CN109332415A - 一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法 - Google Patents

一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法,属于金属塑性加工技术领域。该转角扩径挤压模具包括上模板、挤压芯棒、上垫板、芯棒固定板、卸料板、凹模、凹模支撑板、弹簧、凸模支撑板、下垫板、下模板、内导柱、挤压凸模;该模具采用浮动式凹模,挤压芯棒前端采用锥形结构,利于材料流动,降低挤压力,挤压芯棒与凹模组成的挤压通道能实现管材轴向挤压、两次转角挤压以及扩径挤压变形。该模具一次行程可以顺序实现管材的挤压、卸料以及管材的顶出操作,生产效率高,适于超细晶管材的批量化制备,可以实现剧烈塑性变形技术的工业化应用。

Description

一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法
技术领域
本发明涉及金属塑性加工技术领域,具体地说,是一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法。
背景技术
组织超细化是提高材料综合性能、充分挖掘材料潜能的有效手段。高性能管材在工业生产中的需求日益增加,如何实现管材构件的组织超细晶,制备出具有超细晶组织的高性能管材是金属塑性加工领域面临的重要课题。剧烈塑性变形(SPD)是实现组织超细化的重要方法,近年来利用剧烈塑性变形制备超细晶的研究逐渐由棒料、板材转向管材,提出了多种实现管材组织超细化的方法,如高压扭转(HPT)、管材通道挤压(TCP)、管材通道转角挤压(TCAP)、管材平行通道转角挤压(PTCAP)、管材往复扩挤(TCEE)等,但这些方法的初始毛坯均为管材,主要目的是对现有管材通过往复变形实现管材组织超细化,生产工艺流程长,且需多次反复变形,效率较低。
经过对现有文献的检索发现,S. S. Jamali等人在《Materials Science andEngineering A》(2016,666:176-183)上发表的“Evaluation of mechanical andmetallurgical properties of AZ91 seamless tubes produced by radial-forwardextrusion method”一文中将径向挤压与正挤压相结合,采用棒料直接挤压成管材,采用该方法将AZ91镁合金的晶粒由150μm细化至3μm,材料的屈服强度和抗拉强度分别提高了2.2倍和1.6倍,该方法的优点是通过棒料一次即可制备出具有细晶组织的高性能管材,管材制备的工艺流程大大缩短,该方法具有良好的应用前景。但由于该方法芯棒上端面为平面,棒料首先产生径向挤压,然后经过一个拐角沿挤压方向流动,导致芯棒对棒料挤压起不到很好的分流作用,作用在凸模上的载荷较大,对模具选材和使用安全带来更大挑战。此外,作为一种新型的、有应用前景的制备管材方法,还存在制件取出不便等问题,限制了其批量化制备具有超细晶粒管材的应用,因此,开发一种所需变形载荷更低、可利用现有设备进行批量化生产超细晶管材的模具与方法具有重要的价值。
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采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法。本发明采用前端带锥形结构的芯棒,先将棒料挤压成空心管材后,再使挤成的空心管材经过由芯棒和凹模形成的两个转角区,使管材在转角处产生剪切变形,同时,管材产生扩径变形,从而在管材中累积大变形量,而且实现了挤压变形、转角挤压剪切变形与管材壁切向伸长变形多种变形模式的结合,使挤压时沿管材轴向形成的拉长状组织经过两次剪切变形及切向拉长后迅速破碎,实现超细晶粒管材的制备。
在上述思想的基础上,本发明还设计了一套用于实现该方法的模具,该模具采用浮动凹模,挤压芯棒首先与凹模组成挤压通道,然后借助挤压芯棒上的特殊台阶结构推动凹模一起向下运动,从而保持挤压管材通道不变,棒料向上挤成管材,卸料板对挤压芯棒进行导向,同时对挤压芯棒和凹模之间的相对位置进行定位,保证挤压芯棒与凹模圆孔之间间隙的均匀性,挤压结束时,卸料板还可以将管材从挤压芯棒上卸下。管材顶出借助压力机顶出缸通过特殊设计的挤压凸模进行,从而实现了挤压和管材顶出的高效操作。
本发明采用的具体技术方案如下:
一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,包括上模板、挤压芯棒、上垫板、芯棒固定板、卸料板、凹模、凹模支撑板、凸模支撑板、下垫板、下模板、内导柱、挤压凸模;上模板固定在压力机滑块上,挤压芯棒为阶梯状,芯棒固定板中心带有阶梯状圆孔,挤压芯棒安装在芯棒固定板的圆孔内,芯棒固定板上放置有上垫板,挤压芯棒、上垫板、芯棒固定板通过销钉和内六角螺栓固定在上模板上;卸料板中心开设有贯穿圆孔,挤压芯棒下端穿入卸料板的中心圆孔中,卸料板上端安装有卸料螺栓,卸料板与芯棒固定板之间装有弹簧,弹簧套在卸料螺栓上,卸料板下表面开设有圆形凹槽;凹模中心开设有阶梯状贯通圆孔,凹模下端面通过内六角螺栓和销钉与凹模支撑板相连,凹模上端面加工有圆环状凸台,挤压时,该圆环状凸台与卸料板下表面的圆形凹槽配合;凹模支撑板下装有弹簧,可沿纵向浮动,通过限位螺栓限制其与下模板之间的距离;下模板固定在压力机工作台上,下模板中心开设有圆形通孔,下模板上表面放置有下垫板,下垫板中心开设有圆形通孔,下垫板上表面放置凸模支撑板,凸模支撑板中心开设有圆形通孔;挤压凸模下端穿入凸模支撑板中心圆孔中,上端插入凹模支撑板及凹模的中心圆孔中;内导柱装在凸模支撑板内,通过内六角螺栓和销钉将凸模支撑板、下垫板及内导柱固定在下模板上,内导柱上端穿入凹模的导向孔内;棒料放置于凹模的圆孔中,棒料放置于挤压凸模的上表面。
本发明的进一步改进,挤压芯棒为多级台阶状,其最下端为圆锥形结构,圆锥夹角α取90°-150°,上端为一段圆柱段,圆柱段上端为一锥台结构,锥台结构上端为一段圆柱段,圆柱段上端为一直径更大的圆柱段,圆柱段上端为台肩,锥台结构与圆柱段交角处构成第一转角区转角外侧,锥台结构与圆柱段交角处构成第二转角区转角内侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β 1大小相同,β 1取值为90-120°;挤压芯棒开设有通气孔,圆柱段与卸料板中心通孔采用间隙配合。
本发明的进一步改进,凹模外形为圆形,其中心开设有台阶状通孔,下端为圆柱孔段,其直径与棒料直径相同,中间为锥台孔段,上端为圆柱孔段,圆柱孔段与锥台孔段交角处构成第一转角区转角内侧,圆柱孔段与锥台孔段交角处构成第二转角区转角外侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β2大小相同,β2取值为90-120°,且β1=β2。模具闭合时,挤压芯棒与凹模的中心台阶状通孔构成了棒料挤压管材的通道,该通道包括管材形成区、第一转角扩径挤出通道和第二转角挤出通道,这三个区的宽度逐渐减小,挤出管材的壁厚逐渐减薄;凹模中心阶梯通孔左右两侧开设横向贯通加热孔,加热孔数量为4-8个。
本发明的进一步改进,卸料板中心开设有圆形通孔,该通孔与挤压芯棒圆柱段之间为间隙配合,对挤压芯棒进行定位,同时起卸料作用,卸料板下表面中心开设有圆形凹槽,圆形凹槽圆形侧面与凹模上端面圆环状凸台外侧面之间为间隙配合,以保证挤压芯棒与凹模中心阶梯孔的同轴度。
本发明的进一步改进,挤压凸模形状为阶梯状,其上端与凹模圆柱孔段配合完成挤压成形,其下端为挤压凸模的上下运动起导向作用,与凸模支撑板之间采用间隙配合,挤压凸模上端直径大于其下端直径。
本发明的进一步改进,内导柱的数量为2-4个。
本发明的进一步改进,上模弹簧在模具闭合时所承受的压力小于下模弹簧的初始预紧力,以保证凹模向下挤压前挤压芯棒与凹模中心阶梯通孔之间组成所需的管材挤压通道。
一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压方法,使用上述棒料制备管材的转角扩径挤压模具,包括以下步骤:
步骤①:模具非标零件的加工和标准件的选用;
步骤②:完成模具的安装,包括以下过程:
(1)下模部分安装:将凹模通过销钉与内六角螺栓固定在凹模支撑板上;将下垫板放在下模板上,将内导柱装入凸模支撑板的固定孔内,将凸模支撑板放在垫板上,打入销钉,拧入内六角螺栓,穿入限位螺栓,将弹簧套在限位螺栓上,将挤压凸模下端穿入凸模支撑板的中心圆孔中,将前述凹模与凹模支撑板组件装在弹簧上,导柱穿入凹模的导向孔内,挤压凸模上端进入凹模的中心圆孔中,通过螺母调节弹簧至预紧状态;
(2)上模部分安装:上模板下表面向上,上垫板放在上模板上,将挤压芯棒装入芯棒固定板的中心圆孔中,磨平上端面后将其放在上垫板上,打入销钉,拧入螺栓,穿入卸料螺栓,将弹簧套在卸料螺栓上,挤压芯棒穿过卸料板,将卸料板连接在卸料螺栓上,弹簧处于预紧状态;
(3)翻转上模,然后将上模部分移至下模部分上方,将卸料板下表面圆形凹槽与凹模上端圆环凸台配合,将下模板固定在压力机工作台上,将上模板固定在压力机的滑块上。
步骤③:对棒料进行预处理及表面润滑,需要热挤压时通过加热棒对凹模进行预热。
步骤④:压力机滑块上行,上模与下模分开,将棒料放入凹模的圆形通道中,滑块下行,卸料板下表面圆形凹槽与凹模上端凸台配合,挤压芯棒伸出卸料板,进入凹模中心圆孔,弹簧被压缩,当挤压芯棒台阶与卸料板上表面接触后推动卸料板、凹模以及凹模支撑板一起向下运动,在内导柱的导向下进行挤压,棒料首先被压出一段直管,当直管遇到芯棒的锥台区时,沿第一转角产生剪切扩径挤压,然后经第二转角区进一步产生剪切变形,同时,管材壁厚逐渐减薄,直至上模下降到指定位置后,上模停止下行,完成挤压过程。
步骤⑤:压力机滑块上行,弹簧推动凹模支撑板、凹模与上模部分所有零件一起上行,当凹模支撑板碰到限位螺栓的螺母时,停止上行;此时卸料板由于弹簧的作用仍留在凹模上,挤压芯棒由凹模中抽出,当管材上端碰到卸料板时,卸料板将管材从挤压芯棒上卸下,管材留在凹模内,当卸料螺栓完全拉紧时,卸料板随上模一起上行至最上端,启动压力机下顶缸,将挤压凸模向上顶,从而将管材从凹模内顶出,切去管材两端,即可得到一段具有超细晶组织的高性能管材。
步骤⑥:重复步骤④和⑤,即可实现高性能管材的批量化生产。
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. 本发明所采用的挤压芯棒下端为锥形结构,挤压时有利于材料流动,可以降低变形载荷。变形时先将棒料沿轴向挤成管材,然后再使挤成的管材经过两次转角挤压以及扩径挤压,单道次变形程度大,可以实现剧烈塑性变形。该挤压过程包括管材轴向挤压、两次转角剪切变形和管材扩径引起的切向伸长,变形模式多样,有利于通过变形带交叉、动态再结晶等机制快速在材料中获得具有大角度晶界的超细晶组织。
2. 本发明所设计的模具一次行程可以顺序实现管材的挤压、卸料以及管材的顶出操作,生产效率高,适于超细晶管材的批量化制备,可以实现剧烈塑性变形技术的工业化,解决了长期困扰剧烈塑性变形技术发展的瓶颈。
3. 该模具在通用液压机上即可进行生产,不需要开发特种设备,降低了生产成本低。
4. 该模具还可以配备加热装置,对材料进行温挤压或热挤压,适用材料范围广。
附图说明
图1为本发明中棒料制备管材的转角扩径挤压模具半剖示意图。
图2为本发明中棒料制备管材的转角扩径挤压管材顶出状态示意图。
图3为本发明中挤压芯棒结构示意图。
图4为本发明中挤压凹模结构示意图。
图5是图4的俯视图。
图6为本发明中挤压凸模结构示意图。
图7为本发明中卸料板结构示意图。
图8是图7的俯视图。
图9为本发明挤压制件结构示意图。
图10是图9的俯视图。
图中,1-上模板,2-挤压芯棒,3-卸料螺栓,4-销钉,5-上垫板,6-芯棒固定板,7-弹簧,8-卸料板,9-凹模,10-销钉,11-凹模支撑板,12-弹簧,13-凸模支撑板,14-下垫板,15-下模板,16-限位螺栓,17-销钉,18-内导柱,19-挤压凸模,20-内六角螺栓,21-内六角螺栓,22-棒料,23-内六角螺栓,2-1-圆锥形结构,2-2、2-4、2-5-圆柱段,2-3-锥台结构,2-6-台肩,9-1-圆柱孔段,9-2-锥台孔段,9-3-圆柱孔段。
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至图10所示,一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,包括上模板(1)、挤压芯棒(2)、上垫板(5)、芯棒固定板(6)、卸料板(8)、凹模(9)、凹模支撑板(11)、凸模支撑板(13)、下垫板(14)、下模板(15)、内导柱(18)、挤压凸模(19);上模板(1)固定在压力机滑块上,挤压芯棒(2)为阶梯状,芯棒固定板(6)中心带有阶梯状圆孔,挤压芯棒(2)安装在芯棒固定板(6)的圆孔内,芯棒固定板(6)上放置有上垫板(5),挤压芯棒(2)、上垫板(5)、芯棒固定板(6)通过销钉(4)和内六角螺栓(23)固定在上模板(1)上;卸料板(8)中心开设有贯穿圆孔,挤压芯棒(2)下端穿入卸料板(8)的中心圆孔中,卸料板(8)上端安装有卸料螺栓(3),卸料板(8)与芯棒固定板(6)之间装有弹簧(7),弹簧(7)套在卸料螺栓(3)上,卸料板(8)下表面开设有圆形凹槽;凹模(9)中心开设有阶梯状贯通圆孔,凹模(9)下端面通过内六角螺栓(21)和销钉(10)与凹模支撑板(11)相连,凹模(9)上端面加工有圆环状凸台,挤压时,该圆环状凸台与卸料板(8)下表面的圆形凹槽配合;凹模支撑板(11)下装有弹簧(12),可沿纵向浮动,通过限位螺栓(16)限制其与下模板(15)之间的距离;下模板(15)固定在压力机工作台上,下模板(15)中心开设有圆形通孔,下模板(15)上表面放置有下垫板(14),下垫板(14)中心开设有圆形通孔,下垫板(14)上表面放置凸模支撑板(13),凸模支撑板(13)中心开设有圆形通孔;挤压凸模(19)下端穿入凸模支撑板(13)中心圆孔中,上端插入凹模支撑板(11)及凹模(9)的中心圆孔中;内导柱(18)装在凸模支撑板(13)内,通过内六角螺栓(20)和销钉(17)将凸模支撑板(13)、下垫板(14)及内导柱(18)固定在下模板(15)上,内导柱(18)上端穿入凹模(9)的导向孔内;棒料(23)放置于凹模(9)的圆孔中,棒料(23)放置于挤压凸模(19)的上表面。
在本实施例中,挤压芯棒(2)为多级台阶状,其最下端为圆锥形结构(2-1),圆锥夹角α取90°-150°,上端为一圆柱段(2-2),圆柱段(2-2)上端为一锥台结构(2-3),锥台结构(2-3)上端为一段圆柱段(2-4),圆柱段(2-4)上端为一直径更大的圆柱段(2-5),圆柱段(2-5)上端为台肩(2-6),锥台结构(2-3)与圆柱段(2-2)交角处构成第一转角区转角外侧,锥台结构(2-3)与圆柱段(2-4)交角处构成第二转角区转角内侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β1大小相同,β1取值为90-120°;挤压芯棒(2)开设有通气孔,圆柱段(2-4)与卸料板(8)中心通孔采用间隙配合;凹模(9)外形为圆形,其中心开设有台阶状通孔,下端为圆柱孔段(9-1),其直径与棒料(22)直径相同,中间为锥台孔段(9-2),上端为圆柱孔段(9-3),圆柱孔段(9-1)与锥台孔段(9-2)交角处构成第一转角区转角内侧,圆柱孔段(9-3)与锥台孔段(9-2)交角处构成第二转角区转角外侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β2大小相同,β2取值为90-120°,且β1=β2。模具闭合时,挤压芯棒(2)与凹模(9)的中心台阶状通孔构成了棒料(22)挤压管材的通道,该通道包括管材形成区、第一转角扩径挤出通道和第二转角挤出通道,这三个区的宽度逐渐减小,挤出管材的壁厚逐渐减薄;凹模(9)中心阶梯通孔左右两侧开设横向贯通加热孔,加热孔数量为4-8个。
在本实施例中,卸料板(8)中心开设有圆形通孔,该通孔与挤压芯棒(2)圆柱段(2-4)之间为间隙配合,对挤压芯棒(2)进行定位,同时起卸料作用,卸料板(8)下表面中心开设有圆形凹槽,圆形凹槽圆形侧面与凹模(9)上端面圆环状凸台外侧面之间为间隙配合,以保证挤压芯棒(2)与凹模(9)中心阶梯孔的同轴度。挤压凸模(19)形状为阶梯状,其上端与凹模(9)圆柱孔段(9-1)配合完成挤压成形,其下端为挤压凸模(19)的上下运动起导向作用,与凸模支撑板(13)之间采用间隙配合,挤压凸模(19)上端直径大于其下端直径;内导柱(18)的数量为2-4个;弹簧(7)在模具闭合时所承受的压力小于弹簧(12)的初始预紧力,以保证凹模(9)向下挤压前挤压芯棒(2)与凹模(9)中心阶梯通孔之间组成所需的管材挤压通道。
使用本实施例用来制备管材的转角扩径挤压方法,包括以下步骤:
步骤①:模具非标零件的加工和标准件的选用;
步骤②:完成模具的安装,包括以下过程:
(1)下模部分安装:将凹模(9)通过销钉(10)与内六角螺栓(21)固定在凹模支撑板(11)上;将下垫板(14)放在下模板(15)上,将内导柱(18)装入凸模支撑板(13)的固定孔内,将凸模支撑板放在垫板(14)上,打入销钉(17),拧入内六角螺栓(20),穿入限位螺栓(16),将弹簧(12)套在限位螺栓(16)上,将挤压凸模(19)下端穿入凸模支撑板(13)的中心圆孔中,将前述凹模(9)与凹模支撑板(11)组件装在弹簧(12)上,导柱穿入凹模(9)的导向孔内,挤压凸模(19)上端进入凹模(9)的中心圆孔中,通过螺母调节弹簧(12)至预紧状态;
(2)上模部分安装:上模板(1)下表面向上,上垫板(5)放在上模板(1)上,将挤压芯棒(2)装入芯棒固定板(6)的中心圆孔中,磨平上端面后将其放在上垫板(5)上,打入销钉(4),拧入螺栓(23),穿入卸料螺栓(3),将弹簧(7)套在卸料螺栓(3)上,挤压芯棒(2)穿过卸料板(8),将卸料板(8)连接在卸料螺栓(3)上,弹簧(7)处于预紧状态;
(3)翻转上模,然后将上模部分移至下模部分上方,将卸料板(8)下表面圆形凹槽与凹模(9)上端圆环凸台配合,将下模板(15)固定在压力机工作台上,将上模板(1)固定在压力机的滑块上;
步骤③:对棒料(22)进行预处理及表面润滑,需要热挤压时通过加热棒对凹模(9)进行预热;
步骤④:压力机滑块上行,上模与下模分开,将棒料(22)放入凹模(9)的圆形通道中,滑块下行,卸料板(8)下表面圆形凹槽与凹模(9)上端凸台配合,挤压芯棒(2)伸出卸料板,进入凹模(9)中心圆孔,弹簧(7)被压缩,当挤压芯棒(2)台阶与卸料板上表面接触后推动卸料板(8)、凹模(9)以及凹模支撑板(11)一起向下运动,在内导柱(18)的导向下进行挤压,棒料(22)首先被压出一段直管,当直管遇到芯棒的锥台区时,沿第一转角产生剪切扩径挤压,然后经第二转角区进一步产生剪切变形,同时,管材壁厚逐渐减薄,直至上模下降到指定位置后,上模停止下行,完成挤压过程;
步骤⑤:压力机滑块上行,弹簧(12)推动凹模支撑板(11)、凹模(9)与上模部分所有零件一起上行,当凹模支撑板(11)碰到限位螺栓(16)的螺母时,停止上行;此时卸料板(8)由于弹簧(7)的作用仍留在凹模(9)上,挤压芯棒(2)由凹模中抽出,当管材上端碰到卸料板(8)时,卸料板(8)将管材从挤压芯棒(2)上卸下,管材留在凹模(9)内,当卸料螺栓(3)完全拉紧时,卸料板(8)随上模一起上行至最上端,启动压力机下顶缸,将挤压凸模(19)向上顶,从而将管材从凹模(9)内顶出,切去管材两端,即可得到一段具有超细晶组织的高性能管材;
步骤⑥:重复步骤④和⑤,即可实现高性能管材的批量化生产。
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 (9)

1.一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,包括上模板(1)、挤压芯棒(2)、上垫板(5)、芯棒固定板(6)、卸料板(8)、凹模(9)、凹模支撑板(11)、、凸模支撑板(13)、下垫板(14)、下模板(15)、内导柱(18)、挤压凸模(19);所述上模板(1)固定在压力机滑块上,所述挤压芯棒(2)为阶梯状,所述芯棒固定板(6)中心带有阶梯状圆孔,所述挤压芯棒(2)安装在所述芯棒固定板(6)的圆孔内,所述芯棒固定板(6)上放置有上垫板(5),挤压芯棒(2)、上垫板(5)、芯棒固定板(6)通过销钉(4)和内六角螺栓(23)固定在上模板(1)上;所述卸料板(8)中心开设有贯穿圆孔,挤压芯棒(2)下端穿入卸料板(8)的中心圆孔中,卸料板(8)上端安装有卸料螺栓(3),卸料板(8)与芯棒固定板(6)之间装有弹簧(7),弹簧(7)套在卸料螺栓(3)上,卸料板(8)下表面开设有圆形凹槽;所述凹模(9)中心开设有阶梯状贯通圆孔,凹模(9)下端面通过内六角螺栓(21)和销钉(10)与凹模支撑板(11)相连,凹模(9)上端面加工有圆环状凸台,挤压时,该圆环状凸台与卸料板(8)下表面的圆形凹槽配合;所述的凹模支撑板(11)下装有弹簧(12),可沿纵向浮动,通过限位螺栓(16)限制其与下模板(15)之间的距离;所述的下模板(15)固定在压力机工作台上,下模板(15)中心开设有圆形通孔,下模板(15)上表面放置有下垫板(14),下垫板(14)中心开设有圆形通孔,下垫板(14)上表面放置凸模支撑板(13),凸模支撑板(13)中心开设有圆形通孔;所述的挤压凸模(19)下端穿入凸模支撑板(13)中心圆孔中,上端插入凹模支撑板(11)及凹模(9)的中心圆孔中;所述的内导柱(18)装在凸模支撑板(13)内,通过内六角螺栓(20)和销钉(17)将凸模支撑板(13)、下垫板(14)及内导柱(18)固定在下模板(15)上,所述的内导柱(18)上端穿入凹模(9)的导向孔内;所述的棒料(23)放置于凹模(9)的圆孔中,棒料(23)放置于挤压凸模(19)的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述的挤压芯棒(2)为多级台阶状,其最下端为圆锥形结构(2-1),圆锥夹角α取90°-150°,上端为一圆柱段(2-2),所述圆柱段(2-2)上端为一锥台结构(2-3),锥台结构(2-3)上端为一段圆柱段(2-4),圆柱段(2-4)上端为一直径更大的圆柱段(2-5),圆柱段(2-5)上端为台肩(2-6),锥台结构(2-3)与圆柱段(2-2)交角处构成第一转角区转角外侧,锥台结构(2-3)与圆柱段(2-4)交角处构成第二转角区转角内侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β 1大小相同,β 1取值为90-120°;挤压芯棒(2)开设有通气孔,圆柱段(2-4)与卸料板(8)中心通孔采用间隙配合。
3.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述的凹模(9)外形为圆形,其中心开设有台阶状通孔,下端为圆柱孔段(9-1),其直径与棒料(22)直径相同,中间为锥台孔段(9-2),上端为圆柱孔段(9-3),圆柱孔段(9-1)与锥台孔段(9-2)交角处构成第一转角区转角内侧,圆柱孔段(9-3)与锥台孔段(9-2)交角处构成第二转角区转角外侧,第一转角区夹角大小与第二转角区夹角β 2大小相同,β 2取值为90-120°,且β 1=β 2
4.模具闭合时,挤压芯棒(2)与凹模(9)的中心台阶状通孔构成了棒料(22)挤压管材的通道,该通道包括管材形成区、第一转角扩径挤出通道和第二转角挤出通道,这三个区的宽度逐渐减小,挤出管材的壁厚逐渐减薄;凹模(9)中心阶梯通孔左右两侧开设横向贯通加热孔,加热孔数量为4-8个。
5.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述卸料板(8)中心开设有圆形通孔,该通孔与挤压芯棒(2)圆柱段(2-4)之间为间隙配合,对挤压芯棒(2)进行定位,同时起卸料作用,卸料板(8)下表面中心开设有圆形凹槽,圆形凹槽圆形侧面与凹模(9)上端面圆环状凸台外侧面之间为间隙配合,以保证挤压芯棒(2)与凹模(9)中心阶梯孔的同轴度。
6.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述挤压凸模(19)形状为阶梯状,其上端与凹模(9)圆柱孔段(9-1)配合完成挤压成形,其下端为挤压凸模(19)的上下运动起导向作用,与凸模支撑板(13)之间采用间隙配合,挤压凸模(19)上端直径大于其下端直径。
7.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述内导柱(18)的数量为2-4个。
8.根据权利要求1所述的一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具,其特征在于,所述弹簧(7)在模具闭合时所承受的压力小于弹簧(12)的初始预紧力,以保证凹模(9)向下挤压前挤压芯棒(2)与凹模(9)中心阶梯通孔之间组成所需的管材挤压通道。
9.一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压方法,其特征在于,使用如权利要求1-7任一项所述的棒料制备管材的转角扩径挤压模具,包括以下步骤:
步骤①:模具非标零件的加工和标准件的选用;
步骤②:完成模具的安装,包括以下过程:
(1)下模部分安装:将凹模(9)通过销钉(10)与内六角螺栓(21)固定在凹模支撑板(11)上;将下垫板(14)放在下模板(15)上,将内导柱(18)装入凸模支撑板(13)的固定孔内,将凸模支撑板放在垫板(14)上,打入销钉(17),拧入内六角螺栓(20),穿入限位螺栓(16),将弹簧(12)套在限位螺栓(16)上,将挤压凸模(19)下端穿入凸模支撑板(13)的中心圆孔中,将前述凹模(9)与凹模支撑板(11)组件装在弹簧(12)上,导柱穿入凹模(9)的导向孔内,挤压凸模(19)上端进入凹模(9)的中心圆孔中,通过螺母调节弹簧(12)至预紧状态;
(2)上模部分安装:上模板(1)下表面向上,上垫板(5)放在上模板(1)上,将挤压芯棒(2)装入芯棒固定板(6)的中心圆孔中,磨平上端面后将其放在上垫板(5)上,打入销钉(4),拧入螺栓(23),穿入卸料螺栓(3),将弹簧(7)套在卸料螺栓(3)上,挤压芯棒(2)穿过卸料板(8),将卸料板(8)连接在卸料螺栓(3)上,弹簧(7)处于预紧状态;
(3)翻转上模,然后将上模部分移至下模部分上方,将卸料板(8)下表面圆形凹槽与凹模(9)上端圆环凸台配合,将下模板(15)固定在压力机工作台上,将上模板(1)固定在压力机的滑块上;
步骤③:对棒料(22)进行预处理及表面润滑,需要热挤压时通过加热棒对凹模(9)进行预热;
步骤④:压力机滑块上行,上模与下模分开,将棒料(22)放入凹模(9)的圆形通道中,滑块下行,卸料板(8)下表面圆形凹槽与凹模(9)上端凸台配合,挤压芯棒(2)伸出卸料板,进入凹模(9)中心圆孔,弹簧(7)被压缩,当挤压芯棒(2)台阶与卸料板上表面接触后推动卸料板(8)、凹模(9)以及凹模支撑板(11)一起向下运动,在内导柱(18)的导向下进行挤压,棒料(22)首先被压出一段直管,当直管遇到芯棒的锥台区时,沿第一转角产生剪切扩径挤压,然后经第二转角区进一步产生剪切变形,同时,管材壁厚逐渐减薄,直至上模下降到指定位置后,上模停止下行,完成挤压过程;
步骤⑤:压力机滑块上行,弹簧(12)推动凹模支撑板(11)、凹模(9)与上模部分所有零件一起上行,当凹模支撑板(11)碰到限位螺栓(16)的螺母时,停止上行;此时卸料板(8)由于弹簧(7)的作用仍留在凹模(9)上,挤压芯棒(2)由凹模中抽出,当管材上端碰到卸料板(8)时,卸料板(8)将管材从挤压芯棒(2)上卸下,管材留在凹模(9)内,当卸料螺栓(3)完全拉紧时,卸料板(8)随上模一起上行至最上端,启动压力机下顶缸,将挤压凸模(19)向上顶,从而将管材从凹模(9)内顶出,切去管材两端,即可得到一段具有超细晶组织的高性能管材。
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