CN114309112B - 一种新型Bc等径角挤压模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型Bc等径角挤压模具，包括模具本体，所述模具本体的内部设有直径相同的竖向挤压通道、横向挤压通道以及纵向挤压通道，所述竖向挤压通道的上端设有上料槽，竖向挤压通道的下端与横向挤压通道的一端垂直连通，所述横向挤压通道的另一端与纵向挤压通道的端部垂直连通。该模具通过一个竖直通道和两个水平通道的巧妙组合，具有经1次装料获得2道次Bc路径试样，试样可以在三个方向均实现剪切变形，真应变在2.0左右，晶粒细化效果好、挤压效率高、挤压过程可靠不易失稳、螺栓受力合理、挤压杆顶端可以重复利用、组拆装合理等优点。

Description

一种新型Bc等径角挤压模具

技术领域：

本发明涉及一种新型Bc等径角挤压模具，

背景技术：

等径角挤压模具是一种使金属材料在两个相互成一定角度的相同直径通道中的拐角处发生理想的纯剪切变形，获得具有高强度的超细晶材料的模具。现在，实验室中的大多数等径角挤压模具均为传统的等径角挤压模具，该模具一般具有A、B两个模块，通过相互扣合形成等径角挤压通道。但绝大多数模具无法通过1次装料获得多道次试样，即使可以获得多道次试样，也存在模具结构尺寸较大、装置复杂及晶粒细化效果差等缺点。而且传统模具一般进行Bc路径挤压会反复装料，步骤繁琐，挤压效率低，晶粒细化过程慢。对于个别需要在实验中反复拆卸模具的金属而言，比如进行纯铜的等径角挤压时，则由于定位不准确，导致装拆困难，以及实验中由于过高的挤压力会造成挤压杆弯曲，需要经常更换挤压杆装置，造成产品浪费的问题。此外，实验时会出现由于挤压杆伸入通道尺寸较少，发生杆失稳的问题，而且根据纯铜的特性，在模具出口处约束力过大导致拆模不便以及加速模具的磨损。最后，有些模具螺栓分布不合理，造成个别螺栓承载过大，发生塑性变形等问题。

中国专利号202021667537.0公布了一种等通道径角挤压模具，这种模具克服了传统模具的凹槽拐点容易开裂的问题，但是每次装料只能进行1道次等径角挤压，挤压效率低，晶粒细化慢，无法较快的获得超细晶组织，其次模具复杂不易组装。而中国专利号201621085616.4公布了一种旋转通道等径角平行挤压模具，该模具实现了1次装料可以进行多道次挤压，且各道次之间试样与模具角度发生变化，但并未严格实现Bc路径挤压（Bc路径：每道次挤压后，试样总是沿同一方向旋转90°，再放入进行下一道次挤压），试样没有在三个方向均实现剪切变形，晶粒细化效果不显著，另外模具较复杂，拆装不便。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种新型Bc等径角挤压模具，设计合理，1次装料可获得2道次Bc路径试样，提高效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型Bc等径角挤压模具，包括模具本体，所述模具本体的内部设有直径相同的竖向挤压通道、横向挤压通道以及纵向挤压通道，所述竖向挤压通道的上端设有上料槽，竖向挤压通道的下端与横向挤压通道的一端垂直连通，所述横向挤压通道的另一端与纵向挤压通道的端部垂直连通。

进一步的，所述模具本体包括相对扣合的模块A和模块B，所述模块A和模块B的对接面上均设有依次连通的竖向槽、横向槽以及纵向槽，模块A的竖向槽与模块B的竖向槽相扣合后形成竖向挤压通道，模块A的横向槽与模块B的横向槽相扣合后形成横向挤压通道，模块A的纵向槽和模块B的纵向槽相扣合后形成纵向挤压通道。

进一步的，所述模块A的顶部和模块B的顶部均设有与竖向槽相连通的半圆形凹槽，模块A的半圆形凹槽与模块B的半圆形凹槽相扣合后形成圆形状的上料槽。

进一步的，所述模块A包括呈L形分布的竖直段A和水平段A，所述水平段A固定在竖直段A的左侧面下端；所述模块B包括呈L形分布的竖直段B和水平段B，所述水平段B固定在竖直段B的前侧面下端，所述竖直段A的前侧面和竖直段B的后侧面均设置竖向槽和横向槽，所述水平段A的右侧面和水平段B的左侧面均设置纵向槽。

进一步的，所述竖直段A的上端与竖直段B的上端均设有第一定位销孔，水平段A的前端和水平段B的前端均设有第二定位销孔，所述第一定位销孔和第二定位销孔内均设置有定位销。

进一步的，所述竖直段A和竖直段B之间经由若干对从上往下分布的第一螺栓连接固定；所述水平段A与水平段B的前端之间经由一对第二螺栓连接固定。

进一步的，还包括用于伸入竖向挤压通道并挤压试样的挤压杆，所述挤压杆的一端螺接有挤压底座。

进一步的，所述上料槽内设有上料座，所述上料座的中部设有以利于挤压贯穿的竖向通孔。

进一步的，所述纵向挤压通道呈前端直径大、后端直径小的阶梯状。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计简单、合理，1次装料获得2道次Bc路径试样，试样可以在三个方向均实现剪切变形，真应变在2.0左右，晶粒细化效果好，并且挤压效率高、挤压过程可靠不易失稳。

附图说明：

图1是本发明实施例的立体构造示意图；

图2是本发明实施例中模块A的立体构造示意图；

图3是本发明实施例中模块B的立体构造示意图；

图4是本发明实施例的分解状态示意图；

图5是Bc路径组织变形效果图；

图6是本发明实施例中上料座的立体构造示意图；

图7是本发明实施例中挤压杆的立体构造示意图。

图中：

1-模具本体；2-模块A；3-模块B；4-上料座；5-挤压杆；6-挤压底座；7-定位销；8-第一螺栓；9-垫片；10-第二螺栓；11-竖直段A；12-水平段A；13-竖直段B；14-水平段B；15-竖向槽；16-横向槽；17-纵向槽；18-第一定位销孔；19-第二定位销孔；20-半圆形凹槽。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应说明的是，本实施例中的竖向是指沿上下方向延伸，横向是指沿左右方向延伸，纵向是指沿前后方向延伸。

如图1～7所示，本发明一种新型Bc等径角挤压模具，包括模具本体1，所述模具本体1的内部设有直径相同的且依次连通的竖向挤压通道、横向挤压通道以及纵向挤压通道，所述竖向挤压通道的上端连通设有上料槽，方便放置试样，竖向挤压通道的下端与横向挤压通道的一端垂直连通，所述横向挤压通道的另一端与纵向挤压通道的端部垂直连通，即：竖向挤压通道与横向挤压通道成90°分布，横向挤压通道与纵向挤压通道也成90°分布，形成两个90°拐角，以利于使试样在两个拐角处分别发生纯剪切变形。使用时，将试样放入竖向挤压通道，试验在竖向挤压通道与横向挤压通道的拐角处、横向挤压通道与纵向挤压通道的拐角处发生纯剪切变形。该模具通过一个竖直通道和两个水平通道的巧妙组合，具有经1次装料获得2道次Bc路径试样，试样可以在三个方向均实现剪切变形，真应变在2.0左右，晶粒细化效果好、挤压效率高、挤压过程可靠不易失稳、螺栓受力合理、挤压杆顶端可以重复利用、组拆装合理等优点。

本实施例中，如图2所示，所述模具本体包括相对扣合的模块A2和模块B3，所述模块2A和模块B3的对接面上均设有依次连通的竖向槽15、横向槽16以及纵向槽17，竖向槽、横向槽以及纵向槽的截面为直径相同的半圆形状；模块A2的竖向槽15与模块B3的竖向槽15相扣合后形成截面为圆形的竖向挤压通道，模块A2的横向槽16与模块3B的横向槽16相扣合后形成截面为圆形的横向挤压通道，模块A2的纵向槽17和模块B3的纵向槽17相扣合后形成截面为圆形的纵向挤压通道。

本实施例中，所述竖向挤压通道、横向挤压通道以及纵向挤压通道的直径为10mm，竖向挤压通道的长度为100mm，横向挤压通道的长度为45mm，纵向挤压通道的长度为90mm。

本实施例中，所述模块A的顶部和模块B的顶部均设有与竖向槽相连通的半圆形凹槽20，模块A2的半圆形凹槽20与模块B3的半圆形凹槽20相扣合后形成圆形状的上料槽。优选的，该上料槽的直径为60mm，深度为10mm。

本实施例中，所述模块A2包括呈L形分布的竖直段A11和水平段A12，所述水平段A12固定在竖直段A11的左侧面下端；所述竖直段A11的前侧面为对接面，水平段A12的右侧面为对接面，竖直段A11的前侧面设置竖向槽15和横向槽16，水平段A12的右侧面设置纵向槽17。所述模块B3包括呈L形分布的竖直段B13和水平段B14，所述水平段B14固定在竖直段B13的前侧面下端，竖直段B13的后侧面设置竖向槽15和横向槽16，水平段B14的左侧面设置纵向槽17，当模块A2与模块B3相扣合时，竖直段A11的前侧面与竖直段B13的后侧面相贴合，形成竖向挤压通道和横向挤压通道，水平段A12的右侧面与水平段B14的左侧面相贴合，形成纵向挤压通道。优选的，竖直段A与水平段A为一体成型，竖直段B与水平段B为一体成型。

本实施例中，为了实现两模块的快速定位组装，所述竖直段A11的上端与竖直段B13的上端均设有直径8mm的第一定位销孔18，水平段A12的前端和水平段B14的前端均设有直径8mm的第二定位销孔19，所述第一定位销孔和第二定位销孔内均设置有定位销7。利用定位销来保证快速对准精度。

本实施例中，所述竖直段A11和竖直段B13之间经由三对从上往下分布的第一螺栓8连接固定，其中两对第一螺栓分布在竖向挤压通道与横向挤压通道的拐角上下连个，以避免实验过程中拐角处模具受力较大；所述水平段A12与水平段B14的前端之间经由一对第二螺栓10连接固定。优选的，第一螺栓和第二螺栓均采用内六角螺栓。两模块连接选用8个内六角螺栓8进行连接和固定，并在两个平面进行布置；为了增加连接的可靠性，在螺栓与模具之间加入垫片。

本实施例中，还包括用于伸入竖向挤压通道并挤压试样的挤压杆5，所述挤压杆5的一端螺接有挤压底座6，挤压底座6用于与万能试验机平台挤压端相接触。优选的，所述挤压杆长135mm，直径为10mm，在挤压杆5一端加工成10mm的螺纹；所述挤压底座的直径为60mm，高15mm，在挤压底座中心位置开10mm深度螺纹孔，以使挤压杆和挤压底座相配合，并方便挤压杆的更换。

本实施例中，所述上料槽内设有圆柱体状的上料座4，上料座的直径60mm、厚10mm，所述上料座4的中部设有以利于挤压贯穿的竖向通孔21，竖向通孔直径为10mm，与挤压杆5相配合，用于增加挤压杆的稳定性。

本实施例中，所述纵向挤压通道呈前端直径大、后端直径小的阶梯状。优选的，纵向挤压通道的直径变换从距离通道出口处45mm处开始。通过将纵向挤压通道设计成阶梯状结构，可减小试样对模具磨损和方便出料。

本实施例中，考虑到模具在挤压过程中需要承载较大的挤压力，故选择模具钢作为模具和挤压杆的制备材料。为了使模具兼备抗高温的能力以满足其他实验的需要，可选择冷、热作兼用模具钢作为原材料进行加工。

本实施例中，模具总长135mm，总宽90mm，总高150mm，采用8个螺栓连接固定。

具体实施例：本发明适用于制备棒状金属超细晶材料，实验取初始晶粒80μm、抗拉强度200MPa纯铜试样进行实验，具体实施方法如下：

（1）首先对模具主体进行组装，将模块A、B简单扣合，通过定位销7快速定位，然后放入垫片9，通过螺栓进行固定。再对挤压杆与挤压底座进行组装，直接将挤压杆5旋进挤压底座6中，准备挤压；

（2）将待挤压试样加工成长90mm、直径10mm，表面喷上润滑油放入模具的竖向挤压通道内，将上料座4与模具顶部的上料槽相配合；

（3）挤压杆放进上料座4内，将模具整体放在万能试验机平台上准备挤压，设定挤压速度为60mm/min，由于在挤压时防止试验机压到模具及上料座，应设置一定的挤压安全余量，所以应灵活设置单次挤压位移，首道次位移可初步设置为80mm。待实验方案编辑无误后，开始等径角挤压实验，进行初次挤压。由于初始实验通道为空，所以在模具末端出口处并无试样挤出；重复以上操作再次进行挤压，本次挤压位移可设置为90mm，检查实验方案无误后开始挤压实验。实验中通过挤压杆对试样的作用、试样与试样之间的作用完成试样的运动，最终，在模具出料口可以获得一定数量的通过1次装料便可获得2道次Bc路径的试样。通过将在模具出口处获得的试样再次反复装料，可以获得具有4、6、8……道次Bc路径特征的试样；

（4）实验结束，由于挤压杆与纯铜试样紧密结合导致脱离困难，需要对模具进行有序拆卸，先后取下挤压杆5、上料座4，定位销7、第一螺栓8、第二螺栓10、垫片，最后使模块A、B分离，清理模具；

（5）当挤压杆5不慎压弯时，可以通过选用新的挤压杆进行替换组装，直接旋进挤压底座6，经济性好。

与传统模具1次装料只能获得1道次试样相比，该模具效率更高，可以通过1次装料获得两道次等径角挤压试样，而且通过模具通道角度的变化严格获得Bc路径的试样，使试样在三个方向均发生了剪切变形，可以较快的获得超细晶组织，纯铜试样经过1次装料可使抗拉强度由200MPa提高至380MPa左右，晶粒尺寸由80μm下降至1.5μm左右，而且仅需4次装料便可获得具有抗拉强度450MPa、晶粒尺寸500nm左右的超细晶纯铜组织。

本实施例中，通过对模具内部结构的巧妙设计，完成了试样在相邻道次之间相对于上一位置的90°旋转，可以通过1次装料严格获得2道次Bc路径试样，欲获得高道次挤压试样，只需再次装料，但效率提高50%。由于模具采用Bc路径，所以试样组织在三个方向均会发生剪切变形，提高了晶粒细化效果。图5揭示了传统等径角挤压模具采用Bc路径三维变形效果图，试样在X、Y、Z面均发生了剪切变形，通过反复循环，可以较快获得获得具有高强度的超细晶组织。

本发明的优点在于：通过一个竖直通道和两个水平通道的巧妙组合，最终实现试样在三个方向上均进行了剪切变形，剪切效果好，变形程度大，每次装料均可获得2.0左右的真应变，可以较快速获得具有高强度的超细晶组织。此外，该模具还具有装拆模方便，定位准确，结构简单，螺栓分布合理，可靠性高，稳定性好，经济性好等优点，广泛适用于制备各种棒状超细晶材料

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种新型Bc等径角挤压模具，包括模具本体，其特征在于：所述模具本体的内部设有直径相同的竖向挤压通道、横向挤压通道以及纵向挤压通道，所述竖向挤压通道的上端设有上料槽，竖向挤压通道的下端与横向挤压通道的一端垂直连通，所述横向挤压通道的另一端与纵向挤压通道的端部垂直连通；

所述模具本体包括相对扣合的模块A和模块B，所述模块A和模块B的对接面上均设有依次连通的竖向槽、横向槽以及纵向槽，模块A的竖向槽与模块B的竖向槽相扣合后形成竖向挤压通道，模块A的横向槽与模块B的横向槽相扣合后形成横向挤压通道，模块A的纵向槽和模块B的纵向槽相扣合后形成纵向挤压通道；

所述模块A包括呈L形分布的竖直段A和水平段A，所述水平段A固定在竖直段A的左侧面下端；所述模块B包括呈L形分布的竖直段B和水平段B，所述水平段B固定在竖直段B的前侧面下端，所述竖直段A的前侧面和竖直段B的后侧面均设置竖向槽和横向槽，所述水平段A的右侧面和水平段B的左侧面均设置纵向槽；

所述纵向挤压通道呈前端直径大、后端直径小的阶梯状。

2.根据权利要求1所述的一种新型Bc等径角挤压模具，其特征在于：所述模块A的顶部和模块B的顶部均设有与竖向槽相连通的半圆形凹槽，模块A的半圆形凹槽与模块B的半圆形凹槽相扣合后形成圆形状的上料槽。

3.根据权利要求1所述的一种新型Bc等径角挤压模具，其特征在于：所述竖直段A的上端与竖直段B的上端均设有第一定位销孔，水平段A的前端和水平段B的前端均设有第二定位销孔，所述第一定位销孔和第二定位销孔内均设置有定位销。

4.根据权利要求1所述的一种新型Bc等径角挤压模具，其特征在于：所述竖直段A和竖直段B之间经由若干对从上往下分布的第一螺栓连接固定；所述水平段A与水平段B的前端之间经由一对第二螺栓连接固定。

5.根据权利要求1所述的一种新型Bc等径角挤压模具，其特征在于：还包括用于伸入竖向挤压通道并挤压试样的挤压杆，所述挤压杆的一端螺接有挤压底座。

6.根据权利要求5所述的一种新型Bc等径角挤压模具，其特征在于：所述上料槽内设有上料座，所述上料座的中部设有以利于挤压贯穿的竖向通孔。