CN111530955A - 一种双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双通路变通道转角挤压成形装置及该装置的成形方法，涉及金属强变形技术领域，装置包括：挤压凹模，挤压凹模内部设置有相互垂直的水平柱状挤压通道和竖直柱状挤压通道，水平柱状挤压通道包括同轴并依次连通的第一粗径段、细径段和第二粗径段，竖直柱状挤压通道的一端与挤压凹模的顶端平齐、另一端与第二粗径段相连通，细径段的径向尺寸等于竖直柱状挤压通道的径向尺寸、小于第一粗径段以及第二粗径段的径向尺寸；挤压凸模，挤压凸模可滑动地设置于竖直柱状挤压通道内；侧向挤压压头，侧向挤压压头可滑动地设置于第二粗径段内。挤压过程中，该装置需要的成形力小，装置磨损小，该装置既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料。

Description

一种双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法
技术领域
本发明涉及金属强变形技术领域，特别是涉及一种双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法。
背景技术
等通道挤压技术也称等通道转角挤压(ECAP)技术，是一种新型制备微纳米晶体块体材料的塑性加工方法，它由科学家segal等于20世纪70年代末在研究钢的变形织构和微观组织时首次提出。等通道挤压技术主要通过变形过程中近乎纯剪切作用对材料的晶粒进行细化，从而显著改善材料的机械性能和物理性能。该技术不仅可以使材料内部组织高度均匀，而且具有广泛的适用性，目前已经在纯金属、多相合金和金属基复合材料等多种材料中获得了良好的应用效果。
等通道挤压装置利用等通道挤压技术对金属材料进行加工，等通道挤压装置设置一个挤压通道配合一个挤压压头挤压坯料，现有的等通道挤压装置仅适合易变形的金属材料，对于镁合金、钛合金等难变形金属材料，挤压过程中存在需要挤压力大和装置磨损严重等问题。
因此，研究出一种克服上述缺点，既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料的挤压装置具有重要意义。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料的双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种双通路变通道转角挤压成形装置，包括：挤压凹模，所述挤压凹模内部设置有相互垂直的水平柱状挤压通道和竖直柱状挤压通道，所述水平柱状挤压通道的两端均贯穿所述挤压凹模的侧壁，所述水平柱状挤压通道包括同轴并依次连通的第一粗径段、细径段和第二粗径段，所述竖直柱状挤压通道的一端与所述挤压凹模的顶端平齐、另一端与所述第二粗径段相连通，所述细径段的径向尺寸等于所述竖直柱状挤压通道的径向尺寸、小于所述第一粗径段以及所述第二粗径段的径向尺寸；挤压凸模，所述挤压凸模可滑动地设置于所述竖直柱状挤压通道内；第一动力装置，所述第一动力装置与所述挤压凸模连接，以驱动所述挤压凸模沿所述竖直柱状挤压通道的轴线方向滑动；侧向挤压压头，所述侧向挤压压头可滑动地设置于所述第二粗径段内；第二动力装置，所述第二动力装置与所述侧向挤压压头连接，以驱动所述侧向挤压压头沿所述第二粗径段的轴线方向滑动；多个加热装置，所述加热装置设置于所述挤压凹模内，且多个所述加热装置沿所述竖直柱状挤压通道的周向均匀设置。
优选地，双通路变通道转角挤压成形装置还包括多个测温装置，所述测温装置设置于所述挤压凹模内，且多个所述测温装置沿所述竖直柱状挤压通道的周向均匀设置。
优选地，所述测温装置为热电偶温度传感器。
优选地，所述挤压凸模的挤压端为内凹弧形结构，所述侧向挤压压头为凸台结构。
优选地，所述第一动力装置为压力机。
优选地，所述第二动力装置为液压缸。
优选地，所述加热装置为加热棒。
双通路变通道转角挤压成形装置还包括固定套，所述挤压凸模的顶端外侧壁为径向尺寸递减的阶梯柱状结构，所述固定套内部设置有与所述阶梯柱状结构相配合的阶梯孔，所述阶梯柱状结构安装于所述阶梯孔内，所述固定套与所述第一动力装置连接。
优选地，所述挤压凹模的底端设置有保温层。
本发明还提供一种双通路变通道转角挤压成形装置的成形方法，包括以下步骤：步骤一，组装所述双通路变通道转角挤压成形装置，并将坯料放置在所述双通路变通道转角挤压成形装置的所述竖直柱状挤压通道中；步骤二，设定加工温度，启动所述加热装置进行加热并保温；步骤三，在所述第一动力装置的驱动下，所述挤压凸模沿竖直柱状挤压通道匀速下降挤压所述坯料，所述坯料发生剧烈剪切变形，所述坯料被挤压至所述第二粗径段内；步骤四，所述挤压凸模保持工作位置不动，所述第二动力装置驱动所述侧向挤压压头沿所述水平柱状挤压通道匀速挤压所述坯料，所述坯料在通过所述细径段时同时发生压缩变形与剪切变形，所述坯料被挤压至所述第一粗径段内；步骤五，所述挤压凸模与所述侧向挤压压头均回到各自初始位置，从所述第一粗径段远离所述细径段的一端取出变形后的所述坯料；步骤六，根据实际需求，可将取出的所述坯料再次放入所述竖直柱状挤压通道内，重复所述步骤三至所述步骤五，完成所述坯料的挤压变形。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法，挤压过程中，挤压凸模和侧向挤压压头分别配合竖直柱状挤压通道和第二粗径段挤压坯料，与现有等通道挤压装置一个挤压通道配合一个挤压压头挤压坯料相比，双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法需要的挤压力小，同时由于挤压力小，装置承载小，磨损小。该双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料。另外，在挤压凸模和侧向挤压压头的共同作用下，坯料变形均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的双通路变通道转角挤压成形装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的挤压凹模的俯视图；
图3为本发明实施例中提供的挤压凸模的立体图；
图4为本发明实施例中提供的侧向挤压压头的结构示意图；
图5为本发明实施例中提供的双通路变通道转角挤压成形装置成形方法步骤三的结构示意图；
图6为本发明实施例中提供的双通路变通道转角挤压成形装置成形方法步骤四的结构示意图。
附图标记说明：1、挤压凹模；2、竖直柱状挤压通道；3、第一粗径段；4、细径段；5、第二粗径段；6、挤压凸模；7、侧向挤压压头；8、第一安装孔；9、第二安装孔；10、内凹弧形结构；11、坯料；12、阶梯柱状结构；13、固定套；14、保温层；15、液压缸；16、上模板；17、下模板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料的双通路变通道转角挤压成形装置及成形方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1-图6本实施例提供一种双通路变通道转角挤压成形装置，包括：挤压凹模1，挤压凹模1内部设置有相互垂直的水平柱状挤压通道和竖直柱状挤压通道2，水平柱状挤压通道的两端均贯穿挤压凹模1的侧壁，水平柱状挤压通道包括同轴并依次连通的第一粗径段3、细径段4和第二粗径段5，竖直柱状挤压通道2的一端与挤压凹模1的顶端平齐、另一端与第二粗径段5相连通，细径段4的径向尺寸等于竖直柱状挤压通道2的径向尺寸、小于第一粗径段3以及第二粗径段5的径向尺寸；挤压凸模6，挤压凸模6可滑动地设置于竖直柱状挤压通道2内；第一动力装置，第一动力装置与挤压凸模6连接，以驱动挤压凸模6沿竖直柱状挤压通道2的轴线方向滑动；侧向挤压压头7，侧向挤压压头7可滑动地设置于第二粗径段5内；第二动力装置，第二动力装置与侧向挤压压头7连接，以驱动侧向挤压压头7沿第二粗径段5的轴线方向滑动；多个加热装置，加热装置设置于挤压凹模1内，且多个加热装置沿竖直柱状挤压通道2的周向均匀设置。该双通路变通道转角挤压成形装置挤压过程中，坯料11可以双向膨胀，降低了坯料11变形所需的挤压力，装置磨损小，延长了装置使用寿命。该双通路变通道转角挤压成形装置既适合易变形金属材料，又适合难变形金属材料。另外，在挤压凸模6和侧向挤压压头7的共同作用下，坯料11变形均匀。
于本实施例中，具体地，第一动力装置为压力机。第二动力装置为液压缸15。加热装置为加热棒。挤压凹模1内设置有多个第一安装孔8，一个加热装置安装于一个第一安装孔8内。第一粗径段3以及第二粗径段5的径向尺寸相等，且第一粗径段3以及第二粗径段5的径向尺寸为细径段4径向尺寸的1.5倍。在这里柱状值得是圆柱结构，径向尺寸指的是圆柱结构垂直于其自身轴向方向截面的直径。
为了监测挤压凹模1的温度，双通路变通道转角挤压成形装置还包括多个测温装置，测温装置设置于挤压凹模1内，且多个测温装置沿竖直柱状挤压通道2的周向均匀设置。具体地，测温装置为热电偶温度传感器。挤压凹模1内设置有多个第二安装孔9，一个加热装置安装于一个第二安装孔9内。
为了方便挤压坯料11，挤压凸模6的挤压端为内凹弧形结构10参考图3，侧向挤压压头7为凸台结构，参加图4。
为了防止挤压凸模6晃动以及挤压凸模6的固定稳固性，双通路变通道转角挤压成形装置还包括固定套13，挤压凸模6的顶端外侧壁为径向尺寸递减的阶梯柱状结构12，固定套13内部设置有与阶梯柱状结构12相配合的阶梯孔，阶梯柱状结构12安装于阶梯孔内，固定套13与第一动力装置固定连接。
为了提高装置的保温效果，挤压凹模1的底端固定设置有保温层14。
双通路变通道转角挤压成形装置的成形方法，具体包括以下步骤：
步骤一，组装双通路变通道转角挤压成形装置，将坯料11放置在双通路变通道转角挤压成形装置的竖直柱状挤压通道2中，将固定套13与压力机的上模板16固定连接，将保温层14与压力机的下模板17固定连接，参考图1；
步骤二，设定加工温度，启动加热装置进行加热并保温，需要说明的是具体如何设置加热棒温度，以及如何使加热棒保温属于现有技术，再此不在赘述；
步骤三，在压力机的驱动下，挤压凸模6沿竖直柱状挤压通道2匀速下降挤压坯料11，坯料11发生剧烈剪切变形，坯料11被挤压至第二粗径段5内，参考图5；
步骤四，挤压凸模6保持工作位置不动，液压缸15驱动侧向挤压压头7沿水平柱状挤压通道匀速挤压坯料11，坯料11在通过细径段4时同时发生压缩变形与剪切变形，坯料11被挤压至第一粗径段3内，通过两次剪切变形，坯，坯料11变形充分，参考图6；
步骤五，挤压凸模6与侧向挤压压头7均回到各自初始位置，从第一粗径段3远离细径段4的一端取出变形后的坯料11；
步骤六，根据实际需求，可将取出的坯料11再次放入竖直柱状挤压通道2内，重复步骤三至步骤五，完成坯料11的挤压变形。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，包括：
挤压凹模，所述挤压凹模内部设置有相互垂直的水平柱状挤压通道和竖直柱状挤压通道，所述水平柱状挤压通道的两端均贯穿所述挤压凹模的侧壁，所述水平柱状挤压通道包括同轴并依次连通的第一粗径段、细径段和第二粗径段，所述竖直柱状挤压通道的一端与所述挤压凹模的顶端平齐、另一端与所述第二粗径段相连通，所述细径段的径向尺寸等于所述竖直柱状挤压通道的径向尺寸、小于所述第一粗径段以及所述第二粗径段的径向尺寸；
挤压凸模，所述挤压凸模可滑动地设置于所述竖直柱状挤压通道内；
第一动力装置，所述第一动力装置与所述挤压凸模连接，以驱动所述挤压凸模沿所述竖直柱状挤压通道的轴线方向滑动；
侧向挤压压头，所述侧向挤压压头可滑动地设置于所述第二粗径段内；
第二动力装置，所述第二动力装置与所述侧向挤压压头连接，以驱动所述侧向挤压压头沿所述第二粗径段的轴线方向滑动；
多个加热装置，所述加热装置设置于所述挤压凹模内，且多个所述加热装置沿所述竖直柱状挤压通道的周向均匀设置。
2.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，还包括多个测温装置，所述测温装置设置于所述挤压凹模内，且多个所述测温装置沿所述竖直柱状挤压通道的周向均匀设置。
3.根据权利要求2所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述测温装置为热电偶温度传感器。
4.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述挤压凸模的挤压端为内凹弧形结构，所述侧向挤压压头为凸台结构。
5.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述第一动力装置为压力机。
6.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述第二动力装置为液压缸。
7.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述加热装置为加热棒。
8.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，还包括固定套，所述挤压凸模的顶端外侧壁为径向尺寸递减的阶梯柱状结构，所述固定套内部设置有与所述阶梯柱状结构相配合的阶梯孔，所述阶梯柱状结构安装于所述阶梯孔内，所述固定套与所述第一动力装置连接。
9.根据权利要求1所述的双通路变通道转角挤压成形装置，其特征在于，所述挤压凹模的底端设置有保温层。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的双通路变通道转角挤压成形装置的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，组装所述双通路变通道转角挤压成形装置，并将坯料放置在所述双通路变通道转角挤压成形装置的所述竖直柱状挤压通道中；
步骤二，设定加工温度，启动所述加热装置进行加热并保温；
步骤三，在所述第一动力装置的驱动下，所述挤压凸模沿竖直柱状挤压通道匀速下降挤压所述坯料，所述坯料发生剧烈剪切变形，所述坯料被挤压至所述第二粗径段内；
步骤四，所述挤压凸模保持工作位置不动，所述第二动力装置驱动所述侧向挤压压头沿所述水平柱状挤压通道匀速挤压所述坯料，所述坯料在通过所述细径段时同时发生压缩变形与剪切变形，所述坯料被挤压至所述第一粗径段内；
步骤五，所述挤压凸模与所述侧向挤压压头均回到各自初始位置，从所述第一粗径段远离所述细径段的一端取出变形后的所述坯料；
步骤六，根据实际需求，可将取出的所述坯料再次放入所述竖直柱状挤压通道内，重复所述步骤三至所述步骤五，完成所述坯料的挤压变形。
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