CN103962404B - 用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是在环形挤压筒中具有中空圆柱腔；分别设置可在中空柱腔内轴向滑动的上凸模和下凸模，圆柱坯料置于中空柱腔中；模芯镶块卡嵌在环形挤压筒的内筒壁凹槽中构成环形缩颈，在环形挤压筒的外周固套有预紧圈，凹模压板固定连接在预紧圈的顶部并抵压在环形挤压筒的顶面，由环形挤压筒、凹模压板、预紧圈和模芯镶块组成的凹模是以预紧圈的底面或是以凹模压板的顶面放置在凹模固定板的顶面下凹平台中形成正放或倒置状态，底座中空腔中的氮气弹簧对下凸模形成顶撑。本发明辅助实现了单向液压机上的往复挤压工艺，能够满足不同挤压比的往复挤压变形，可得到细小、等轴的细晶组织。

Description

用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置

技术领域

本发明涉及一种实现塑性成形的装置，更具体地说是涉及一种用于在单向液压机实现往复挤压工艺的装置，通过往复挤压工艺制备超细晶材料。

背景技术

针对传统材料存在的缺点，从材料内部组织、结构和材料性能的关系入手，研究传统材料的改造和创新材料的开发应用已愈来愈重要。提高材料的性能大多集中在晶粒的细化，合金材料在获得超细组织后，其物理、力学性能往往得到显著提高。

大塑性变形技术简称SPD，具有显著的细化晶粒能力，可以将材料的晶粒组织细化到亚微米甚至纳米级，被国际材料学界公认是制备块体纳米和超细晶材料的最有前途的方法。往复挤压技术简称CEC，是大塑性变形技术SPD其中的一种。往复挤压的基本原理是：模具由两个同轴的相同尺寸的模腔和一个紧缩区组成，每个型腔配备一个冲头。在挤压过程中，试样在冲头的作用下，到达紧缩区，此时试样将受到正挤压变形，挤压后的试样在另一个模腔的冲头作用下发生镦粗变形。然后，另一边冲头将试样按上述过程反向压回完成一个挤压循环。重复以上过程直至获得所要的应变为止，然后移去一侧冲头就可以将试样挤出成型。材料经过往复来回的挤压和压缩受到很大的应变，从而得到细小、等轴的细晶组织。

现有技术中的往复挤压工艺，上下凸模各对应一个液压推力系统，一般需要在双向液压机上才能实现，对设备要求较高。除此，也有人提出过单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，但是由于坯料接触下顶头时是“硬着陆”，即下凸模位置固定不动，不随着坯料向下运行，坯料接触下凸模后，下挤压筒内坯料的轴向长度不再发生变化，易导致坯料在挤压筒失稳发生宏观折叠，造成往复挤压工艺无法进行下去。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可在单向液压机实现往复挤压工艺的装置，以便仅在单向液压机上即可实现往复挤压工艺。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其结构特点是：

一对半环形筒体相对固定构成环形挤压筒，所述环形挤压筒具有轴向贯通的中空圆柱腔；在所述中空圆柱腔的顶部和底部分别设置可在中空柱腔内轴向滑动的上凸模和下凸模，所述上凸模是由上冲头和叠压在上冲头的底部的上垫块构成，所述下凸模是由下顶头和叠压在下顶头的顶部的下垫块构成，圆柱坯料置于所述环形挤压筒的中空柱腔中；

两瓣相对设置的模芯镶块卡嵌在所述环形挤压筒的内筒壁凹槽中并凸出于所述环形挤压筒的内筒壁构成环形缩颈，在所述环形挤压筒的外周固套有预紧圈，凹模压板通过螺钉固定连接在预紧圈的顶部并抵压在所述环形挤压筒的顶面，由所述环形挤压筒、凹模压板、预紧圈和模芯镶块组成的凹模是以预紧圈的底面放置在凹模固定板的顶面下凹平台中形成正放状态，或是以凹模压板的顶面放置在凹模固定板的顶面下凹平台中形成倒置状态；所述凹模固定板固定设置在底座上，在所述底座的中空腔中呈竖直放置氮气弹簧，以所述氮气弹簧对于所述下凸模形成顶撑，单向液压机作用于上冲头。

本发明用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置的结构特点也在于：

所述氮气弹簧通过下凸模给圆柱坯料施加背压力，最大背压力不小于圆柱坯料充满环形挤压筒的环形腔所需的最大压力，在单向液压机回程时，所述背压力可以顶起凹模。

更换不同的模芯镶块用于组成不同内径尺寸的环形缩颈镶嵌在环形挤压筒的内筒壁凹槽中。

在所述凹模压板与预紧圈之间存在有间隙。

上垫块和下垫块为等直径圆柱体，上冲头和下顶头的头端也为等直径圆柱体，并且所述上冲头和下顶头的头端圆柱体的直径不大于上垫块和下垫块的圆柱体的外径。

所述下顶头的尾端为圆柱体，下顶头尾端圆柱体的直径与凹模固定板的圆柱形空腔的直径尺寸配合。

所述环形挤压筒是以其顶端圆柱体与凹模压板底面上的圆形凹槽相配合，所述环形挤压筒的顶端圆柱体以下部分为圆台体，并且是以所述顶端圆柱体的底面为圆台体的上台面，圆台体的上台面直径大于圆台体的下台面直径。

模芯镶块在与环形挤压筒的内筒壁凹槽相接触上下端面是具有锥度的斜面。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、相比已有技术中往复挤压工艺需要在双向液压机上才实现，本发明直接利用单向液压机完成双向挤压工艺，大大降低了对设备的要求，由于我国普遍使用单向液压机，本发明极大地有利于往复挤压工艺的推广；

2、本发明在单向液压机上实现了往复挤压工艺的“软着陆”，即通过设置氮气弹簧提供背压力，并作为下顶头的承载面，使得坯料接触下顶头后，下顶头可以向下运行，因此下挤压筒内坯料的轴向长度仍在增加，避免坯料在挤压筒失稳发生宏观折叠,保障往复挤压工艺的正常进行，以往也有人提出过单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，但是由于坯料接触下顶头时是“硬着陆”，易导致坯料在挤压筒失稳发生宏观折叠，造成往复挤压工艺无法进行下去。

3、本发明的挤压筒由两瓣半环形挤压筒拼合组成，并且缩颈是由两瓣模芯镶块嵌入内筒壁凹槽而来，目的是方便卸料，提高生产效率，以往实现往复挤压的装置卸料都比较困难，甚至取不出加工好的坯料；

4、本发明将上、下凸模分别分解为上冲头、上垫板与下垫板、下顶头，可以设置上冲头的直径比上垫块略小，下顶头的直径比下垫块略小，这样可以使得每次回程时，上冲头能够轻易拔出，下顶头能够轻易被氮气弹簧顶起，以往的装置往往上、下冲头会被飞边卡住，很难取出来，严重影响工作效率。

5、本发明缩颈直径是可以变动的，是为了满足不同挤压比的需求，变形区设计为模芯镶块，是为了方便替换易损区，模芯镶块的上、下端面设计为一定锥度，是为了模芯镶块嵌入方便，同时增加模芯镶块的抗剪断能力和半环形挤压筒内筒壁凹槽的抗压塌能力，有利于提高模具使用寿命，以往的装置通常缩颈跟挤压筒是一体的，而缩颈又是最容易损坏的，缩颈损害意味着要更换新模具，造成很大的浪费；

6、本发明下顶头尺寸与凹模固定板圆形空腔相互配合，环形挤压筒其顶端圆柱体与凹模压板底面上的圆形凹槽相互配合，整个凹模又是跟凹模固定版相互配合，以及上、下凸模采用分体设计，这一系列结构设置可以轻易实现凸模与凹模的对中，操作简单，以往的装置上、下(或左、右)凸模往往无此结构，对中困难。

附图说明

图1为本发明中将凹模正放时的结构示意图；

图2为本发明中将凹模倒置时的结构示意图；

图3为本发明去除上冲头后的俯视图；

图4a为本发明中半环形筒体结构示意图；

图4b为本发明中模芯镶块示意图；

图中标号：1底座、2氮气弹簧、3螺栓、4垫片、5螺母、6预紧圈、7凹模压板、8螺钉、9圆柱销、10上垫块、11上冲头、12半环形挤压筒、13圆柱坯料、14模芯镶块、15下垫块、16下顶头、17凹模固定板、18内筒壁凹槽。

具体实施方式

本实施例用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置的结构形式为：

如图1所示，一对半环形筒体相对固定构成环形挤压筒12，环形挤压筒12具有轴向贯通的中空圆柱腔；在中空圆柱腔的顶部和底部分别设置可在中空柱腔内轴向滑动的上凸模和下凸模，上凸模是由上冲头11和叠压在上冲头11的底部的上垫块10构成，下凸模是由下顶头16和叠压在下顶头16的顶部的下垫块15构成，圆柱坯料13置于环形挤压筒12的中空柱腔中。

图1中示出，两瓣相对设置的模芯镶块14卡嵌在环形挤压筒12的内筒壁凹槽18中并凸出于环形挤压筒的内筒壁构成环形缩颈，在环形挤压筒12的外周固套有预紧圈6，凹模压板7通过螺钉8固定连接在预紧圈6的顶部并抵压在环形挤压筒12的顶面，由环形挤压筒12、凹模压板7、预紧圈6和模芯镶块14组成的凹模是以预紧圈6的底面放置在凹模固定板17的顶面下凹平台中形成正放状态，或是以凹模压板7的顶面放置在凹模固定板17的顶面下凹平台中形成倒置状态；凹模固定板17固定设置在底座1上，在底座1的中空腔中呈竖直放置氮气弹簧2，以氮气弹簧2对于下凸模形成顶撑，单向液压机作用于上冲头11。

具体实施中，氮气弹簧2通过下凸模给圆柱坯料13施加背压力，最大背压力不小于圆柱坯料13充满环形挤压筒的环形腔所需的最大压力，在单向液压机回程时，背压力可以顶起凹模；根据不同的成形要求，配备不同型号的氮气弹簧2，氮气弹簧2通过下凸模给圆柱坯料13施加一个缓慢上升的背压力，使得圆柱坯料13的底部端面与下垫块15的接触为“软着陆”。

如图4a和图4b所示，更换不同的模芯镶块14用于组成不同内径尺寸的环形缩颈镶嵌在环形挤压筒12的内筒壁凹槽18中，通过配备多副模芯镶块14，可以组成不同内径尺寸的缩颈交替镶嵌在挤压筒内筒壁凹槽18中，满足不同挤压比的需求，节约模具材料。

在凹模压板7与预紧圈6之间存在有间隙；在图1所示的正向状态时，凹模压板7可以压住环形挤压筒12，防止环形挤压筒12产生松动；在图2所示的凹模倒置状态时，凹模压板7可以抵住环形挤压筒，承受环形挤压筒的压力。

上垫块10和下垫块15为等直径圆柱体，上冲头11和下顶头16的头端也为等直径圆柱体，并且上冲头11和下顶头16的头端圆柱体的直径不大于上垫块10和下垫块15的圆柱体的外径；更进一步，可以设置上冲头11的直径比上垫块10略小，下顶头16的直径比下垫块15略小，这一结构设置配合在每道次过后，氮气弹簧2产生的背压力可以顶起凹模，而凹模倒转过来时氮气弹簧2又不会顶起凹模，因此可以轻易实现凹模来回倒置。

下顶头16的尾端为圆柱体，下顶头16尾端圆柱体的直径与凹模固定板17的圆柱形空腔的直径尺寸配合；环形挤压筒12是以其顶端圆柱体与凹模压板7底面上的圆形凹槽相配合，环形挤压筒12的顶端圆柱体以下部分为圆台体，并且是以顶端圆柱体的底面为圆台体的上台面，圆台体的上台面直径大于圆台体的下台面直径，这一结构设置可以轻易实现凸模与凹模的对中，操作简单。

模芯镶块14在与环形挤压筒12的内筒壁凹槽18相接触上下端面是具有锥度的斜面；一是为方便模芯镶块14的嵌入，二是可以增加模芯镶块14的抗剪断能力，同时提高半环形挤压筒12的内筒壁凹槽18的抗压塌能力，提高了模具使用性能。

组装过程：如图1所示，将氮气弹簧2放入底座1中间的空腔内，底座1固定在液压机工作台上，凹模固定板17与底座1分别带有呈120°夹角的相互配合的卡槽，三根螺栓3滑入卡槽，放上垫片4，拧上螺母5将凹模固定板17固定在底座1上，下顶头16放入凹模固定板17中间圆孔中，模芯镶块14嵌入环形挤压筒12的内筒壁凹槽18中，两瓣半环形挤压筒通过圆柱销9定位合在一起构成环形挤压筒12，给予60t的压力将环形挤压筒12压入预紧圈6内，通过螺钉8将凹模压板7固定在预紧圈6上并压住挤压筒够成凹模，下垫块15放入环形挤压筒12中位于模芯镶块14下方的下筒腔，将凹模卡入凹模压板7上部的大圆槽中，圆柱坯料13放入环形挤压筒中位于模芯镶块14上方的上筒腔，上垫块10置于圆柱坯料13之上，上冲头11置于上垫块10之上，装置组装完毕。

第一道次：单项液压机液压缸推动压头下行，压头推动上冲头11下行，上冲头11推动上垫块10下行，上垫块10推动圆柱坯料13下行，圆柱坯料13受到挤压力通过缩颈发生正挤压变形，坯料通过缩颈后与下垫块15接触，下垫块15受力并将力传递给下顶头16，下顶头16将力传递给氮气弹簧2，氮气弹簧2受力发生弹性变形产生一个向上的背压力，背压力逐渐上升使得进入下筒腔的坯料发生镦粗变形，此时，坯料上部分发生挤压变形的同时，下部分发生镦粗变形，因此，本道次圆柱坯料13首先发生挤压变形，然后同时进行挤压变形和镦粗变形。

第二道次：上冲头11下行到指定位置，第一道次变形结束，单向液压机液压缸回程，氮气弹簧2把凹模顶起，取出上冲头11，上垫块10和下垫块15仍留在凹模中，翻转凹模，凹模压板7正好卡在凹模固定板17上端大圆槽完成对中，上冲头11放入此状态下的上筒腔，单项液压机液压缸推动压头下行，压头推动上冲头11下行，上冲头11推动上垫块10下行，上垫块10给圆柱坯料施加压力，压力马上传递给下垫块15，下垫块15受力并将力传递给下顶头16，下顶头16将力传递给氮气弹簧2，氮气弹簧2受力发生弹性变形产生一个向上的背压力，背压力逐渐上升使得进入此时下筒腔的坯料发生镦粗变形,因此，本道次挤压变形和镦粗变形是一直是同时进行的。

后续道次：循环第一道次和第二道次。

本发明为一种用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置。通过来回倒置凹模，可以对圆柱坯料13进行多道次往复挤压变形，得到细小、等轴的细晶组织。通过替换不同内径的模芯镶块14，可以得到不同尺寸的缩颈，实现不同挤压比的往复挤压工艺。本发明装置进行往复挤压工艺具有操作方便，对液压机设备要求低，能够满足不同挤压比的往复挤压变形，对模具易损处更换方便，节省模具材料等优点。

Claims (7)

1.一种用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：

一对半环形筒体相对固定构成环形挤压筒(12)，所述环形挤压筒(12)具有轴向贯通的中空圆柱腔；在所述中空圆柱腔的顶部和底部分别设置可在中空圆柱腔内轴向滑动的上凸模和下凸模，所述上凸模是由上冲头(11)和叠压在上冲头(11)的底部的上垫块(10)构成，所述下凸模是由下顶头(16)和叠压在下顶头(16)的顶部的下垫块(15)构成，圆柱坯料(13)置于所述环形挤压筒(12)的中空圆柱腔中；

两瓣相对设置的模芯镶块(14)卡嵌在所述环形挤压筒(12)的内筒壁凹槽(18)中并凸出于所述环形挤压筒的内筒壁构成环形缩颈，在所述环形挤压筒(12)的外周固套有预紧圈(6)，凹模压板(7)通过螺钉(8)固定连接在预紧圈(6)的顶部并抵压在所述环形挤压筒(12)的顶面，由所述环形挤压筒(12)、凹模压板(7)、预紧圈(6)和模芯镶块(14)组成的凹模是以预紧圈(6)的底面放置在凹模固定板(17)的顶面下凹平台中形成正放状态，或是以凹模压板(7)的顶面放置在凹模固定板(17)的顶面下凹平台中形成倒置状态；所述凹模固定板(17)固定设置在底座(1)上，在所述底座(1)的中空腔中呈竖直放置氮气弹簧(2)，以所述氮气弹簧(2)对于所述下凸模形成顶撑，单向液压机作用于上冲头(11)；

所述氮气弹簧(2)通过下凸模给圆柱坯料(13)施加背压力，最大背压力不小于圆柱坯料(13)充满环形挤压筒的环形腔所需的最大压力，在单向液压机回程时，所述背压力可以顶起凹模。

2.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：更换不同的模芯镶块(14)用于组成不同内径尺寸的环形缩颈镶嵌在环形挤压筒(12)的内筒壁凹槽(18)中。

3.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：在所述凹模压板(7)与预紧圈(6)之间存在有间隙。

4.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：上垫块(10)和下垫块(15)为等直径圆柱体，上冲头(11)和下顶头(16)的头端也为等直径圆柱体，并且所述上冲头(11)和下顶头(16)的头端圆柱体的直径不大于上垫块(10)和下垫块(15)的圆柱体的外径。

5.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：所述下顶头(16)的尾端为圆柱体，下顶头(16)尾端圆柱体的直径与凹模固定板(17)的圆柱形空腔的直径尺寸配合。

6.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：所述环形挤压筒(12)是以其顶端圆柱体与凹模压板(7)底面上的圆形凹槽相配合，所述环形挤压筒(12)的顶端圆柱体以下部分为圆台体，并且是以所述顶端圆柱体的底面为圆台体的上台面，圆台体的上台面直径大于圆台体的下台面直径。

7.根据权利要求1所述的用于在单向液压机上实现往复挤压工艺的装置，其特征是：模芯镶块(14)在与环形挤压筒(12)的内筒壁凹槽(18)相接触上下端面是具有锥度的斜面。