CN106984665B - 一种偏轴旋挤模具及其成形材料方法 - Google Patents

一种偏轴旋挤模具及其成形材料方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种偏轴旋挤模具及其成形材料的方法，该模具由冲头和凹模组成；凹模的成形型腔由上至下依次由导入段、偏轴旋挤段、导出段组成；偏轴旋挤段由一级偏轴旋挤段和二级偏轴旋挤段组成；本发明可实现材料的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，可满足材料科学工程中科研和生产的需求。

Description

一种偏轴旋挤模具及其成形材料方法
技术领域
本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种偏轴旋挤模具及其成形材料方法。
背景技术
挤压方法是对通过冲头或凸模对凹模中的材料施加压力，使之产生塑性变形的一种加工方法。材料挤压过程中，产生三向压应力，即使是塑性较低的坯料，也可被挤压成形。基于传统的挤压方法，剧烈塑性变形衍生出一系列的新型挤压方式，例如，等通道挤压，沙漏挤压，扭挤等，此外，申请公布号为CN103447341A和CN104475475A的申请专利也在传统的挤压变形增加其他变形方式，通过复合变形实现材料的大塑性变形，变形效率更高。
通过大塑性变形实现材料的组织细化和性能提高是当今塑性加工的一个研究方向，采用复合加载方式可有效地提高材料的成形效率，挤压和扭转相结合是一种很有潜力的成形方式。
发明内容
本发明旨在提供一种偏轴旋挤模具及其成形材料的方法，实现材料的挤压和扭转相结合的复合成形方式，提高材料的组织的改善和成形的效率。
本发明的偏轴旋挤模具由冲头和凹模组成。
冲头为一圆柱形的柱体，圆形横截面的直径为D，冲头的长度为L；
凹模为一圆柱形的柱体，凹模的成形型腔由上至下依次由导入段、偏轴旋挤段、导出段组成；
导入段的横截面是直径为D的圆形，导入段的长度为L；
偏轴旋挤段由一级偏轴旋挤段和二级偏轴旋挤段组成；
一级偏轴旋挤段的上端面是直径为D的大圆形，下端面是直径为D1的中圆形，一级偏轴旋挤段的长度为L/4，一级偏轴旋挤段上端面的大圆形的圆心和下端面的中圆形的圆心在水平面投影上相差一距离M，一级偏轴旋挤段上端面的大圆形和下端面的中圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2，β为15°～30°；
二级偏轴旋挤段的上端面是直径为D1的中圆形，下端面是直径为D2的小圆形，二级偏轴旋挤段的长度为L/4，二级偏轴旋挤段上端面的中圆形和下端面的小圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2；
一级偏轴旋挤段的上端面的大圆形的圆心和二级偏轴旋挤段的下端面的小圆形的圆心在水平面投影上重合；
导出段的横截面是直径为D2的圆形，导出段的长度为L/4；
所述D/2＜D2＜D1＜D；
所述M为D2/4～D1/2。
本发明采用上述偏轴旋挤模具成形材料的方法步骤为：
步骤一，准备：清洁偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔，在第一预成形棒材外表面和偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将第一预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段中，第一预成形棒材的下端面与一级偏轴旋挤段的上端面相接触，第一预成形棒材的上端面为挤压端面，冲头的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形棒材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形棒材，当冲头的挤压工作端面与偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，当冲头完全从偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔出来时，将第二预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段中，开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预成形棒材，当冲头的挤压端面与偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，第二预成形棒材会将第一预成形棒材挤出偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔，第一预成形棒材依次经过偏轴旋挤模具的凹模的导入段、偏轴旋挤段、导出段的变形，完成第一预成形棒材的偏轴旋挤变形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，冲头完全从偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔出来。
上述偏轴旋挤模具成形材料方法，所述预成形棒材的直径为D，长度为3L/4。
本发明采用的偏轴旋挤成形的技术方案，可实现棒材的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式。棒材受到模具成形型腔的限制，处于强烈的三向压应力状态，在剪切应力的作用下，材料的内部组织发生挤压变形和扭转变形，材料能够获得比传统单纯挤压成形更大的变形程度，有利于细化材料组织和提高材料性能。
本发明提供的一种用于棒材的偏轴旋挤模具及其成形材料方法，带来的有益效果：本发明具有变形效果好，速度快，效率高的优点，极大地改善了材料内部的应力应变分布，同时提高了材料综合性能。该发明设计合理可靠，具有成形方法简单，操作简便等优点，有利于提高生产效率。
附图说明
图1是偏轴旋挤模具的结构示意图；
图2是偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔结构示意图；
图3是偏轴旋挤段结构示意图；
图4是偏轴旋挤段的空间几何关系图；
图5是偏轴旋挤段的水平投影图；
图中：1.冲头，2.凹模，3.导入段，4.偏轴旋挤段，5.导出段，6.一级偏轴旋挤段，7.二级偏轴旋挤段。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：偏轴旋挤模具及其成形材料方法
图1～3示出了偏轴旋挤模具的结构，由冲头1和凹模2组成。
冲头1为一圆柱形的柱体，圆形横截面的直径为20mm，冲头1的长度为80mm；
凹模2为一圆柱形的柱体，凹模2的成形型腔由上至下依次由导入段3、偏轴旋挤段4、导出段5组成；
导入段3的横截面是直径为20mm的圆形，导入段3的长度为80mm；
偏轴旋挤段4由一级偏轴旋挤段6和二级偏轴旋挤段7组成；
一级偏轴旋挤段6的上端面是直径为20mm的大圆形，下端面是直径为18mm的中圆形，一级偏轴旋挤段6的长度为20mm，一级偏轴旋挤段6上端面的大圆形的圆心和下端面的中圆形的圆心在水平面投影上相差一距离8mm，一级偏轴旋挤段6上端面的大圆形和下端面的中圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为10°；
二级偏轴旋挤段7的上端面是直径为18mm的中圆形，下端面是直径为16mm的小圆形，二级偏轴旋挤段7的长度为20mm，二级偏轴旋挤段7上端面的中圆形和下端面的小圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为10°；
一级偏轴旋挤段6的上端面的大圆形的圆心和二级偏轴旋挤段7的下端面的小圆形的圆心在水平面投影上重合；
导出段5的横截面是直径为16mm的圆形，导出段5的长度为20mm。
本发明采用上述偏轴旋挤模具成形材料的方法步骤为：
步骤一，准备：清洁偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔，在第一预成形棒材外表面和偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将第一预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔的导入段3中，第一预成形棒材的下端面与一级偏轴旋挤段6的上端面相接触，第一预成形棒材的上端面为挤压端面，冲头1的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形棒材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头1以8mm/s的挤压速度挤压第一预成形棒材，当冲头1的挤压工作端面与偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，当冲头1完全从偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔出来时，将第二预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔的导入段3中，开启挤压装置，冲头1以8mm/s的挤压速度挤压第二预成形棒材，当冲头1的挤压端面与偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行，第二预成形棒材会将第一预成形棒材挤出偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔，第一预成形棒材依次经过偏轴旋挤模具的凹模2的导入段3、偏轴旋挤段4、导出段5的变形，完成第一预成形棒材的偏轴旋挤变形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，冲头1完全从偏轴旋挤模具的凹模2的成形型腔出来。
上述偏轴旋挤模具成形材料方法，所述预成形棒材的直径为20mm，长度为60mm。
本发明的目的在于提出了一种简单易操作的用于棒材材料的偏轴旋挤模具及其成形材料方法，可实现棒材的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，可满足材料科学工程中科研和生产的需求。通过更改模具的形状和尺寸，具体实施方式不变，满足不同棒材的成形要求，更多的成形实施例不便胜举。

Claims (3)

1.一种偏轴旋挤模具，由冲头和凹模组成，其特征在于：所述凹模为一圆柱形的柱体，凹模的成形型腔由上至下依次由导入段、偏轴旋挤段、导出段组成；
所述冲头为一圆柱形的柱体，圆形横截面的直径为D，冲头的长度为L；
所述导入段的横截面是直径为D的圆形，导入段的长度为L；
所述偏轴旋挤段由一级偏轴旋挤段和二级偏轴旋挤段组成；
所述一级偏轴旋挤段的上端面是直径为D的大圆形，下端面是直径为D1的中圆形，一级偏轴旋挤段的长度为L/4，一级偏轴旋挤段上端面的大圆形的圆心和下端面的中圆形的圆心在水平面投影上相差一距离M，一级偏轴旋挤段上端面的大圆形和下端面的中圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2，β为15°～30°；
所述二级偏轴旋挤段的上端面是直径为D1的中圆形，下端面是直径为D2的小圆形，二级偏轴旋挤段的长度为L/4，二级偏轴旋挤段上端面的中圆形和下端面的小圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2；
所述一级偏轴旋挤段的上端面的大圆形的圆心和二级偏轴旋挤段的下端面的小圆形的圆心在水平面投影上重合；
所述导出段的横截面是直径为D2的圆形，导出段的长度为L/4；
所述D/2＜D2＜D1＜D；
所述M为D2/4～D1/2。
2.一种采用权利要求1所述的偏轴旋挤模具的成形材料方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，准备：清洁偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔，在第一预成形棒材外表面和偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将第一预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段中，第一预成形棒材的下端面与一级偏轴旋挤段的上端面相接触，第一预成形棒材的上端面为挤压端面，冲头的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形棒材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形棒材，当冲头的挤压工作端面与偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，当冲头完全从偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔出来时，将第二预成形棒材放置于偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段中，开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预成形棒材，当冲头的挤压端面与偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，第二预成形棒材会将第一预成形棒材挤出偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔，第一预成形棒材依次经过偏轴旋挤模具的凹模的导入段、偏轴旋挤段、导出段的变形，完成第一预成形棒材的偏轴旋挤变形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，冲头完全从偏轴旋挤模具的凹模的成形型腔出来。
3.根据权利要求2所述的偏轴旋挤模具的成形材料方法，所述预成形棒材的直径为D，长度为3L/4。
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