CN109047364B - 一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法 - Google Patents

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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working

Abstract

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法，包括压头、凹模、压板、模套、下模板；所述凹模设置在模套中，凹模中开设有挤压通道，通道由入口通道、挤压锥角区和出口通道构成，通道横截面形状均为长方形，压头放置在凹模的入口通道中，模套通过螺栓安装在下模板上，压板压在凹模的上端面，通过螺栓与模套相连。采用该循环挤压模具制备块体超细晶材料的方法为：压头下压，逐渐将工件推出凹模出口通道，经处理后顺时针旋转90°，再次放入凹模入口通道，经多道次循环细化材料组织。该模具结构简单，变形效率和晶粒细化效率高，对设备要求低，有利于工业化应用。

Description

一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法
技术领域
本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法。
背景技术
超细晶材料因高强度、良好的耐磨性、抗疲劳性能以及低温或高应变速率超塑性，在航空航天、国防、机械、生物医疗等领域有重要的应用前景。剧烈塑性变形技术（SPD）是制备块体超细晶材料最有效的方法。剧烈塑性变形技术的主要特点是变形前后工件的形状和尺寸几乎保持不变，因此可以重复多次进行变形，通过位错运动、位错重排、动态再结晶等机制将变形前的粗晶材料逐渐转变为具有大角度晶界的亚微米甚至纳米晶材料，提高材料性能。
目前常见的剧烈塑性变形技术包括等径角挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、往复挤压（CEC）以及累积叠轧（ARB）等。但这些剧烈塑性变形技术也存在一些不足，等径角挤压由于凸模高径比较大，容易产生弯曲或断裂，高压扭转制备工件的尺寸有限，很难进行工业化应用，往复挤压需提供背压力，装置较复杂，累积叠轧主要用于制备超细晶板材，存在界面结合不良以及轧辊磨损严重等问题。因此，借助传统金属成形工艺设计一种安全、高效制备块体超细晶材料的模具及方法具有非常重要的意义。
发明内容
针对现有背景技术的不足，本发明的目的是提供一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法。本发明借助传统的金属塑性成形工艺—正挤压，通过选择合适尺寸规格的工件，设计与工件尺寸规格匹配的模具，实现在不改变工件形状和尺寸的前提下快速累积大变形，细化材料组织，使得所需凸模高宽比低，凸模不易损坏，挤压过程连贯，变形效率高，工件不断改变放入通道的方位，组织细化效率高。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具，包括压头、凹模、压板、模套、下模板；所述凹模设置在模套中，凹模中开设有挤压通道，通道由入口通道、挤压锥角区和出口通道构成，通道横截面形状均为长方形，凸模放置在凹模的通道中，模套通过螺栓安装在下模板上，压板压在凹模的上端面，通过螺栓与模套相连。
优选地，所述凹模是由两个对称的半模拼合而成，两个半模贴合面中间位置开设通道，通道对称分布在两个半模上，通道沿贴合面水平方向的宽度保持不变，两个半模通过销钉定位，凹模出口通道的宽度等于工件的高度。
优选地，所述模套的内表面和凹模的外表面均为斜面，两者斜度一致。
本发明另一方面披露一种制备块体超细晶材料的方法，采用所述的循环挤压模具，包括如下步骤：
步骤①：将模套通过螺栓固定在下模板上，把下模板固定在压力机工作台上，将凹模放入模套内，通过螺栓用压板把凹模压紧在模套内，将工件润滑后平放在凹模的入口通道内；
步骤②：压头下行，将工件沿凹模的通道向下挤压经挤压锥角区，进入凹模出口通道，取出压头，再放入一个相同的工件，压头继续下压，通过上述过程挤出第一个工件；
步骤③：对工件校正和打磨后，使其恢复到变形前的形状，然后顺时针旋转90°后再次放入凹模的入口通道中，再次进行挤压；
步骤④：不断重复步骤②与步骤③，直至达到所需变形道次。
优选地，工件的高度小于其在垂直凹模贴合面方向的宽度。
优选地，当工件材料不适合或者无法进行室温加工时，可在模套外加设加热套，或在模套纵向开孔，插入加热棒，对工件和循环挤压模具进行整体加热后挤压。
经上述过程多次循环挤压后，材料的组织将逐步细化。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过循环挤压制备块体超细晶材料，直接将工件挤出后重新放入凹模入口通道，挤压过程连续性好，变形效率高；
2、每次重新将工件装入凹模入口通道都会进行旋转，前一道次挤压形成的拉长组织会产生其它方向流动，通过变形带交叉易于迅速破碎原始组织，晶粒细化效率高；
3、该模具结构简单，操作方便，在常规压力加工设备上即可实现，工件在大部分挤压过程中处于三向压应力状态，有利于提高材料塑性，便于进行多道次挤压，可实现冷、温、热变形，适用材料范围广。
附图说明
图1为本发明披露的制备块体超细晶材料的循环挤压模具半剖结构图。
图2为图1中凹模半模侧视图。
图3为图1中挤压通道立体结构图。
图中，1-压头，2-凹模，2-1-入口通道，2-2-挤压锥角区，2-3-出口通道，3-螺栓，4-压板，5-模套，6-下模板，7-螺栓，8-工件，9-销钉。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1、图2和图3所示，一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具，包括压头1、凹模2、压板4、模套5、下模板6；所述凹模2设置在模套5中，凹模2中开设有挤压通道，通道由入口通道2-1、挤压锥角区2-2和出口通道2-3构成，通道横截面形状均为长方形，凸模1放置在凹模2的通道中，模套5通过螺栓7安装在下模板6上，压板4压在凹模2的上端面，通过螺栓3与模套5相连。
在本实施例中，所述凹模2是由两个对称的半模拼合而成，两个半模贴合面中间位置开设通道，通道对称分布在两个半模上，通道沿贴合面水平方向的宽度保持不变，两个半模通过销钉9定位，凹模出口通道2-3的宽度等于工件8的高度；所述模套5的内表面和凹模2的外表面均为斜面，两者斜度一致。
一种制备块体超细晶材料的循环挤压方法，采用上述制备块体超细晶材料的循环挤压模具，包括如下步骤：
步骤①：将模套5通过螺栓7固定在下模板6上，把下模板6固定在压力机工作台上，将凹模2放入模套5内，通过螺栓3用压板4把凹模2压紧在模套5内，将工件8润滑后平放在凹模2的入口通道2-1内；
步骤②：压头1下行，将工件8沿凹模2的通道向下挤压经挤压锥角区2-2，进入凹模出口通道2-3，取出压头1，再放入一个和8相同的工件，压头1继续下压，通过上述过程挤出第一个工件8；
步骤③：对工件8校正和打磨后，使其恢复到变形前的形状，然后顺时针旋转90°后再次放入凹模2的入口通道2-1中，再次进行挤压；
步骤④：不断重复步骤②与步骤③，直至达到所需变形道次。
在上述步骤中，工件8的高度小于其在垂直凹模贴合面方向的宽度；当工件8材料不适合或者无法进行室温加工时，可在模套5外加设加热套，或在模套纵向开孔，插入加热棒，对工件8和循环挤压模具进行整体加热后挤压。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具，其特征在于，包括压头（1）、凹模（2）、压板（4）、模套（5）、下模板（6）；所述凹模（2）设置在模套（5）中，所述凹模（2）中开设有挤压通道，该挤压通道由入口通道（2-1）、挤压锥角区（2-2）和出口通道（2-3）构成，该挤压通道横截面形状均为长方形，凸模（1）放置在所述凹模（2）的通道中，所述模套（5）通过螺栓（7）安装在所述下模板（6）上，所述压板（4）压在所述凹模（2）的上端面，通过螺栓（3）与所述模套（5）相连，所述凹模（2）是由两个对称的半模拼合而成，两个半模贴合面中间位置开设通道，该通道对称分布在两个半模上，该通道沿贴合面水平方向的宽度保持不变，两个半模通过销钉（9）定位，所述凹模出口通道（2-3）的宽度等于工件（8）的高度。
2.根据权利要求1所述的制备块体超细晶材料的循环挤压模具，其特征在于，所述模套（5）的内表面和所述凹模（2）的外表面均为斜面，两者斜度一致。
3.一种制备块体超细晶材料的循环挤压方法，其特征在于，采用权利要求2所述的制备块体超细晶材料的循环挤压模具，包括如下步骤：
步骤①：将模套（5）通过螺栓（7）固定在下模板（6）上，把下模板（6）固定在压力机工作台上，将凹模（2）放入模套（5）内，通过螺栓（3）用压板（4）把凹模（2）压紧在模套（5）内，将工件（8）润滑后平放在凹模（2）的入口通道（2-1）内；
步骤②：压头（1）下行，将工件（8）沿凹模（2）的通道向下挤压经挤压锥角区（2-2），进入凹模出口通道（2-3），取出压头（1），再放入一个相同的工件，压头（1）继续下压，通过上述过程挤出第一个工件（8）；
步骤③：对工件（8）校正和打磨后，使其恢复到变形前的形状，然后顺时针旋转90°后再次放入凹模（2）的入口通道（2-1）中，再次进行挤压；
步骤④：不断重复步骤②与步骤③，直至达到所需变形道次。
4.根据权利要求3所述的制备块体超细晶材料的循环挤压方法，其特征在于，所述工件（8）的高度小于其在垂直凹模贴合面方向的宽度。
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