可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置及操作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置及操作方法，包括擠壓桿、上模、下模、墊片和緊固裝置；上模中心設有貫通的矩形上模腔，上模腔的橫截面尺寸為L×B；下模中心設有貫通的下模腔，下模腔包括中心的矩形模腔和位于矩形模腔四個邊上的四個裝墊片槽；矩形模腔的橫截面尺寸與上模腔的橫截面尺寸相同且對齊；裝墊片槽的厚度與墊片截面厚度L1相同；四個裝墊片槽中相對的兩個橫截面尺寸相同，其中一組的橫截面尺寸為L×L1，另一組為B×L1；所述緊固裝置用于在擠壓時緊固上模和下模。使用本發明裝置能制備出工程應用的大體積塊狀細晶材料。本發明方法適應多種材料，操作簡便，節約模具材料，便于加工，椎體傾斜度可變化，緊固性牢靠。
【專利說明】
可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置及操作方法
技術領域
[0001]本發明術語材料塑性加工領域，特別涉及一種適用于變斷面循環擠壓制作大塊狀(立方體)細晶材料的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]大塑性變形方法是近幾年來發展起來制備塊狀超細晶材料有效的方法，已是科學界公認的制備塊狀超細晶材料的最有前途的方式。它是在低溫條件下，金屬坯料在大應力作用下發生大塑性變形而獲得大角度晶界超微粒子。俄羅斯科學家Valiev指出，SH)技術應該滿足多項條件，其中主要有:大塑性變形量;相對低的變形溫度;變形材料內部承受高壓。在這一原則的指導下，強烈塑性變形工藝得到了迅猛發展。其主要工藝有:等徑彎曲通道變形((Equal Channel Angular Pressing，ECAP)、高壓扭車專[ZS] (High Compress1nTors1n,HPT)、循環擠壓(Cyclic Extrus1n)或往復擠壓(Reciprocal Extrus1n andCompress1n，CEC)、大擠壓比擠壓(High Rat1 Extrus1n)、積乳制(Accumulative RollBonding ,ARB)、連續變斷面循環擠壓(continuous variable cross-sect1n recycledextrus1n, CVCE)等。
[0003]近幾年對連續變斷面循環擠壓法的研究表明，連續循環擠壓的特點是:(I)可制備大規格塊體細晶材料；(2)模具成本低，操作簡單；(3)墩粗時克服了傳統墩粗時出現的鼓形、失穩問題；(4)效率高、質量好等。
[0004]在對純鋁、鎂合金、欽合金等材料的研究表明，在采用CVCE對鑄態純鋁1A85進行擠壓8個循環后，平均晶粒尺寸達到750nm。在采用CVCE對AZ31鎂合金進行循環擠壓時發現經16個循環后，平均晶粒尺寸由變形前25.3um有效細化到5.5um。在采用CVCE對TC4欽合金進行擠壓時發現當擠壓6個循環后，晶粒從15um細化至2?3um。
[0005]中國專利ZL201410299685.4公開了一種連續變斷面循環擠壓用復合模具及其操作方法，然其只能應用于柱狀材料的連續變斷面循環擠壓，無法進行塊狀、板狀、條狀等材料的變斷面擠壓制備超細晶材料。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置及操作方法，以實現塊狀、板狀、條狀等材料的變斷面擠壓制備超細晶材料。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0008]可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，包括擠壓桿、上模、下模、墊片和緊固裝置；上模中心設有貫通的矩形上模腔，上模腔的橫截面尺寸為LXB;下模中心設有貫通的下模腔，下模腔包括中心的矩形模腔和位于矩形模腔四個邊上的四個裝墊片槽;矩形模腔的橫截面尺寸與上模腔的橫截面尺寸相同且對齊;裝墊片槽的厚度與墊片截面厚度LI相同；四個裝墊片槽中相對的兩個橫截面尺寸相同，其中一組的橫截面尺寸為LXLl，另一組為BXLI;所述緊固裝置用于在擠壓時緊固上模和下模。
[0009]進一步的，上模和下模之間設置相互配合的凸凹臺。
[0010]進一步的，緊固裝置包括上緊固板、下緊固板和緊固螺釘;上擠壓板是一個中間開矩形孔的平板;下緊固板的底部鑿有四個用于放置緊固螺釘底頭的凹坑;上模和下模夾持于上緊固板和下緊固板之間，且通過緊固螺釘緊固。
[0011]進一步的，下模底面設置槽形排氣孔。
[0012]進一步的，所述墊片為平墊片、錐度墊片、圓面墊片或多段墊片；四個墊片放置在四個裝墊片槽中，使得下模腔中形成一個上大下小的變斷面型腔。
[0013]進一步的，錐度墊片位于下模腔中的面為錐度面；圓面墊片位于下模腔中的面為弧形面;多段墊片位于下模腔中的面包括上段面和下段錐度面，上段面為豎直面或錐度面，如果為錐度面，下段錐度面的錐度大于上段錐度面的錐度。
[0014]進一步的，擠壓桿與上模腔內壁有0.5mm間隙。
[0015]進一步的，墊片的高度大于下模內壁高度0.5mm。
[0016]進一步的，上模凸臺設有1.5mm倒角，便于模具組裝，也減少了配合誤差。
[0017]進一步的，擠壓桿的橫截面長寬比上模的模腔截面長寬的內徑小0.25mm。
[0018]進一步的，擠壓桿長度等于上緊固板加上模模高加10mm。
[0019]可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置的操作，包括以下步驟:
[0020]第I步，將四個墊片使用潤滑油潤滑后裝入下模的裝墊片槽內，置于壓力機的平面上，然后安裝上模并通過緊固裝置緊固，最后將需要擠壓的矩形試樣裝入上模腔中；
[0021]第2步，標定擠壓桿下降高度，將擠壓桿裝入上模腔中，開動壓力機，將擠壓桿向下擠壓直至標記位置，使試樣上尾部剛好進入下模；
[0022]第3步，將壓力機抬起，松開緊固裝置，拆分模具，用擠壓桿頂墊片和試樣，使墊片和試樣與下模分離；
[0023]第4步，將試樣與墊片分離后，將上模倒置放于壓力機上，將試樣大斷面朝下裝入上模內，在擠壓桿上做好標記，將擠壓桿裝入上模，使用壓力機擠壓至設定位置，取出得到矩形試樣；
[0024]重復第1-4步，進行若干個變形循環，獲得晶粒細化后的塊體細晶材料坯料。
[0025]相對于現有技術，本發明的有益效果是:
[0026]I)模具加工簡便，通用性好，可根據需要更換多種配合墊片。
[0027]2)壓下和卸料均使用同一頂桿。
[0028]3)模具高度相對較小，穩定性更強。
[0029]4)—套模具組合時可完成變斷面擠壓，分開單獨使用上模(2)時可實現墩粗至試樣原幾何尺寸。
[0030]5)可自由設計墊片結構，從而改變型腔結構。
[0031 ] 6)可變形細化矩形斷面材料。
[0032]本發明裝置，可以對連鑄之后的矩形板坯直接進行連續變斷面擠壓，細化晶粒，然后再進行后續深加工;本發明通過更換不同的墊片，可以實現不同形狀的連續變斷面擠壓。
【附圖說明】
[0033]圖1為將材料擠壓變形成連續變斷面試樣過程的示意圖；
[0034]圖2為將連續變斷面試樣墩粗成原來形狀的示意圖；
[0035]圖3下模俯視圖；
[0036]圖4(a)至圖4(e)為圖1中不同錐度墊片的放大示意圖；
[0037]圖5(a)和圖5(b)分別為緊固件上緊固板的俯視圖和正視圖；
[0038]圖5(c)和圖5(d)分別為緊固件下緊固板的俯視圖和正視圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0040]請參閱圖1至圖3所示，本發明一種可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置包括上模
2、下模3和墊片4;墊片4的尺寸與下模3配合，組成復合結構。對于同一套模具，可設置角度變化的系列墊片4，從而實現不同角度的擠壓，降低了模具制作成本。
[0041]上模2為一橫截面為矩形的通體結構，其中心設有貫通的矩形上模腔21，具體尺寸根據試樣截面而設計。下模3為一橫截面為矩形的通體結構，其中心設有貫通的下模腔30，下模腔30包括中心的矩形模腔31和位于矩形模腔31四個邊上的四個裝墊片槽32;矩形模腔31的橫截面尺寸(長度為L，寬度為B)與上模腔21的橫截面尺寸相同且對齊;裝墊片槽32的厚度與墊片4上截面厚度LI相同；以保證組裝后試樣從上模2進入下模3內時，模腔內壁沒有突出的凸臺或凸棱。四個裝墊片槽32中相對的兩個橫截面尺寸相同，其中一組的橫截面尺寸為L X LI，另一組為B X LI。
[0042]請參閱圖4(a)至圖4(e)所示，墊片4的基礎厚度LI應與擠壓力和擠壓材料相適應，下截面厚度根據設計的角度變化而變化。圖4(a)中的墊片為平墊片，其高度為H，上寬度為LI，下寬度同為LI。圖4(b)中的墊片為錐度墊片，其高度為H，上寬度為LI，下寬度同為L2;位于下模腔中的面為錐度面，另三個豎向的面均為豎直面。圖4(c)中的墊片為圓面墊片，其高度為H，上寬度為LI，下寬度同為L2;位于下模腔中的面為弧形面，另三個豎向的面均為豎直面。圖4(d)中的墊片為多段墊片，其高度為H，上寬度為LI，下寬度同為L2;位于下模腔中的面包括上段的錐度面和下段錐度面，下段錐度面的錐度大于上段錐度面的錐度，另三個豎向的面均為豎直面。圖4(e)中的墊片為多段墊片，其高度為H，上寬度為LI，下寬度同為L2;位于下模腔中的面包括上段的豎直面和下段錐度面，另三個豎向的面均為豎直面。四個裝墊片槽32中鑲嵌四個墊片，使得下模腔30中形成一個上大下小的變斷面型腔。
[0043]擠壓桿I截面尺寸根據上模2內腔尺寸而設定，為減少擠壓力，應該較上模內腔稍小0.5mm，擠壓桿I長度應大于上緊固板5-1和上模2豎直高度之和，以便完全擠壓，并且也便于標記擠壓壓下量。
[0044]緊固裝置5是一個組合裝置，起作用主要是對模具進行上下緊固，以免在擠壓過程中，金屬在上下模組合的縫隙中流動。緊固裝置主要由上緊固板5-1、下緊固板5-2和緊固螺釘5-3組成，上擠壓板5-1是一個中間開矩形孔5-1-1的厚平板，其厚度與所選材料強度適應;下緊固板5-2是底部鑿有四個凹坑5-2-1(深度為緊固螺釘5-3底頭可以恰好不凸出即可)，以保證下平面為一平面，其厚度也受材料的強度而影響。為了減少擠壓因油潤滑產生的氣體，下模3底面設置槽形排氣孔6，及時排除氣體，保證擠壓的順利進行。
[0045]上模2和下模3配合設置凸凹臺，便于上模2和下模3組裝時對中和固定，上下模之間設置相互配合的凸凹臺，其中凸凹臺配合應用2-3mm間隙。
[0046]請參閱圖2所示，墩粗模為上模2倒置和擠壓桿I組合即可，可是坯料恢復到原幾何尺寸。該過程可實現一模兩用，提高模具利用率。
[0047]本發明一種可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，由三部分組合而成，制作簡單，便于加工;使用時，便于卸料，可變換擠壓椎體角度。
[0048]本發明一種可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置的操作方法，包括以下步驟:
[0049]第I步，將四個墊片4使用潤滑油潤滑后裝入下模3的裝墊片槽32內，置于壓力機的平面上，然后安裝上模2并通過緊固裝置緊固，確保配合良好，最后將需要擠壓的矩形試樣裝入上模。
[0050]第2步，根據上模2和緊固墊片高度，標定擠壓桿下降高度，將擠壓桿裝入擠壓筒。開動壓力機，將擠壓桿I向下擠壓直至標記位置，使試樣上尾部剛好進入下模，以免破壞錐度墊片。
[0051]第3步，將壓力機抬起，松開緊固螺絲5-3，拆分模具，用擠壓桿頂墊片4和試樣，使墊片和試樣與下模3分離。
[0052]第4步，將試樣與墊片分離后，將上模2倒置放于壓力機上，將試樣大斷面朝下裝入上模2內，在擠壓桿上做好標記，將擠壓桿裝入上模2，使用壓力機擠壓至適當位置(需要提前標記)。取出試樣。
[0053]重復步驟1-4進行若干個變形循環，就可以使材料獲得大的塑性變形，制備出塊體細晶材料的坯料，再進行深加工，制成所需要形狀和尺寸的零部件。
[0054]模具尺寸和材料形狀尺寸的設計原則
[0055]模具內部尺寸要根據需要所加工試樣的尺寸確定，外部尺寸主要依據所選材料的強度和擠壓力的大小而確定，以保證在復合強度的要求下完成試樣加工。適用該發明的模具的試樣，在長度方向應盡可能稍大，這樣可以實現更好的效果。
[0056]下模高度可利用體積不變原理，計算出試樣變形完成后的高度，再加上適當剩余值，上模因在完成擠壓導向和擠壓筒作用外，還要承擔墩粗模的作用，其高度應大于變形后試樣高度，還要保證擠壓桿能夠進入，并起到一定的導向作用(一般取1mm) ο擠壓墊片的高度與下模內壁高度一致，基本厚度LI由使用材料決定，下截面厚度與角度有關。緊固件尺寸由上下模(2，3)外觀尺寸決定，做到不影響模具正常工作，且能起到優越的緊固作用，便于模具分析拆裝。上緊固墊片應在中部開大于擠壓桿截面的通孔，下截面應做螺釘緊固槽，緊固后保證下底面為平面。
[0057]此外，為保證上下模具緊密配合，上下模具結合外部應有2_3mm的間隙，擠壓桿I截面長寬，應與上模腔21內壁有0.5mm間隙。墊片4應該大于下模內壁高度0.5mm，以保證組裝后，上下模(2，3)之間更緊密。
【主權項】
1.可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，包括擠壓桿(I)、上模(2)、下模(3)、墊片(4)和緊固裝置(5);上模中心設有貫通的矩形上模腔(21)，上模腔的橫截面尺寸為LXB;下模中心設有貫通的下模腔(30)，下模腔包括中心的矩形模腔(31)和位于矩形模腔四個邊上的四個裝墊片槽(32);矩形模腔的橫截面尺寸與上模腔的橫截面尺寸相同且對齊;裝墊片槽的厚度與墊片截面厚度LI相同；四個裝墊片槽中相對的兩個橫截面尺寸相同，其中一組的橫截面尺寸為LXLl，另一組為BXLl;所述緊固裝置(5)用于在擠壓時緊固上模和下模。2.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，上模和下模之間設置相互配合的凸凹臺。3.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，緊固裝置包括上緊固板(5-1)、下緊固板(5-2)和緊固螺釘(5-3);上擠壓板是一個中間開矩形孔(5-1-1)的平板;下緊固板的底部鑿有四個用于放置緊固螺釘(5-3)底頭的凹坑(5-2-1);上模和下模夾持于上緊固板(5-1)和下緊固板(5-2)之間，且通過緊固螺釘(5-3)緊固。4.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，下模底面設置槽形排氣孔(6)。5.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，所述墊片為平墊片、錐度墊片、圓面墊片或多段墊片；四個墊片放置在四個裝墊片槽(32)中，使得下模腔中形成一個上大下小的變斷面型腔。6.根據權利要求5所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，錐度墊片位于下模腔中的面為錐度面；圓面墊片位于下模腔中的面為弧形面;多段墊片位于下模腔中的面包括上段面和下段錐度面，上段面為豎直面或錐度面，如果為錐度面，下段錐度面的錐度大于上段錐度面的錐度。7.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，擠壓桿(I)與上模腔(21)內壁有0.5mm間隙。8.根據權利要求1所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置，其特征在于，墊片(4)的高度大于下模內壁高度0.5_。9.權利要求1至8中任一項所述的可變角度的連續變斷面循環擠壓裝置的操作，其特征在于，包括以下步驟: 第I步，將四個墊片(4)使用潤滑油潤滑后裝入下模(3)的裝墊片槽(32)內，置于壓力機的平面上，然后安裝上模(2)并通過緊固裝置緊固，最后將需要擠壓的矩形試樣裝入上模腔中； 第2步，標定擠壓桿下降高度，將擠壓桿(I)裝入上模腔(21)中，開動壓力機，將擠壓桿向下擠壓直至標記位置，使試樣上尾部剛好進入下模； 第3步，將壓力機抬起，松開緊固裝置，拆分模具，用擠壓桿頂墊片(4)和試樣，使墊片和試樣與下模(3)分離； 第4步，將試樣與墊片分離后，將上模(2)倒置放于壓力機上，將試樣大斷面朝下裝入上模(2)內，在擠壓桿上做好標記，將擠壓桿裝入上模(2)，使用壓力機擠壓至設定位置，取出得到矩形試樣； 重復第1-4步，進行若干個變形循環，獲得晶粒細化后的塊體細晶材料坯料。
【文檔編號】B21C23/00GK105964715SQ201610551803
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】杜忠澤, 何興群, 朱曉雅, 吳晨, 劉長瑞
【申請人】西安建筑科技大學