CN103785702B - 一种涡旋挤压式大塑性变形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡旋挤压式大塑性变形装置，包括装置主体，所述装置主体包括外层加强圈以及与外层加强圈过盈配合的内层凹模，所述内层凹模设有扭转挤压腔，所述扭转挤压腔呈从上端口至下端口缩口的形状，所述扭转挤压腔内设有扭挤变形区，所述扭挤变形区包括由若干个带状凸起或者由若干个带状凹槽构成的变形带，所述带状凸起或者带状凹槽的上端部可延伸至扭转挤压腔的上端口，所述带状凸起或者带状凹槽的下端部可延伸至扭转挤压腔的下端口。本发明组合了扭转和挤压技术于一体，从而使本发明无需额外的装置对模具进行转动来实现材料的扭转，仅通过结构设计即可实现相同效果，并且可以消除扭转时候材料与模具之间的滑动，设计简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡旋挤压式大塑性变形装置。
背景技术
目前对亚微米、纳米结构材料的需求主要存在于航空、军事、医疗器械、电子等诸多行业领域，高压扭转法是生产块体亚微米、纳米晶材料的行之有效的塑性加工方法。该方法是在变形体高度方向施加压力的同时,通过主动摩擦作用在其横截面上施加一扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性变形工艺。研究发现经过高压下的严重扭转变形后，材料内部形成了大角度晶界的均匀结构，晶粒得到明显细化，材料的性能也发生了质的变化。但是该方法对装置要求高，需要对压力机进行改装并增加额外扭转设备，实施技术复杂。
挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工件。由于金属在挤压模具中受三向压应力作用，挤压成形的零件力学性能极佳，这种加工方式也特别适用于塑性较差的材料成形。
发明内容
本发明提供了一种可应用于细晶材料制备领域的集扭转、减径挤压技术和自增强技术于一体的涡旋挤压式大塑性变形装置。
一种涡旋挤压式大塑性变形装置，包括装置主体，所述装置主体包括外层加强圈以及与外层加强圈过盈配合的内层凹模，所述内层凹模设有扭转挤压腔，所述扭转挤压腔呈从上端口至下端口缩口的锥形形状，所述扭转挤压腔设有扭挤变形区，所述扭挤变形区包括由若干个带状凸起或者由若干个带状凹槽构成的变形带，所述带状凸起或者带状凹槽的上端部可延伸至扭转挤压腔上端口，所述带状凸起或者带状凹槽的下端部可延伸至扭转挤压腔下端口。
所述带状凸起或者带状凹槽的上端部宽度大于下端部宽度，所述扭转挤压腔从上端口至下端口的缩口角度为30～45°。
所述扭挤变形区上部设有放置区，所述连接扭挤变形区下部设有出料区。
所述扭挤变性区还包括位于放置区与变形带之间的上过渡带和位于变形带与出料区之间的下过渡带。
所述上过渡带由若干个上过渡段构成，所述下过渡带由若干个下过渡段构成，所述上过渡段连接带状凸起或者带状凹槽的上端部，所述下过渡段连接带状凸起或者带状凹槽的下端部。
所述带状凸起的高度或带状凹槽的深度为下缩口直径的1/5～1/4。
所述连接同一带状凸起或者带状凹槽的上过渡段和下过渡段在水平面上的投影夹角即扭转角α大于等于60°，使带状凸起或者带状凹槽在扭转挤压腔的内表面形成从上端口向下端口螺旋延伸的曲线带。
所述上过渡段和下过渡段均为光滑面。
本发明中所述外层加强圈与内层凹模采用自增强技术，通过过盈配合对内层凹模产生径向压力以提高内层凹模的工作强度，过盈量的大小根据实际压力确定，确保外层加强圈与内层凹模处于弹性变形范围内；所述带状凸起的高度或带状凹槽的深度为下缩口直径的1/5～1/4，具体可根据实际需挤压的物料特性以及所需得到的物料强度而定；由于所述扭转挤压腔为上下缩口的形状，带状凸起或者带状凹槽的上端部宽度大于下端部宽度，使大塑性变形物料在通过进料挤压的同时也较好的实现了物料的扭转，从而使本发明无需额外的装置对材料进行转动来实现扭转，仅通过结构设计即可实现相同效果，并且可以消除扭转时候材料与模具之间的滑动，设计简便。
附图说明
图1为本发明装置的立体剖视结构示意图；
图2为本发明装置的主视剖面结构示意图；
图3为本发明装置的俯视结构示意图。
图中：1、外层加强圈；2、内层凹模；3、放置区；4、上过渡带；41、上过渡段Ⅰ；5、变形带；51、带状凸起Ⅰ；6、下过渡带；61、下过渡段Ⅰ；7、紧固螺孔；8、出料区。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的一种涡旋挤压式大塑性变形装置，包括装置主体，所述装置主体包括外层加强圈1以及与外层加强圈1过盈配合的内层凹模2，内层凹模2设有扭转挤压腔，所述扭转挤压腔呈从上端口至下端口缩口的形状，扭转挤压腔的表面上设有扭挤变形区，所述扭挤变形区包括由若干个带状凸起交替构成的变形带5，所述带状凸起的上端部可延伸至扭转挤压腔上端口，所述带状凸起的下端部可延伸至扭转挤压腔下端口；所述带状凸起的上端部宽度大于下端部宽度，带状凸起的高度为下缩口直径的1/5～1/4；所述扭挤变形区的上部设有放置区3，所述扭挤变形区的下部设有出料区8；所述扭挤变形区还包括位于放置区3与变形带5之间的上过渡带4和位于变形带5与出料区8之间的下过渡带6；所述上过渡带4由若干个上过渡段构成，所述下过渡带6由若干个下过渡段构成，所述上过渡段连接带状凸起的上端部，所述下过渡段连接带状凸起的下端部；如图3所示所述连接同一带状凸起Ⅰ51的上过渡段Ⅰ41和下过渡段Ⅰ61在水平面上的投影夹角即扭转角α大于等于60°，α大小可根据所需扭转变形量进行设计。本发明中，所述扭转挤压腔为上下缩口的形状，带状凸起或者带状凹槽的上端部宽度大于下端部宽度，使大塑性变形物料在通过进料挤压的同时也较好的实现了物料的扭转，组合了扭转和挤压技术于一体，从而使本发明无需额外的装置对模具进行转动来实现材料的扭转，仅通过结构设计即可实现相同效果，并且可以消除扭转时候材料与模具之间的滑动，设计简便。
本发明在使用时，与放置区等直径金属棒料在压力作用下进入变形区，随着压下量的增加，棒料经过扭挤和减径进入出料区。该过程反应在材料内部组织方面是一个细晶强化的过程。
Claims (6)
1.一种涡旋挤压式大塑性变形装置，包括装置主体，其特征在于，所述装置主体包括外层加强圈以及与外层加强圈过盈配合的内层凹模，所述内层凹模设有扭转挤压腔，所述扭转挤压腔呈从上端口至下端口缩口的锥形形状，所述扭转挤压腔设有扭挤变形区，所述扭挤变形区包括由若干个带状凸起或者由若干个带状凹槽构成的变形带，所述带状凸起或带状凹槽的上端部延伸至扭转挤压腔的上缩口，所述带状凸起或带状凹槽的下端部延伸至扭转挤压腔的下缩口；
所述带状凸起或带状凹槽的上端部宽度大于下端部宽度，所述扭转挤压腔从上端口至下端口的缩口角度为30~45°；
所述带状凸起的高度或带状凹槽的深度为下缩口直径的1/5~1/4。
2.如权利要求1所述涡旋挤压式大塑性变形装置，其特征在于，所述扭挤变形区上部设有放置区，所述扭挤变形区下部设有出料区。
3.如权利要求2所述涡旋挤压式大塑性变形装置，其特征在于，所述扭挤变形区还包括位于放置区与变形带之间的上过渡带和位于变形带与出料区之间的下过渡带。
4.如权利要求3所述涡旋挤压式大塑性变形装置，其特征在于，所述上过渡带由若干个上过渡段构成，所述下过渡带由若干个下过渡段构成，所述上过渡段连接带状凸起或者带状凹槽的上端部，所述下过渡段连接带状凸起或者带状凹槽的下端部。
5.如权利要求4所述涡旋挤压式大塑性变形装置，其特征在于，连接同一所述带状凸起或者带状凹槽的上过渡段和下过渡段在水平面上的投影夹角大于等于60°。
6.如权利要求4所述涡旋挤压式大塑性变形装置，其特征在于，所述上过渡段和下过渡段均为光滑面。
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