CN111633053B - 一种多向挤压强变形模具及其工艺 - Google Patents

一种多向挤压强变形模具及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多向挤压强变形模具，包括凹模、上模压头和侧压头，凹模具有凹模型腔，本发明还提供一种多向挤压强变形工艺，上模压头向下运动挤压坯料，然后利用四个相间隔的侧压头对坯料进行挤压，四个侧压头相抵接时停止运动，继续利用另外四个相间隔的侧压头对坯料进行挤压，直至四个侧压头相抵接，重复上述挤压步骤，直至完成变形。本发明通过上模压头及多个侧压头对坯料进行协同多向挤压，可以获得晶粒细化程度较高且分布均匀的优良组织，显著提高材料的综合性能。八个侧压头提供了八个加载方向的变形，既解决了传统工艺道次间需进行人工翻转的问题，又因本发明特殊的工艺设置提高了块体材料各部位组织细化的均匀性。

Description

一种多向挤压强变形模具及其工艺
技术领域
本发明涉及金属强变形技术领域，特别是涉及一种多向挤压强变形模具及其工艺。
背景技术
多向挤压(Multi-directional Extrusion)是一种制备超细晶块体材料的新型剧烈塑性变形工艺，该工艺脱胎自多向锻造(Multi-directional forging)，继承了多向锻造技术操作简单，生产设备要求低等特点，并在这一基础上采用模挤压工艺，具备了更加优异的变形参数控制能力，块体材料在挤压道次间进行翻转以改变加载方向，经过多次的重复压缩变形使材料晶粒尺寸得到明显细化，提高材料的综合性能。
传统的多向挤压工艺要求在道次间由操作人员介入，翻转材料以实现加载方向的改变，而介入性的操作难免会改变材料的整体温度及受力状态，从而对变形结果产生影响。另一方面，在传统多向挤压变形条件下，块体材料的棱边及中心部位属于易变形区，等效应变较大，而材料的各外表面与模具相接触，在三向压应力作用下成为难变形区，等效应变较低，导致材料外表面的动态再结晶程度远低于棱边及中心部位，而作为多向挤压变形的主要晶粒细化机制，动态再结晶程度的不均匀会直接导致材料组织细化的均匀性欠缺，对产品的最终性能造成影响。在多向挤压技术的发展及应用过程中，这些问题是不能忽视的。
因此，如何改变现有技术中，多向挤压过程中翻转材料改变加载方向降低了材料晶粒细化均匀性的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多向挤压强变形模具及其工艺，以解决上述现有技术存在的问题，使材料组织获得均匀细化，同时提高多向挤压作业效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多向挤压强变形模具，包括凹模、上模压头和侧压头，所述凹模具有凹模型腔，所述上模压头设置于所述凹模的顶部，所述凹模型腔为棱柱状，所述凹模型腔的横截面为正八边形，所述上模压头与所述凹模型腔相匹配，所述上模压头能够伸入所述凹模型腔中，所述侧压头的数量为八个，八个所述侧压头绕所述凹模型腔的轴线周状均布，所述侧压头与所述凹模型腔的侧立面一一对应，所述侧压头能够伸入所述凹模型腔中，所述上模压头、所述凹模型腔的相对运动方向与所述凹模型腔、所述侧压头的相对运动方向相垂直。
优选地，所述上模压头和所述侧压头分别连接有液压缸，所述液压缸能够带动所述上模压头、所述侧压头往复运动。
优选地，所述凹模具有侧通道，所述侧压头与所述侧通道一一对应，所述侧压头可滑动地设置于所述侧通道内。
优选地，所述侧压头伸入所述凹模型腔的一端的横截面为矩形。
优选地，所述侧压头的横截面的边长较所述凹模型腔的侧面的宽度小。
优选地，所述凹模型腔相邻的侧棱作倒圆角处理。
本发明还提供一种多向挤压强变形工艺，利用上述多向挤压强变形模具，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、侧压头运动至初始位置，侧压头靠近凹模的一端与凹模型腔的侧面相齐平；
步骤二、将坯料放入凹模型腔，坯料为长方体，坯料的高度方向平行于凹模型腔的轴线，坯料与凹模型腔同轴设置，坯料的四个侧面与凹模型腔的四个相间隔的侧面相平行，上模压头向下运动挤压坯料，坯料发生自由变形；
步骤三、坯料达到预设的压缩量，升起上模压头，启动四个相间隔且正对变形前坯料侧棱的侧压头，侧压头接触坯料的四个侧棱并沿坯料横截面的对角线方向继续向坯料横截面的中心方向运动，坯料横截面发生变形，直至四个侧压头相抵接，四个侧压头退回初始位置；
步骤四、启动另外四个相间隔的侧压头，驱动侧压头向凹模型腔的中心运动，直至四个侧压头相抵接，四个侧压头退回初始位置；
步骤五、重复步骤二至步骤四，对坯料进行多次多向挤压变形；
步骤六、最后一次变形结束后，侧压头退回初始位置，用工具取出坯料。
优选地，步骤三中，坯料变形后横截面的对角线与坯料变形前横截面的对角线之间的夹角为45°；步骤四中得到的坯料的横截面的对角线与步骤三中得到的坯料的横截面的对角线之间的夹角为45°。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的多向挤压强变形模具，包括凹模、上模压头和侧压头，凹模具有凹模型腔，上模压头设置于凹模的顶部，凹模型腔为棱柱状，凹模型腔的横截面为正八边形，上模压头与凹模型腔相匹配，上模压头能够伸入凹模型腔中，侧压头的数量为八个，八个侧压头绕凹模型腔的轴线周状均布，侧压头与凹模型腔的侧立面一一对应，侧压头能够伸入凹模型腔中，上模压头、凹模型腔的相对运动方向与凹模型腔、侧压头的相对运动方向相垂直。本发明还提供一种多向挤压强变形工艺，利用上述多向挤压强变形模具，利用上模压头向下运动挤压坯料，然后利用四个相间隔的侧压头对坯料进行挤压，四个侧压头相抵接时停止运动，继续利用另外四个相间隔的侧压头对坯料进行挤压，直至四个侧压头相抵接，重复上述挤压步骤，直至完成变形。本发明通过上模压头及多个侧压头对坯料进行协同多向挤压，可以获得晶粒细化程度较高且分布均匀的优良组织，显著提高材料的综合性能。八个侧压头提供了八个加载方向的变形，既解决了传统工艺道次间需进行人工翻转的问题，又因本发明特殊的工艺设置提高了块体材料各部位组织细化的均匀性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的多向挤压强变形模具的整体结构的俯视图；
图2为本发明的多向挤压强变形模具的整体结构的主视图；
图3为本发明的多向挤压强变形模具的凹模的主视图；
图4为本发明的多向挤压强变形模具的凹模的剖视图；
图5为本发明的多向挤压强变形模具的上模压头的主视图；
图6为本发明的多向挤压强变形模具的侧压头的主视图；
图7为本发明的多向挤压强变形模具的侧压头的剖视图；
其中，1为凹模，2为上模压头，3为侧压头，4为凹模型腔，5为液压缸，6为侧通道，7为坯料。
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多向挤压强变形模具及其工艺，以解决上述现有技术存在的问题，使材料组织获得均匀细化，同时提高多向挤压作业效率。
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。
请参考图1-7，其中，图1为本发明的多向挤压强变形模具的整体结构的俯视图，图2为本发明的多向挤压强变形模具的整体结构的主视图，图3为本发明的多向挤压强变形模具的凹模的主视图，图4为本发明的多向挤压强变形模具的凹模的剖视图，图5为本发明的多向挤压强变形模具的上模压头的主视图，图6为本发明的多向挤压强变形模具的侧压头的主视图，图7为本发明的多向挤压强变形模具的侧压头的剖视图。
本发明提供一种多向挤压强变形模具，包括凹模1、上模压头2和侧压头3，凹模1具有凹模型腔4，上模压头2设置于凹模1的顶部，凹模型腔4为棱柱状，凹模型腔4的横截面为正八边形，上模压头2与凹模型腔4相匹配，上模压头2能够伸入凹模型腔4中，侧压头3的数量为八个，八个侧压头3绕凹模型腔4的轴线周状均布，侧压头3与凹模型腔4的侧立面一一对应，侧压头3能够伸入凹模型腔4中，上模压头2、凹模型腔4的相对运动方向与凹模型腔4、侧压头3的相对运动方向相垂直。
本发明利用四个相间隔的侧压头3对坯料7进行挤压，四个侧压头3相抵接时停止运动，继续利用另外四个相间隔的侧压头3对坯料7进行挤压，直至四个侧压头3相抵接，重复上述挤压步骤，直至完成变形。本发明通过上模压头2及多个侧压头3对坯料7进行协同多向挤压，可以获得晶粒细化程度较高且分布均匀的优良组织，显著提高材料的综合性能。八个侧压头3提供了八个加载方向的变形，既解决了传统工艺道次间需进行人工翻转的问题，又因本发明特殊的工艺设置提高了块体材料各部位组织细化的均匀性。
为了顺利驱动上模压头2和侧压头3，上模压头2和侧压头3分别连接有液压缸5，液压缸5能够带动上模压头2、侧压头3往复运动，液压缸5的数量和上模压头2、侧压头3的数量总和相一致，单独驱动上模压头2和各个侧压头3，便于顺利实施挤压工艺。
其中，凹模1具有侧通道6，侧压头3与侧通道6一一对应，侧压头3可滑动地设置于侧通道6内，侧通道6与凹模型腔4相连通，侧压头3穿过侧通道6进入凹模型腔4中，侧通道6能够为侧压头3往复运动起到导向作用。
在本具体实施方式中，侧压头3伸入凹模型腔4的一端的横截面为矩形，四个相间隔的侧压头3伸入凹模型腔4后相抵接，此处需要说明的是，四个相间隔的侧压头3相抵接时，侧压头3的朝向凹模型腔4的端面的边与相邻的侧压头3的端面的边相抵接，此时，四个侧压头3的端面围成长方体。
具体地，侧压头3的横截面的边长较凹模型腔4的侧面的宽度小，避免相邻的侧压头3发生干涉，同时保证凹模型腔4的结构强度。
另外，凹模型腔4相邻的侧棱作倒圆角处理，避免对坯料7造成损伤。
本发明还提供一种多向挤压强变形工艺，利用上述多向挤压强变形模具，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、侧压头3运动至初始位置，侧压头3靠近凹模1的一端与凹模型腔4的侧面相齐平。
步骤二、将坯料7放入凹模型腔4，坯料7为长方体，坯料7的高度方向平行于凹模型腔4的轴线，坯料7与凹模型腔4同轴设置，坯料7的四个侧面与凹模型腔4的四个相间隔的侧面相平行，此时，坯料7在水平方向上无变形限制，上模压头2向下运动挤压坯料7，坯料7发生自由变形。
步骤三、坯料7达到预设的压缩量，升起上模压头2，启动四个相间隔且正对变形前坯料7侧棱的侧压头3，侧压头3接触坯料7的四个侧棱并沿坯料7横截面的对角线方向继续向坯料7横截面的中心方向运动，坯料7横截面发生变形，在四个侧面上形成新的侧棱，直至四个侧压头3相抵接，最终坯料7形状变更为新横截面的对角线与原横截面的对角线呈45°夹角，四个侧压头3退回初始位置。
步骤四、启动另外四个相间隔的侧压头3，驱动侧压头3向凹模型腔4的中心运动，侧压头3首先接触坯料7的四个棱边并沿坯料7的对角线方向继续向中心方向运动，使坯料7发生如同步骤三中的变形，直至四个侧压头3相抵接，最终坯料7的新横截面对角线与步骤三结束后的横截面对角线呈45°夹角，即恢复坯料7初始形状，四个侧压头3退回初始位置。
步骤五、重复步骤二至步骤四，对坯料7进行多次多向挤压变形。
步骤六、最后一次变形结束后，侧压头3退回初始位置，用工具取出坯料7。
本发明的多向挤压强变形工艺，八个侧压头3提供了八个加载方向的变形，既解决了传统工艺道次间需进行人工翻转的问题，又因本发明特殊的工艺设置提高了块体材料各部位组织细化的均匀性。
本发明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 (8)

1.一种多向挤压强变形模具，其特征在于：包括凹模、上模压头和侧压头，所述凹模具有凹模型腔，所述上模压头设置于所述凹模的顶部，所述凹模型腔为棱柱状，所述凹模型腔的横截面为正八边形，所述上模压头与所述凹模型腔相匹配，所述上模压头能够伸入所述凹模型腔中，所述侧压头的数量为八个，八个所述侧压头绕所述凹模型腔的轴线周状均布，所述侧压头与所述凹模型腔的侧立面一一对应，所述侧压头能够伸入所述凹模型腔中，所述上模压头、所述凹模型腔的相对运动方向与所述凹模型腔、所述侧压头的相对运动方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的多向挤压强变形模具，其特征在于：所述上模压头和所述侧压头分别连接有液压缸，所述液压缸能够带动所述上模压头、所述侧压头往复运动。
3.根据权利要求1所述的多向挤压强变形模具，其特征在于：所述凹模具有侧通道，所述侧压头与所述侧通道一一对应，所述侧压头可滑动地设置于所述侧通道内。
4.根据权利要求3所述的多向挤压强变形模具，其特征在于：所述侧压头伸入所述凹模型腔的一端的横截面为矩形。
5.根据权利要求4所述的多向挤压强变形模具，其特征在于：所述侧压头的横截面的边长较所述凹模型腔的侧面的宽度小。
6.根据权利要求1所述的多向挤压强变形模具，其特征在于：所述凹模型腔相邻的侧棱作倒圆角处理。
7.一种多向挤压强变形工艺，利用权利要求1-6任一项所述的多向挤压强变形模具，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、侧压头运动至初始位置，侧压头靠近凹模的一端与凹模型腔的侧面相齐平；
步骤二、将坯料放入凹模型腔，坯料为长方体，坯料的高度方向平行于凹模型腔的轴线，坯料与凹模型腔同轴设置，坯料的四个侧面与凹模型腔的四个相间隔的侧面相平行，上模压头向下运动挤压坯料，坯料发生自由变形；
步骤三、坯料达到预设的压缩量，升起上模压头，启动四个相间隔且正对变形前坯料侧棱的侧压头，侧压头接触坯料的四个侧棱并沿坯料横截面的对角线方向继续向坯料横截面的中心方向运动，坯料横截面发生变形，直至四个侧压头相抵接，四个侧压头退回初始位置；
步骤四、启动另外四个相间隔的侧压头，驱动侧压头向凹模型腔的中心运动，直至四个侧压头相抵接，四个侧压头退回初始位置；
步骤五、重复步骤二至步骤四，对坯料进行多次多向挤压变形；
步骤六、最后一次变形结束后，侧压头退回初始位置，用工具取出坯料。
8.根据权利要求7所述的多向挤压强变形工艺，其特征在于：步骤三中，坯料变形后横截面的对角线与坯料变形前横截面的对角线之间的夹角为45°；步骤四中得到的坯料的横截面的对角线与步骤三中得到的坯料的横截面的对角线之间的夹角为45°。
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