專利名稱：多路等通道擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料擠壓加工技術領域，涉及對等通道轉角擠壓裝置的改進。
背景技術：
超細晶材料因具有不同于傳統材料的優良力學性能和獨特的物理性能而受到廣 泛關注。劇烈塑性變形是制備超細晶材料的一種重要工藝，具體又分為高壓扭轉法、多向鍛 造法、反復軋壓法和等通道轉角擠壓(Equal Channel Angular Extrusion or Pressing, 簡稱ECAE或ECAP)法等，其中ECAE被認為是一種很有工程應用前景的超細晶制備工藝。 圖1為ECAE工藝基本原理示意圖，ECAE模具由兩個截面相等并以一定角度相交的通道構 成，兩通道的夾角為①，在凸模2壓力的作用下，試樣1在位于由兩個凹模半模3組成的凹 模擠壓通道的拐角處產生近似剪切變形。由于試樣擠壓后的橫截面形狀未發生改變，所以 可反復多道次擠壓達到不斷細化晶粒的目的。目前，國內外已經發展了許多不同的ECAE 擠壓模具，但這些模具存在以下主要缺點現有模具的凸模通常被設計成簡單的沖頭，如專 利 US7191630、US5850755、CN2584308、CN101259493、CN1792487、CN1712155、CN1704485、 CN1357420、CN200988058、CN2455398等均是如此。圖2為現有ECAE模具簡單沖頭式凸模的 結構示意圖。從材料力學角度分析，這種簡單沖頭式結構設計最突出的缺點是缺乏足夠的 剛度。當被擠壓材料的強度較高、試樣高徑比較大(> 2. 5)或模具內角①較小(< 90° ) 時，在擠壓過程中沖頭因受到很大反向作用力而容易發生彎曲或斷裂失穩，極大限制了 ECAE模具內角選擇的靈活性及可加工材料的范圍和尺寸，降低了凸模的使用壽命。其次， 構成現有模具擠壓通道的模壁通常是固定的，擠壓時試樣與模壁之間的摩擦力較大，不僅 降低了擠壓試樣的表面質量，也增加了凸模的承受載荷。而且，沖頭突然斷裂時還可能崩出 金屬碎削傷及附近的操作人員，存在著一定安全隱患。另外，現有模具通常只能提供單路擠 壓通道，即一次只能擠壓一根試樣，加工效率較低，成本高。如專利US5850755、CN1704485、 CN1712155、CN1357420、KR20020093403 等都是如此。

發明內容
本發明的目的是提出一種能提高凸模的剛度、減少試樣與模壁之間摩擦力的等 通道轉角擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構，以提高凸模的使用壽命，消除安全隱患。本 發明的目的之二是提出一種可同時擠壓多根試樣的具有多通道的等通道轉角擠壓裝置的 凸模和凹模型腔結構，以提高模具的加工效率，降低加工成本。本發明的技術方案是多路等通道擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構，包括凸 模和凹模，凸模包括壓板和擠壓桿，擠壓桿的上端與壓板的下表面連接為整體，一路凹模型 腔由位于兩個分模面上的半模型腔組成，當兩個分模面貼合后，兩個半模型腔對合形成一 路完整的凹模型腔，一路凹模型腔包括一個由垂直的擠壓入口通道和與其連通的擠壓出口 通道組成的擠壓通道，擠壓入口通道和擠壓出口通道的夾角為擠壓通道的內角①，擠壓入 口通道和擠壓出口通道的截面為相等的矩形，擠壓入口通道的上端口位于凹模的上表面，擠壓出口通道的外端口位于凹模的側面；其特征在于，(1)所說的凹模的水平截面為正方形，它由4個結構相同、水平截面為正方形的四 分之一凹模組成，在每兩個鄰接的四分之一凹模的分模面上有一路凹模型腔，凹模上共有 對稱分布的4路結構相同的凹模型腔；(2)所說的凸模上有一個截面為正方形的導向桿，導向桿的截面邊長不小于擠壓 桿截面寬度的2倍，也不小于擠壓桿的截面長度，導向桿的高度至少為擠壓桿高度的3倍， 導向桿的4個側面上各有1個高度相同的擠壓桿，4個擠壓桿對稱分布，導向桿邊長的中心 線與擠壓桿截面長度方向的中心線重合，導向桿的上端面與壓板的下表面連接為整體，導 向桿與4個擠壓桿一體加工成形；(3)所說的凹模型腔由4路擠壓通道和公用導向通道組成，公用導向通道的截面 為正方形，公用導向通道與導向桿間隙配合，公用導向通道位于4路擠壓入口通道的中心， 公用導向通道的4個側面分別與4路擠壓入口通道的內側面共面，公用導向通道的高度大 于導向桿的高度。本發明的優點是顯著增強了凸模的剛度，減少了試樣與模壁之間的摩擦力，從而 提高了凸模的使用壽命，消除了安全隱患。同時，多路擠壓通道設計也大大提高了加工效 率，降低了加工成本。試驗證明，本發明的一個實施例的凸模使用壽命比簡單沖頭式凸模的 使用壽命提高了 5倍以上，加工效率提高了 3倍。


圖1為ECAE工藝基本原理示意圖。圖2為現有ECAE模具簡單沖頭式凸模的結構示意圖。圖3為本發明的結構示意圖。圖中顯示的是本發明的凸模和兩個四分之一凹模。圖4為本發明凸模的立體示意圖，圖中省略了壓板。圖5為本發明四分之一凹模的立體示意圖。圖6為本發明凹模的立體示意圖，圖中省略了一個四分之一凹模。
具體實施例方式下面結合圖3至圖6以及實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明的保護范 圍并不局限于所述的實施例。為了便于說明，規定圖3中左右方向為擠壓桿4截面的寬度 方向，內外方向為擠壓桿4截面的長度方向，上下方向為擠壓桿4的高度方向。多路等通道 擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構，包括凸模2和凹模，凸模2包括壓板5和擠壓桿4，擠 壓桿4的上端與壓板5的下表面連接為整體，一路凹模型腔由位于兩個分模面上的半模型 腔組成，當兩個分模面貼合后，兩個半模型腔對合形成一路完整的凹模型腔，一路凹模型腔 包括一個由垂直的擠壓入口通道7和與其連通的擠壓出口通道8組成的擠壓通道，擠壓入 口通道7和擠壓出口通道8的夾角為擠壓通道的內角①，擠壓入口通道7和擠壓出口通道 8的截面為相等的矩形，擠壓入口通道7的上端口位于凹模的上表面，擠壓出口通道8的外 端口位于凹模的側面；其特征在于，(1)所說的凹模的水平截面為正方形，參見圖5、6，它由4個結構相同、水平截面為 正方形的四分之一凹模10組成，在每兩個鄰接的四分之一凹模10的分模面上有一路凹模
4型腔，凹模上共有對稱分布的4路結構相同的凹模型腔；(2)所說的凸模2上有一個截面為正方形的導向桿6，參見圖4，導向桿6的截面 邊長不小于擠壓桿4截面寬度的2倍，也不小于擠壓桿4的截面長度，導向桿6的高度至少 為擠壓桿4高度的3倍，導向桿6的4個側面上各有1個高度相同的擠壓桿4，4個擠壓桿 4對稱分布，導向桿6邊長的中心線與擠壓桿4截面長度方向的中心線重合，導向桿6的上 端面與壓板5的下表面連接為整體，導向桿6與4個擠壓桿4 一體加工成形；(3)所說的凹模型腔由4路擠壓通道和公用導向通道9組成，參見圖6，公用導向 通道9的截面為正方形，公用導向通道9與導向桿6間隙配合，公用導向通道9位于的4路 擠壓入口通道7的中心，公用導向通道9的4個側面分別與4路擠壓入口通道7的內側面 共面，公用導向通道9的高度大于導向桿6的高度。本發明的工作原理是由于擠壓桿4與導向桿6是一體加工成形，因而極大提高了 凸模剛度。導向桿6的4個側壁分別構成4路擠壓入口通道7的內側壁，而它在擠壓過程 中是和試樣1 一起向下運動的，可以明顯減少試樣接觸導向桿一側的擠壓摩擦力并改善擠 壓試樣的表面質量。由于增加了擠壓通道的路數，因而顯著提高了加工效率。實施例具有簡單沖頭式凸模設計的現有ECAE模具由于缺乏足夠的剛度而無法進行高強 度板狀試樣的擠壓，即使擠壓強度很低(如純A1)的板狀試樣時凸模的使用壽命也很短， 通常擠壓十幾個道次后凸模就發生了彎曲變形。按照本發明原理設計出一套可用于多根 板狀試樣同時加工的凸模和凹模型腔配合結構，具體參數為擠壓通道內角①=120°， 擠壓通道的截面寬度X長度尺寸為5mmX40mm，擠壓入口通道7的高度為120mm，擠壓 桿4的高度為120mm，導向桿6的截面邊長為80mm，高度為380mm，公用導向通道9的高 度為420mm。使用具有這套凸模和凹模型腔配合結構的ECAE模具在100°C擠壓尺寸為 4. 9mmX39. 9mmX 100mm的7050高強鋁合金板狀試樣，凸模總擠壓道次超過了 100次后仍然 保持良好的工作狀態，比簡單沖頭式凸模的使用壽命提高了 5倍以上，加工效率也比現有 單路擠壓通道的模具提高了 3倍。
權利要求
多路等通道擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構，包括凸模[2]和凹模，凸模[2]包括壓板[5]和擠壓桿[4]，擠壓桿[4]的上端與壓板[5]的下表面連接為整體，一路凹模型腔由位于兩個分模面上的半模型腔組成，當兩個分模面貼合后，兩個半模型腔對合形成一路完整的凹模型腔，一路凹模型腔包括一個由垂直的擠壓入口通道[7]和與其連通的擠壓出口通道[8]組成的擠壓通道，擠壓入口通道[7]和擠壓出口通道[8]的夾角為擠壓通道的內角Φ，擠壓入口通道[7]和擠壓出口通道[8]的截面為相等的矩形，擠壓入口通道[7]的上端口位于凹模的上表面，擠壓出口通道[8]的外端口位于凹模的側面；其特征在于，(1)所說的凹模的水平截面為正方形，它由4個結構相同、水平截面為正方形的四分之一凹模[10]組成，在每兩個鄰接的四分之一凹模[10的分模面上有一路凹模型腔，凹模上共有對稱分布的4路結構相同的凹模型腔；(2)所說的凸模[2]上有一個截面為正方形的導向桿[6]，導向桿[6]的截面邊長不小于擠壓桿[4]截面寬度的2倍，也不小于擠壓桿[4]的截面長度，導向桿[6]的高度至少為擠壓桿[4]高度的3倍，導向桿[6]的4個側面上各有1個高度相同的擠壓桿[4]，4個擠壓桿[4]對稱分布，導向桿[6]邊長的中心線與擠壓桿[4]截面長度方向的中心線重合，導向桿[6]的上端面與壓板[5]的下表面連接為整體，導向桿[6]與4個擠壓桿[4]一體加工成形；(3)所說的凹模型腔由4路擠壓通道和公用導向通道[9]組成，公用導向通道[9]的截面為正方形，公用導向通道[9]與導向桿[6]間隙配合，公用導向通道[9]位于4路擠壓入口通道[7]的中心，公用導向通道[9]的4個側面分別與4路擠壓入口通道[7]的內側面共面，公用導向通道[9]的高度大于導向桿[6]的高度。
全文摘要
本發明多路等通道擠壓裝置的凸模和凹模型腔配合結構屬于材料擠壓加工技術領域，涉及對等通道轉角擠壓裝置的改進。它包括凸模[2]和凹模，其特征在于，所說的凸模[2]上有一個截面為正方形的導向桿[6]，在導向桿[6]的4個側面上對稱分布4個擠壓桿[4]；所說的凹模型腔由4路擠壓通道和公用導向通道[9]組成，公用導向通道[9]的4個側面分別與4個擠壓入口通道[7]的內側面共面，公用導向通道[9]的高度大于導向桿[6]的高度。本發明顯著增強了凸模剛度，減少了試樣與模壁之間的摩擦力，從而提高了凸模的使用壽命，消除了安全隱患。同時，多路擠壓通道設計也大大提高了加工效率。
文檔編號B21C25/02GK101797595SQ201010134589
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者吳鳳秋, 張旺峰, 曹春曉, 李臻熙, 雷力明, 黃旭 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院