CN109759488B - 一种高压扭转成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，并公开了一种高压扭转成形模具。包括上模板和下模板，所述上模板两端固定设有齿条，所述齿条的下方设有直齿轮，所述直齿轮上设有转轴，所述上模板下方设有上模固定板，所述上模固定板的下方设有上模，所述下模板两端设有支架，所述下模板上还设有下模锥齿轮，所述下模锥齿轮上固定连接有下模固定板，所述下模固定板的上端固定设有下模。本发明提供了一种高压扭转成形模具，该模具能同时提供轴向下压和径向扭转力，进而能实现保证压力的同时，提供足够大的扭力，以产生轴向压缩和切向剪切的塑性变形，细化材料晶粒，结构简单，易于操作。

Description

一种高压扭转成形模具

技术领域

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，更具体地，涉及一种高压扭转成形模具。

背景技术

细晶强化是一种重要的强化材料的方法，目前常利用大塑性变形技术在大块金属材料样品中引入细化晶粒。最受关注的两种大塑性变形方法是等通道挤压ECAP和高压扭转HPT。而高压扭转HPT相比较ECAP能达到更优的晶粒细化效果。但目前在HPT中总是需要外置马达带动模具的旋转运动，设备连接复杂。

中国专利CN104399808A公开了一种用于液压机上实现高压扭转工艺的装置，其采用液压马达驱动扭矩，通过传动齿圈传递至回转台。该装置便于在普通液压机上实现高压扭转工艺，但是设备复杂，需在装置两侧分别固定液压马达悬挂装置，装备要求高。

中国专利CN105107914A公开了一种高压扭转成形机，其采用液压油缸带动动模做上下往返运动并提供轴向压缩力，以及外置液压马达的输出端带动定模匀速旋转并提供切向剪切扭矩。该扭转成形机便于实现扭转速度和应变量的控制，但难以保证液压油压缸与外置液压马达的同步配合工作，同时设备连接复杂，占地面积大。

因此，本领域亟待提出新的高压扭转成形模具，进而能实现保证压力的同时，提供足够大的扭力，以产生轴向压缩和切向剪切的塑性变形，细化材料晶粒。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供了一种高压扭转成形模具，该模具能同时提供轴向下压和径向扭转力，进而能实现保证压力的同时，提供足够大的扭力，以产生轴向压缩和切向剪切的塑性变形，细化材料晶粒。

为了实现上述目的本发明提供一种高压扭转成形模具，包括上模板和下模板，其特征在于，所述上模板两端固定设有齿条，所述齿条的下方设有直齿轮，所述齿条与所述直齿轮通过齿轮啮合连接，所述直齿轮上设有转轴，所述上模板下方设有上模固定板，所述上模固定板与所述上模板固定连接，所述上模固定板的下方设有上模，所述上模与所述上模固定板固定连接；

所述下模板两端设有支架，所述支架的侧面设有锥齿轮，所述锥齿轮和所述直齿轮分别设于所述支架两侧，且通过所述转轴连接，所述下模板上还设有下模锥齿轮，所述下模锥齿轮与所述锥齿轮通过齿轮啮合连接，所述下模锥齿轮上固定连接有下模固定板，所述下模固定板的上端固定设有下模，其中，所述下模与上模相对设置且两者之间具有容纳金属材料的空腔；

进而，所述上模板在压力机的作用下向下运动，同时，所述齿条在所述上模板的带动下向下运动，所述齿条通过齿轮啮合带动直齿轮转动进而带动所述锥齿轮转动，所述锥齿轮带动所述下模锥齿轮、所述下模固定板以及下模转动，进而为金属材料晶细化提供了压力和切向剪切力矩。

进一步的，所述转轴上设有键定位。

进一步的，所述锥齿轮与所述下模锥齿轮的齿轮模数相同。

进一步的，所述锥齿轮的齿顶圆直径大于所述下模锥齿轮的齿顶圆直径。

进一步的，所述锥齿轮与所述下模锥齿轮的齿顶圆直径比为3:2。

进一步的，所述直齿轮与所述齿条的齿轮模数相同。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提供了一种高压扭转成形模具，该模具采用了齿轮之间的配合来将上模的下压运动转变为下模的旋转运动，实现了压力和扭转的同步性，能同时提供轴向下压和径向扭转力，进而能实现保证压力的同时，提供足够大的扭力，以产生轴向压缩和切向剪切的塑性变形，细化材料晶粒。

2.本发明采用了齿轮之间的配合来将上模的下压运动转变为下模的旋转运动，实现了压力和扭转的同步性，同时利用齿条的向直齿轮传递运动，直齿轮进一步向锥齿轮传递旋转运动，利用锥齿轮和下模锥齿轮之间的啮合，为下模锥齿轮提供与锥齿轮相同的线速度，达到下模的旋转运动，以提供径向扭转力。

3.本发明利用中心轴上定位键和两对圆锥滚子轴承实现直齿轮和锥齿轮之间运动的传递，采用齿轮直径的更换实现扭转速度的改变，所述模具结构简单，可直接安装于普通高压压力机上，通过高压扭实验可以实现金属材料的晶粒细化。

附图说明

图1为本发明涉及的一种高压扭转成形模具的结构示意图；

图2为采用本发明模具进行高压扭转前的电子背散射衍射图；

图3为采用本发明模具进行高压扭转后的电子背散射衍射图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： 1-上模板，2-上模固定板，3-上模，4-齿条，5-直齿轮，6-锥齿轮，7-下模板，8-下模锥齿轮，9-下模固定板，10-下模。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，是本发明涉及的一种高压扭转成形模具的结构示意图，其包括上模板1，上模固定板2，上模3，齿条4，直齿轮5，对锥齿轮6，下模板7，下模锥齿轮8，下模固定板9和下模10。其中，上模板1两端对称设有齿条4，两齿条4的下端均设有直齿轮5，直齿轮5上设有转轴。

下模板7的两端对称设有支架，每个支架的一侧都设有锥齿轮6，其中，直齿轮5与锥齿轮6设于支架的两侧且通过转轴连接，下模板7的两端对称设有支架，两支架之间还设有下模锥齿轮8，下模锥齿轮8通过螺钉与下模固定板9连接，上模固定板2通过螺钉与所述上模板1固定连接，下模锥齿轮8与所述锥齿轮6通过齿轮啮合连接，所述下模锥齿轮8上固定连接有下模固定板9，所述下模固定板9的上端固定设有下模10，其中，下模10与上模3相对设置且两者之间具有容纳金属材料的空腔；进而，上模板1在压力机的作用下向下运动，同时，齿条4在模板1的带动下向下运动，齿条4通过齿轮啮合带动直齿轮5转动进而带动锥齿轮6转动，锥齿轮6带动下模锥齿轮8、下模固定板9以及下模10转动，进而为金属材料晶细化提供了压力和切向剪切力矩。进一步的，转轴上设有键定位，锥齿轮6与所述下模锥齿轮8的齿轮模数相同，锥齿轮的齿顶圆直径大于所述下模锥齿轮的齿顶圆直径，优选的，锥齿轮6与下模锥齿轮8的齿顶圆直径比为3:2，直齿轮5与齿条4的齿轮模数相同。

具体而言，本发明包括上模板1、上模固定板2、上模3、齿条4、直齿轮5、锥齿轮6、下模板7、下模锥齿轮8、下模固定板9、下模10。所述直齿轮5和锥齿轮6带有中心孔，下模锥齿轮8带有中心孔。所述上模板1通过螺钉与上模固定板2，上模3通过螺钉与上模固定板2连接，下模 10通过螺钉与下模固定板9连接，下模固定板9通过螺钉与下模锥齿轮8 连接。直齿轮5通过带有定位键的中间轴带动锥齿轮6旋转。压力机带动上模板1下压时，对试样施加轴向压力，而进行轴向运动。同时齿条4在上模板1带动下进行向下运动，通过齿形啮合带动直齿轮5沿着中心轴转动，由于穿过直齿轮5和锥齿轮6的轴上的存在定位键定位，直齿轮5的转动带动锥齿轮6的转动，进一步通过齿形啮合带动下模锥齿轮8转动，由于下模锥齿轮8和下模固定板9之间，下模固定板9和下模10之间通过螺钉连接，进而下模10实现了旋转并提供足够的切向剪切扭矩。所述的高压扭转成形模具，下模锥齿轮8与锥齿轮6齿轮模数相同，齿顶圆直径为 3:2。即锥齿轮旋转3圈，下模锥齿轮旋转2圈。的高压扭转成形模具，锥齿轮6和直齿轮5的角速度一致，根据下模10旋转速度的要求更换不同直径的直齿轮。直齿轮5与齿条4模数相同，互相啮合。

本发明的工作过程为：

放入试样在下模中心槽内上，压力机启动后，压力机带动上模下压，对试样施加轴向压力而进行轴向运动。同时齿条在上模板的带动下向下运动，通过齿形啮合带动直齿轮转动，由于穿过直齿轮和锥齿轮的中心轴上存在定位键，直齿轮的转动会带动锥齿轮的转动，进一步通过齿形啮合带动下模锥齿轮转动，由于下模锥齿轮和下模固定板之间，下模固定板和下模之间通过螺钉连接，进而下模实现了旋转并提供足够的切向剪切扭矩。

图2为采用本发明模具进行高压扭转前的电子背散射衍射图，图3为采用本发明模具进行高压扭转后的电子背散射衍射图，其金属材料的晶粒细化程度高。本发明采用了齿轮之间的配合来将上模的下压运动转变为下模的旋转运动，实现了压力和扭转的同步性；利用齿条的向直齿轮传递运动，直齿轮进一步向锥齿轮传递旋转运动，利用锥齿轮和下模锥齿轮之间的啮合，为下模锥齿轮提供与锥齿轮相同的线速度，达到下模的旋转运动；利用中心轴上定位键和两对圆锥滚子轴承实现直齿轮和锥齿轮之间运动的传递；采用齿轮直径的更换实现扭转速度的改变。所述模具结构简单，可直接安装于普通高压压力机上，通过高压扭实验可以实现金属材料的晶粒细化，

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压扭转成形模具，包括上模板(1)和下模板(7)，其特征在于，所述上模板(1)两端固定设有齿条(4)，所述齿条(4)的下方设有直齿轮(5)，所述齿条(4)与所述直齿轮(5)通过齿轮啮合连接，所述直齿轮(5)上设有转轴，所述上模板(1)下方设有上模固定板(2)，所述上模固定板(2)与所述上模板(1)固定连接，所述上模固定板(2)的下方设有上模(3)，所述上模(3)与所述上模固定板(2)固定连接；

所述下模板(7)两端设有支架，所述支架的侧面设有锥齿轮(6)，所述锥齿轮(6)和所述直齿轮(5)分别设于所述支架两侧，且通过所述转轴连接，所述下模板(7)上还设有下模锥齿轮(8)，所述下模锥齿轮(8)与所述锥齿轮(6)通过齿轮啮合连接，所述下模锥齿轮(8)上固定连接有下模固定板(9)，所述下模固定板(9)的上端固定设有下模(10)，其中，所述下模(10)与上模(3)相对设置且两者之间具有容纳金属材料的空腔；

进而，所述上模板(1)在压力机的作用下向下运动，同时，所述齿条(4)在所述上模板(1)的带动下向下运动，所述齿条(4)通过齿轮啮合带动直齿轮(5)转动进而带动所述锥齿轮(6)转动，所述锥齿轮(6)代送所述下模锥齿轮(8)、所述下模固定板(9)以及下模(10)转动，进而为金属材料晶细化提供了压力和切向剪切力矩。

2.根据权利要求1所述的一种高压扭转成形模具，其特征在于，所述转轴上设有键定位。

3.根据权利要求1或2所述的一种高压扭转成形模具，其特征在于，所述锥齿轮(6)与所述下模锥齿轮(8)的齿轮模数相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种高压扭转成形模具，其特征在于，所述锥齿轮(6)的齿顶圆直径大于所述下模锥齿轮(8)的齿顶圆直径。

5.根据权利要求1或2所述的一种高压扭转成形模具，其特征在于，所述锥齿轮(6)与所述下模锥齿轮(8)的齿顶圆直径比为3:2。

6.根据权利要求1或2所述的一种高压扭转成形模具，其特征在于，所述直齿轮(5)与所述齿条(4)的齿轮模数相同。