CN110614285A - 高能脉冲电流辅助正挤压加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高能脉冲电流辅助正挤压加工装置及方法，属于金属材料加工领域。模具内部有铜块一、二及陶瓷管道，陶瓷管道通过凸环一、二与模具上的凹槽匹配，将铜块一、二与陶瓷管道装配好放入模具；顶杆由绝缘云母片和钢制的冲头构成，绝缘云母片镶嵌在冲头上形成模具的顶杆；电极一、二分别通过铜导线与脉冲电源相连接；由脉冲电源输出电流，电极一、二分别与模具内的铜块一、二相连，待试样开始挤压时，与试样共同形成闭合回路；热电偶经模具小孔直插模具内部，用于测量模具内部的温度，热电偶另一端连接脉冲电源，实现控温。优点在于：构思新颖，结构简单，使用方便，安全系数高。增加正挤压的效率，节约能量。实用性强。

Description

高能脉冲电流辅助正挤压加工装置及方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，特别涉及一种新型金属成形方式，尤指一种高能脉冲电流辅助正挤压加工装置及方法，用于成形部分轻合金（镁合金，铝合金），经实验论证效果明显。

背景技术

现有的正挤压方法能够细化晶粒，改善材料的性能，但是该方法却存在着以下的问题：

一、成形所需要的时间较长，加热范围大，时间长，效率低下。

二、成形较为困难，模具损耗较大，变形不均匀，材料性能差异大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高能脉冲电流辅助正挤压加工装置及方法，解决了现有技术存在的正挤压效率低下和成形困难的问题。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，包括模具和顶杆，模具为可拆卸的，模具通过特制螺栓紧密闭合，固定牢固，安全可靠，满足实验的要求。所述模具内部有铜块一3、铜块二4、陶瓷管道6，陶瓷管道6通过凸环一7、凸环二8与模具上的凹槽匹配，将铜块一3、铜块二4与陶瓷管道6装配好放入模具，在模具安装固定时，其也被完全固定。所述顶杆由绝缘云母片9和钢制的冲头10构成，起到绝缘的作用。绝缘云母片9镶嵌在冲头10上形成模具的顶杆；电极一1、电极二2分别通过铜导线与脉冲电源相连接；由脉冲电源输出电流，电极一1、电极二2分别与模具内的铜块一3、铜块二4相连，待试样开始挤压时，与试样共同形成闭合回路；热电偶经模具小孔5直插模具内部，用于测量模具内部的温度，热电偶另一端连接脉冲电源，实现控温，脉冲电源也可以根据温度和用户的要求自适应的改变电流参数，完成复杂多变的要求。

所述的铜块一3、铜块二4上下分别设有环形凸起，陶瓷管道6的凹槽与所述凸起相配合，使其内部结构稳定，可靠性好。陶瓷管道6上设有凸环一7、凸环二8，并与模具上的凹槽相配合；铜块一3、铜块二4与陶瓷管道6装配好放入模具内，闭合模具并通过特制螺栓将模具固定住。

所述的脉冲电源为定制智能电源，有两种启动方式：恒温和恒流模式；恒温模式下，用户需设定温度，通过热电偶所测的温度改变输出电流，从而控制成形温度；恒流模式下，用户只需要预设电流和安全温度，热电偶所返回的温度未超过设置的安全温度，则输出电流为预设电流，超过则报警。

所述的铜块一3、铜块二4与模具接触的部分刷上耐高温陶瓷绝缘涂料，具有绝缘、耐高温的作用。

所述的热电偶为K型热电偶，测量范围为0~1100℃。

所述的陶瓷管道6的A、B两端具有不同的内径，试样从内径较大的A端进入，从内径较小的B端出来，从而完成一次挤压，变形过程是在C区域内完成的。

所述的脉冲电流作用区域刚好是材料变形区域，可以有针对性的，高效的施以电脉冲，增加正挤压的效率，节约能量。

所述的陶瓷管道6的材料是刚玉陶瓷，其强度、刚度满足要求。陶瓷管道6用于将试样和模具隔离开，防止电流导入模具上。

本发明的另一目的在于提供一种高能脉冲电流辅助正挤压加工方法，包括以下步骤：

步骤一、清理润滑：将模具拆开，往陶瓷通道6内部涂抹导电润滑剂；

步骤二、安装工件：将陶瓷通道6与铜块一、二3、4配合，再一起安装到模具中，将模具合并，用特制长螺钉把模具固定住，使其能够正常工作；

步骤三、将导线和热电偶连接到模具上，开启电源设置电参数；

步骤四、将金属胚料上涂抹导电润滑剂，从陶瓷通道6的A端放入，胚料与铜块一、二3、4形成闭合的回路，脉冲电流作用于胚料上；接着在万能试验机的作用下挤压顶杆，顶杆以适当的速度向下运动，使金属胚料变形；

步骤五、挤压到顶杆完全进入模具中时，取出顶杆重复步骤四，从陶瓷通道6的B端得到变形的胚料；

步骤六、拆除模具，清理模具内部。

本发明的有益效果在于：本发明构思新颖，结构简单，使用方便。安全系数高，整体分为三个部分，成形部分，导电部分，绝缘部分。成形部分主要是通过模具内部的陶瓷管道实现的，陶瓷管道选用的是刚玉陶瓷，具有较高的强度，满足实验的需要，陶瓷管道A端和B端内径不同，A端内径为40mm，B端内径为30mm。通过C区域完成变形。

导电部分是通过电极将电导入到模具内铜块一、二上，当胚料进入时进入模具开始变形时，和铜块一、二连通，处于通电状态，成功将脉冲电导入到胚料上。胚料上电流连通部分正好是陶瓷管道的C区域，说明脉冲电流作用区域刚好是材料变形区域，可以有针对性的，高效的施以电脉冲，增加正挤压的效率，节约能量。

绝缘部分主要为于模具接触部分，作用是防止脉冲电流导到模具上。陶瓷管道隔离了胚料和模具接触，防止胚料上的电导到模具上，铜块一、二、电极一、二与模具接触的部分都充分涂抹了耐高温陶瓷绝缘涂料，可以在1000℃下工作，满足温度的要求。经过实际测量，涂抹耐高温陶瓷绝缘涂料铜块和电极电阻率均大于1000Ωm，满足需要。实用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置的结构示意图；

图2为本发明的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置的模具的***图；

图3为本发明的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置的顶杆的结构示意图；

图4为经过电脉冲挤压过后与未被挤压的材料的力学曲线对比图。

图中：1、电极一；2、电极二；3、铜块一；4、铜块二；5、热电偶孔；6、陶瓷通道；7、凸环一；8、凸环二；9、云母片；10、冲头。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图4所示，本发明的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，包括模具和顶杆，模具为可拆卸的，模具通过特制螺栓紧密闭合，固定牢固，安全可靠，满足实验的要求。所述模具内部有铜块一3、铜块二4、陶瓷管道6，陶瓷管道6通过凸环一7、凸环二8与模具上的凹槽匹配，将铜块一3、铜块二4与陶瓷管道6装配好放入模具，在模具安装固定时，其也被完全固定。

电极一、二分别通过铜导线与定制脉冲电源相连接。由定制脉冲电源输出电流，经导线，电流流入模具内的铜块一3、铜块二4上，待试样开始挤压时，与试样共同形成闭合回路。热电偶经模具小孔5直插模具内部，用于测量模具内部的温度，热电偶另一端连接脉冲电源，实现控温，热电偶采用的是K型热电偶，测量温度为0~1100℃。脉冲电源也可以根据温度，和用户的要求自适应的改变电流参数，完成复杂多变的要求。脉冲电流具有两种模式：恒温和恒流模式。恒温模式下，用户需设定温度，通过热电偶所测的温度改变输出电流，从而控制成形温度；恒流模式下，用户只需要预设电流和安全温度，热电偶所返回的温度未超过设置的安全温度，则输出电流为预设电流，超过则报警。恒温模式允许设置的温度范围为：0~450℃。恒流模式允许输入电流的最大值为40000A，频率范围为：0~10000HZ，报警温度为500℃。电源屏幕上显示电流为平均电流，其受电流峰值A_max（A），脉宽w（s），频率（f）共同决定，（电流峰值A_max<=40000A）其计算公式为：

A_mean=A_max×w×f

脉冲电源屏为触摸屏，在挤压开始之前可以先设置好运行的模式，并且输入预设的电参数，实验开始时，脉冲电流屏幕可以显示当前的平均电流，频率等参数，并且可以观测输出脉冲电流的波形图。

实施例：

参见图1至图3所示，以镁合金m3为例，详细的说明此实施例。

一种高能脉冲电流辅助正挤压加工方法，步骤如下：

1、将镁合金m3用线切割切成直径为38mm，长度为50mm的试样，并且用酒精清洗表面的污渍，洗净后吹干。

2、涂抹润滑，将模具拆开，往陶瓷通道6内部涂抹导电润滑剂。

3、安装工件，将陶瓷通道6与铜块一3、铜块二4配合，再一起安装到模具中，将模具合并，用特制长螺钉把模具固定住，使其能够正常工作。

4、将导线和热电偶连接到模具上，开启电源设置电流参数：峰值电流为30000A，频率为1000HZ，脉宽为0.5ms。

5、将金属胚料上涂抹导电润滑剂，从陶瓷通道6的A端放入，胚料与铜块一3、铜块二形成闭合的回路，脉冲电流作用于胚料上，再脉冲电流的刺激下，温度基本保持在：200℃。接着设置万能实验机的挤压速度为100mm/min，在万能实验机的作用下挤压顶杆，顶杆向下运动挤压金属，使金属胚料变形。

6、挤压到顶杆完全进入模具中时，取出顶杆重复步骤四。从通道陶瓷通道6的B端得到变形的胚料。

7、关闭电源。待温度达到室温时，取出模具上的加热棒和热电偶，拧下固定模具的特制螺钉，将模具分开，去除模具内部残留的胚料，并清理陶瓷通道内测，去除润滑剂，待清理完毕后放置指定位置，等待下次工作。

8、将胚料取出，用线切割切成拉伸试样，进行拉伸试验，得到应力应变曲线，与空白样的进行对比。

参见图4所示，试验结果由图可以知道，经过挤压之后材料的性能得到了明显的提高，无论是塑性还是强度。可见此方式是正确可行的。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：包括模具和顶杆，所述模具内部有铜块一（3）、铜块二（4）、陶瓷管道（6），陶瓷管道（6）通过凸环一（7）、凸环二（8）与模具上的凹槽匹配，将铜块一（3）、铜块二（4）与陶瓷管道（6）装配好放入模具；所述顶杆由绝缘云母片（9）和钢制的冲头（10）构成，绝缘云母片（9）镶嵌在冲头（10）上形成模具的顶杆；电极一（1）、电极二（2）分别通过铜导线与脉冲电源相连接；由脉冲电源输出电流，电极一（1）、电极二（2）分别与模具内的铜块一（3）、铜块二（4）相连，待试样开始挤压时，与试样共同形成闭合回路；热电偶经模具小孔（5）直插模具内部，用于测量模具内部的温度，热电偶另一端连接脉冲电源，实现控温。

2.根据权利要求1所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的铜块一（3）、铜块二（4）上下分别设有环形凸起，陶瓷管道（6）的凹槽与所述凸起相配合，使其内部结构稳定，陶瓷管道（6）上设有凸环一（7）、凸环二（8），并与模具上的凹槽相配合；铜块一（3）、铜块二（4）与陶瓷管道（6）装配好放入模具内，闭合模具并通过螺栓将模具固定住。

3.根据权利要求1所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的脉冲电源为定制智能电源，有两种启动方式：恒温和恒流模式；恒温模式下，用户需设定温度，通过热电偶所测的温度改变输出电流，从而控制成形温度；恒流模式下，用户只需要预设电流和安全温度，热电偶所返回的温度未超过设置的安全温度，则输出电流为预设电流，超过则报警。

4.根据权利要求1所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的铜块一（3）、铜块二（4）与模具接触的部分刷上耐高温陶瓷绝缘涂料。

5.根据权利要求1所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的热电偶为K型热电偶，测量范围为0~1100℃。

6.根据权利要求2所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的陶瓷管道（6）的A、B两端具有不同的内径，试样从内径较大的A端进入，从内径较小的B端出来，从而完成一次挤压，变形过程是在C区域内完成的。

7.根据权利要求1所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的脉冲电流作用区域刚好是材料变形区域，可以有针对性的，高效的施以电脉冲，增加正挤压的效率，节约能量。

8.根据权利要求2或6所述的高能脉冲电流辅助正挤压加工装置，其特征在于：所述的陶瓷管道（6）的材料是刚玉陶瓷，陶瓷管道（6）用于将试样和模具隔离开，防止电流导入模具上。

9.一种高能脉冲电流辅助正挤压加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、清理润滑：将模具拆开，往陶瓷通道（6）内部涂抹导电润滑剂；

步骤二、安装工件：将陶瓷通道（6）与铜块一、二（3、4）配合，再一起安装到模具中，将模具合并，用长螺钉把模具固定住，使其能够正常工作；

步骤三、将导线和热电偶连接到模具上，开启电源设置电参数；

步骤四、将金属胚料上涂抹导电润滑剂，从陶瓷通道（6）的A端放入，胚料与铜块一、二（3、4）形成闭合的回路，脉冲电流作用于胚料上；接着在万能试验机的作用下挤压顶杆，顶杆以适当的速度向下运动，使金属胚料变形；

步骤五、挤压到顶杆完全进入模具中时，取出顶杆重复步骤四，从陶瓷通道（6）的B端得到变形的胚料；

步骤六、拆除模具，清理模具内部。