CN101658877B - 连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备 - Google Patents

连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备 Download PDF

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Abstract

一种连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备，包括箱体(1)、进料托架(2)、出料托架(3)和等通道转角挤压模具(4)，进料托架(2)和出料托架(3)安装在箱体(1)两侧，等通道转角挤压模具(4)安装在箱体(1)中靠近出料托架(3)的一侧处；其特征是在箱体(1)中安装有多组滚压轮对(5)，其中第一对滚压轮对(5)靠近进料托架(2)，最后一对滚压轮对(5)紧贴等通道转角挤压模具(4)，所述的滚压轮对(5)分别安装在对应的五级驱动轴(7)和四级驱动轴(8)上，所述的四级驱动轴(8)通过齿轮传动装置与作为动力源的驱动电机相连。本发明具有结构简单，能耗低，能实现等通道转角挤压的连续加工，大大提高了加工效率，为金属材料等通道转角挤压工业化生产提供了必需的装备。

Description

连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备
技术领域
本发明涉及一种金属材料的改性设备，尤其是一种通过使金属材料连续通过等通道转角变形后改变材料力学性能的加工设备，具体地说是一种连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备。
背景技术
自20世纪90年代中期以来，等通道转角挤压(Equal Channel AngularPressing，简称ECAP)技术受到全球材料界的高度重视，现已发展成为制备高性能金属材料的一个重要方法。但是，由于有限的挤压冲头行程，将ECAP技术限定为一种不连续、低生产效率、高成本的制备方法。
国内外许多研究机构和学者就连续ECAP技术做了一些有益的探索。比如单槽轮连续等通道转角变形方法，该方法的基本原理是将坯料送入一个挤压轮的凹槽中，与凹槽三面相接触的坯料被摩擦力驱动，随挤压轮进行旋转运动；当坯料随轮槽转过四分之一圆周后，静止的约束模阻挡住坯料并迫使其在剪切力作用下转过一定的角度(ECAP中的通道交角)，以此来实现连续等通道转角变形，从而实现高性能金属材料的制备。但是，大量的实践证明单槽轮存在诸多缺点，如坯料打滑现象比较严重、驱动力小、难以实现连续大应变ECAP变形，无法实现工业化应用。
因此，到目前为止，尚未有一种可供实际工业生产使用的连续等通道转角挤压变形制备高性能金属材料的设备可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的等通道转角挤压加工缺乏高效的生产设备而难以实现工业化生产的问题，设计一种能连续批量进行等通道转角挤压加工的连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备，以实现利用等通道转角挤压加工改变金属材料性能的方法能实现工业化生产并大幅降低加工成本和能耗。
本发明的技术方案是：
一种连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备，包括箱体1、进料托架2、出料托架3和等通道转角挤压模具4，进料托架2和出料托架3呈高底错落安装在箱体1两侧，等通道转角挤压模具4安装在箱体1中靠近出料托架3的一侧处，等通道转角挤压模具4的出料口与出料托架3对接；其特征是在箱体1中安装有多组滚压轮对5，其中第一对滚压轮对5位于箱体1中靠近进料托架2的位置处，最后一对滚压轮对5紧贴等通道转角挤压模具4安装并与所述的等通道转角挤压模具4一起形成使金属材料发生连续剪切变形的转角通道6，所述的滚压轮对5分别安装在对应的五级驱动轴7和四级驱动轴8上，所述的五级驱动轴7和四级驱动轴8通过齿轮传动，所述的四级驱动轴8通过齿轮传动装置与作为动力源的驱动电机相连。
所述的滚压轮对5中的上滚轮安装在五级驱动轴7上，下滚轮安装在四级驱动轴8上，所述的五级驱动轴7和四级驱动轴8上分别安装有相互啮合的五级驱动齿轮9和四级驱动齿轮10，所述的四级驱动齿轮10与驱动其转动的三级驱动小齿轮11啮合，三级驱动小齿轮11安装在三级驱动轴上12上，三级驱动小齿轮11通过与其双联或同轴安装的三级大齿轮13与安装在二级驱动轴14上的二级驱动小齿轮15相啮合，二级驱动小齿轮15通过与其双联或同轴安装的二级大齿轮16与安装在一级驱动轴17上的一级小齿轮18相啮合，一级小齿轮18通过与其双联或同轴安装的一级大齿轮19与驱动电机20输出轴上的初级齿轮21相啮合。
所述的二级驱动小齿轮15同时与两个平行安装的三级驱动轴12上的三级大齿轮13相啮合；每个三级驱动轴12上的三级小齿轮11同时与两个平行安装的四级驱动轴8上的四级驱动齿轮10啮合，每个四级驱动齿轮10与对应的五级驱动齿轮9相啮合，五级驱动齿轮9安装在对应的五级驱动轴7上。
所述的五级驱动轴7上安装的五级驱动齿轮9为多联齿轮并能通过与其相连的变速手柄22在五级驱动轴7上移动，相应的在四级驱动轴8上安装有数量和齿数相配的多个用于变速的四级驱动齿轮10，其中至少有一个四级驱动齿轮10始终与三级驱动轴12上的三级驱动小齿轮11相啮合。
所述的滚压轮对5由结构相同的上、下滚压轮组成，每个滚压轮由左挡盘23、右挡盘24和隔套25组成，隔套25位于左挡盘23和右挡盘24之间，且隔套25的外径小于左挡盘23和右挡盘24的尺寸，在左挡盘23和右挡盘25之间形成一个供被挤压坯料通过的高度略小于坯料厚度的通道。
所述的各滚压轮对5之间安装有使各滚压轮对5相对定位的约束板26。
所述的五级驱动轴7和四级驱动轴8之间的距离可调。
本发明的有益效果：
本发明为等通道转角挤压加工方法提供了一种可工业化生产的设备，解决了理论与实际结合的难题，同时由于采用了多轮对和双轮驱动坯料前进，不会在坯料受剪切转弯时发生打滑和无法连续送料的问题，因此不仅加工效率高，而且可提高加工质量。
本发明采用一台电机既可带动二对，也可带动四对甚至八对或以上的滚轮同时转动，同时通过手动变更，可改变上下滚轮的转速，可使它们同速旋转，也可异速旋转。
本发明的设备结构简洁、紧凑，占地小、能耗低。
附图说明
图1是本发明的等通道转角挤压模具及整个装置的等效示意图。
图2是本发明的传动系统原理图。
图3是本发明的正视结构示意图。
图4是本发明的剖视结构展开示意图。
图5是本发明实施例的一个电机驱动四个滚压轮对的传动啮合示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-5所示。
一种连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备，包括箱体1、进料托架2、出料托架3和等通道转角挤压模具4(具体结构如图1中附图标记4所示)，进料托架2和出料托架3呈高底错落安装在箱体1两侧，等通道转角挤压模具4安装在箱体1中靠近出料托架3的一侧处，等通道转角挤压模具4的出料口与出料托架3对接，在箱体1中安装有多组滚压轮对5，其中第一对滚压轮对5位于箱体1中靠近进料托架2的位置处，最后一对滚压轮对5紧贴等通道转角挤压模具4安装并与所述的等通道转角挤压模具4一起形成使金属材料发生连续剪切变形的转角通道6，所述的滚压轮对5分别安装在对应的五级驱动轴7和四级驱动轴8上，所述的五级驱动轴7和四级驱动轴8通过齿轮传动，所述的四级驱动轴8通过齿轮传动装置与作为动力源的驱动电机相连，如图3所示，图3中29为本发明的加工对象。
本发明的传动原理图如图2所示，滚压轮对5中的上滚轮安装在五级驱动轴7(V轴)上，下滚轮安装在四级驱动轴8(IV轴)上，所述的五级驱动轴7和四级驱动轴8上分别安装有相互啮合的五级驱动齿轮9和四级驱动齿轮10，所述的四级驱动齿轮10与驱动其转动的三级驱动小齿轮11啮合，三级驱动小齿轮11安装在三级驱动轴上12(III轴)上，三级驱动小齿轮11通过与其双联或同轴安装的三级大齿轮13与安装在二级驱动轴14(II轴)上的二级驱动小齿轮15相啮合，二级驱动小齿轮15通过与其双联或同轴安装的二级大齿轮16与安装在一级驱动轴17(I轴)上的一级小齿轮18相啮合，一级小齿轮18通过与其双联或同轴安装的一级大齿轮19与驱动电机20输出轴上的初级齿轮21相啮合。
为了实现一台电机带动四对滚压轮同步动作，本实施例采用了图5所示的传动结构，也就是说具体实施时可使二级驱动小齿轮15同时与两个平行安装的三级驱动轴12上的三级大齿轮13相啮合；每个三级驱动轴12上的三级小齿轮11同时与两个平行安装的四级驱动轴8上的四级驱动齿轮10啮合，每个四级驱动齿轮10与对应的五级驱动齿轮9相啮合，五级驱动齿轮9安装在对应的五级驱动轴7上。
为了实现上下滚压轮的变速旋转和实现同步或异步旋转可采用图2所示的变速机构，即在具体实施时，可使所述的五级驱动轴7上安装的五级驱动齿轮9为多联齿轮并能通过与其相连的变速手柄22在五级驱动轴7上移动，相应的在四级驱动轴8上安装有数量(即如果五级驱动齿轮9为三联齿轮，则四级驱动轴上应安装三个齿轮，如果五级驱动齿轮为四联或五联齿轮，则四级驱动轴上应安装四个或五个齿轮，以此类推)和齿数相配(根据变速要求和轴间距计算匹配)的多个用于变速的四级驱动齿轮10，其中至少有一个四级驱动齿轮10始终与三级驱动轴12上的三级驱动小齿轮11相啮合。如图4所示。具体实施时，滚压轮对5可采用以下结构，它由结构相同的上、下滚压轮组成，每个滚压轮由左挡盘23、右挡盘24和隔套25组成，隔套25位于左挡盘23和右挡盘24之间，且隔套25的外径小于左挡盘23和右挡盘24的尺寸，在左挡盘23和右挡盘25之间形成一个供被挤压坯料通过的高度略小于坯料厚度的通道，如图4所示。此外，在各滚压轮对5之间安装有使各滚压轮对5相对定位的约束板26，如图3所示。
为了进一步扩展本实施例的功能，具体实施时，还可采用常规方法使五级驱动轴7和四级驱动轴8之间的距离可调，以适应不同厚度的坯料加工，具体实施时对每对滚压轮的尺寸和结构及材料加以选择还可代替轧制轮使用，所以本发明不仅具有等通道转角挤压加工还可兼具有多对轮轧制的功能。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种连续驱动式等通道转角挤压变形加工设备，包括箱体(1)、进料托架(2)、出料托架(3)和等通道转角挤压模具(4)，进料托架(2)和出料托架(3)呈高底错落安装在箱体(1)两侧，等通道转角挤压模具(4)安装在箱体(1)中靠近出料托架(3)的一侧处，等通道转角挤压模具(4)的出料口与出料托架(3)对接；在箱体(1)中安装有多组滚压轮对(5)，其中第一对滚压轮对(5)位于箱体(1)中靠近进料托架(2)的位置处，最后一对滚压轮对(5)紧贴等通道转角挤压模具(4)安装并与所述的等通道转角挤压模具(4)一起形成使金属材料发生连续剪切变形的转角通道(6)，所述的多组滚压轮对(5)中的每对滚压轮对中的上滚压轮安装在五级驱动轴(7)，下滚压轮安装在四级驱动轴(8)上，所述的五级驱动轴(7)和四级驱动轴(8)通过齿轮传动，所述的四级驱动轴(8)通过齿轮传动装置与作为动力源的驱动电机相连，其特征是所述的五级驱动轴(7)上安装有五级驱动齿轮(9)，四级驱动轴(8)上安装有四级驱动齿轮(10)，五级驱动齿轮(9)和四级驱动齿轮(10)相互啮合，所述的四级驱动齿轮(10)与驱动其转动的三级驱动小齿轮(11)啮合，三级驱动小齿轮(11)安装在三级驱动轴上(12)上，三级驱动小齿轮(11)与三级大齿轮(13)双联或同轴安装，三级大齿轮(13)与安装在二级驱动轴(14)上的二级驱动小齿轮(15)相啮合，二级驱动小齿轮(15)与二级大齿轮(16)双联或同轴安装，二级大齿轮(16)与安装在一级驱动轴(17)上的一级小齿轮(18)相啮合，一级小齿轮(18)与一级大齿轮(19)双联或同轴安装，一级大齿轮(19)与驱动电机(20)输出轴上的初级齿轮(21)相啮合。
2.根据权利要求1所述的加工设备，其特征是所述的二级驱动小齿轮(15)同时与两个平行安装的三级驱动轴(12)上的三级大齿轮(13)相啮合；每个三级驱动轴(12)上的三级小齿轮(11)同时与两个平行安装的四级驱动轴(8)上的四级驱动齿轮(10)啮合，每个四级驱动齿轮(10)与对应的五级驱动齿轮(9)相啮合，五级驱动齿轮(9)安装在对应的五级驱动轴(7) 上。
3.根据权利要求1或2所述的加工设备，其特征是所述的五级驱动轴(7)上安装的五级驱动齿轮(9)为多联齿轮并能通过与其相连的变速手柄(22)在五级驱动轴(7)上移动，相应的在四级驱动轴(8)上安装有数量和齿数相配的多个用于变速的四级驱动齿轮(10)，其中至少有一个四级驱动齿轮(10)始终与三级驱动轴(12)上的三级驱动小齿轮(11)相啮合。
4.根据权利要求1所述的加工设备，其特征是所述的滚压轮对(5)由结构相同的上、下滚压轮组成，每个滚压轮由左挡盘(23)、右挡盘(24)和隔套(25)组成，隔套(25)位于左挡盘(23)和右挡盘(24)之间，且隔套(25)的外径小于左挡盘(23)和右挡盘(24)的尺寸，在左挡盘(23)和右挡盘(24)之间形成一个供被挤压坯料通过的高度略小于坯料厚度的通道。
5.根据权利要求1所述的加工设备，其特征是所述的各滚压轮对(5)之间安装有使各滚压轮对(5)相对定位的约束板(26)。
6.根据权利要求1所述的加工设备，其特征是所述的五级驱动轴(7)和四级驱动轴(8)之间的距离可调。 
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