤压。
本发明实施例的超声波辅助等径角挤压装置，将超声波挤压头30直接压迫于等径角挤压模具40内的坯料50进行挤压坯料50，为了克服长时间通过超声波挤压头30直接挤压坯料50而产生过量的热，在挤压过程中，进行间断式挤压，即挤压一段时间后，停止挤压，当热量降低后，继续进行挤压，并重复挤压和停止挤压的过程，从而既可以保证等径角挤压顺利进行，又可以防止热量过高而损坏坯料50、模具等，与传统等径角挤压相比，超声波辅助等径角挤压工艺使挤压力下降10～30％，晶粒细化效果更加明显，超声波的高频振动使材料的位错密度增大，材料的抗拉强度更高，超声波的热效应使材料的热稳定性更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种超声波辅助等径角挤压工艺，其特征在于，包括步骤：
S1、超声波挤压头直接压迫于等径角挤压模具内的坯料；
S2、超声波发生器驱动超声波挤压头挤压坯料第一指定时间段后，停止驱动超声波挤压头；
S3、超声波发生器停止驱动超声波挤压头第二指定时间段后，再次驱动超声波挤压头挤压坯料；
S4、重复步骤S2和S3，直至完成一个道次的挤压。
2.根据权利要求1所述的超声波辅助等径角挤压工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述超声波发生器驱动超声波挤压头的振幅为1-10微米。
3.根据权利要求1所述的超声波辅助等径角挤压工艺，其特征在于，所述第一指定时间段和第二指定时间段的时间长度相同，或者不同。
4.一种超声波辅助等径角挤压装置，其特征在于，包括超声波发生器、超声波挤压头和时间控制器；
所述超声波发生器驱动超声波挤压头挤压等径角挤压模具内的坯料；
所述时间控制器控制超声波发生器的工作时间，其中，所述时间控制器控制超声波发生器工作第一指定时间段后，停止工作；当超声波发生器停止工作第二指定时间段后，再次控制超声波发生器工作。
5.根据权利要求4所述的超声波辅助等径角挤压装置，其特征在于，所述超声波挤压头包括超声波驱动头和冲头；
所述超声波驱动头与所述冲头可拆卸的连接；
所述超声波驱动头驱动所述冲头工作。
6.根据权利要求4或5所述的超声波辅助等径角挤压装置，其特征在于，所述超声波发生器驱动超声波挤压头的振幅为1-10微米。
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