CN109772913B - 电场作用下的控温等径挤压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电场作用下的控温等径挤压装置，包括凸模垫板、凸模固定板、凸模、导柱、弹簧、加高板、拼接式凹模、控温装置、顶杆、液压缸、联轴器与底板；凸模固定板与凸模垫板固定，凸模固定板与加高板通过导柱连接，导柱外围套设有弹簧；凸模与凸模固定板连接，凸模固定板上设有正电极接线柱；拼接式凹模包括凹模上镶块和凹模下镶块,凹模上镶块和凹模下镶块上固定有控温装置，凹模上镶块上设有多个热电偶，加高板与凹模上镶块固定，凹模下镶块固定在底板上；顶杆的第一端通过联轴器与液压杆连接，液压杆与液压缸相连，顶杆的第二端能抵在竖直通道与水平通道的连接处，顶杆上设置有负电极接线柱,液压缸固定在底板上。

Description

电场作用下的控温等径挤压装置

技术领域

本发明属于等通道角挤压技术领域，尤其涉及一种电场作用下的控温等径挤压装置。

背景技术

等通道角挤压工艺是把润滑良好的坯料，放到等通道转角挤压模具内有两个截面相等、以一定角度相交且完全连接的通道中，通过施加压力把坯料从一个通道挤压到另一个通道，并从另一个通道中挤出，在等通道转角挤压过程中，与模具中的通道尺寸紧密配合并与模壁润滑良好的试样在凸模压力的作用下向下挤压，当经过两通道的交截处时，试样产生近似理想的大的剪切变形，致使挤压材料的强度与硬度增加。晶粒细化程度并不随挤压次数的增加而线性增加，随变形次数的增加，晶粒细化到一定程度后，效果不再明显，且一定道次后加工硬化凸显，试样易开裂，且影响后续变形。目前采用的等通道挤压模具均存在一定的缺点。受加工方法的制约，模具一般为两瓣式组合而成，模具在工作过程中挤压件容易从缝隙处溢出形成飞边，后一道次挤压时需进行打磨处理，增加后续挤压难度，同时挤压件常出现翘曲、断裂等问题，导致模具的生产效率低，很难连续生产，制备的材料尺寸偏小，这些问题严重制约着该技术的工业应用。为了解决挤压过程中出现的飞边、翘曲和断裂等问题，成为了该技术目前急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简单实用的电场作用下的控温等径挤压装置，以解决制备材料在挤压过程中出现的飞边、卷曲和断裂等问题，根据塑性成形的原理以及电塑性的特征，并且考虑不同的材料具有不同的最佳挤压温度这一因素，降低挤压过程中产生的热量对材料成形的影响，进而改善了其挤压工艺，将传统的等通道角挤压原理与电场相结合，提高了材料的挤压特性，使得工件在挤压过程中能够充分变形，使得工件塑形提高，得到优等的高强度材料，从而提高产品的表面质量、力学性能以及使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种电场作用下的控温等径挤压装置，包括凸模垫板、凸模固定板、凸模、导柱、弹簧、加高板、拼接式凹模、控温装置、顶杆、液压缸、联轴器与底板；所述凸模固定板的第一端与所述凸模垫板固定，所述凸模固定板的第二端与所述加高板的第一端通过导柱连接，所述导柱外围套设有弹簧；所述凸模为阶梯状，所述凸模大面积的一端与所述凸模固定板的第二端连接，所述凸模小面积的一端能在所述拼接式凹模的竖直通道内进行往复运动，所述凸模固定板上设有正电极接线柱，所述正电极接线柱通过火线与外接电源连接；所述拼接式凹模包括凹模上镶块和凹模下镶块，所述凹模下镶块与凹模上镶块进行组装配合，所述凹模上镶块的中部设有供所述凸模小面积一端往复运动的竖直通道，所述凹模上镶块与所述凹模下镶块的拼接处设有供所述顶杆往复运动的水平通道，所述竖直通道与所述水平通道相连通，所述凹模上镶块和凹模下镶块上固定有控温装置，所述凹模上镶块上设有多个热电偶，所述加高板的第二端与所述凹模上镶块固定，所述凹模下镶块固定在所述底板上，所述凹模下镶块与底板之间利用螺钉紧固，并通过销钉定位；所述顶杆的第一端通过联轴器与液压杆连接，所述液压杆与所述液压缸相连，所述顶杆的第二端达到最大行程时能抵在所述水平通道与竖直通道的相接处，所述顶杆上设置有负电极接线柱，所述负电极接线柱通过零线与外接电源连接，所述液压缸固定在所述底板上。

优选地，所述控温装置包括多个循环管道。

优选地，所述凸模固定板靠近所述顶杆的侧面中心设有圆孔，所述圆孔的深度为其所在边的长度的一半，所述圆孔与所述凸模相接触，并放置正电极，所述正电极的表面装有所述正电极接线柱。

优选地，所述凸模固定板第二端和所述加高板的第一端的四角处设有阶梯孔，用于安装导柱与弹簧。

优选地，所述加高板的的第二端设有与所述凹模上镶块对应的圆孔，并通过销钉定位。

优选地，所述凹模上镶块为四脚状，所述凹模下镶块上设有与四脚配合的凹槽。

优选地，所述凹模上镶块和凹模下镶块的四周设有多个圆槽，用于安装所述循环管道，并通过卡子进行紧固。

优选地，所述循环管道的数量为3个，所述热电偶的数量为3个。

优选地，所述顶杆为阶梯状，大面积的一端通过联轴器与液压杆连接，且大面积的一端径向上设有所述负电极接线柱。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明的电场作用下的控温等径挤压装置，使等通道转角挤压模具与外加电场相结合，同时设有控温装置，以解决不同材料在挤压过程中出现的强化不充分，再结晶、温度难以控制等问题；改善了材料的挤压成形特性，能够满足不同材料的最佳挤压成形温度区间，使其强度达到所需成形要求；结构主要包括凸模、拼接式凹模、控温装置以及液压装置等；凸模与凸模固定板连接并且凸模固定板上设置有电极；凹模设置成拼接式以防止材料产生飞边，同时设置循环管道以保证挤压过程中的恒温环境；顶杆与液压缸结合以及设有电极，保证在挤压过程中形成电流回路，一直有电流通过并且对材料有一定的反挤压力，使得其产品质量更好。

附图说明

图1为本发明电场作用下的控温等径挤压装置的结构示意图；

图2为本发明电场作用下的控温等径挤压装置的剖视图；

图3为本发明的凸模垫板的结构示意图；

图4为本发明正电极接线柱的结构示意图；

图5为本发明凸模固定板的结构示意图；

图6为本发明凸模的结构示意图；

图7为本发明加高板的结构示意图；

图8为本发明凹模上镶块的结构示意图；

图9为本发明循环管道的结构示意图；

图10为本发明卡子的结构示意图；

图11为本发明凹模下镶块的结构示意图；

图12为本发明底板的结构示意图；

图13为本发明负电极接线柱的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明，而非对本发明的保护范围限制。需要理解的是在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1和2所示，一种电场作用下的控温等径挤压装置，包括凸模垫板1、凸模固定板3、凸模4、导柱18、弹簧19、加高板5、拼接式凹模、控温装置、顶杆12、液压缸16、联轴器14与底板11；凸模固定板3的第一端与凸模垫板1固定，凸模固定板3的第二端与加高板5的第一端通过导柱连接，导柱18外围套设有弹簧19，导柱用于在材料挤压过程中起到导向的作用，弹簧的作用是：在材料挤压过程中，凸模固定板3下行至弹簧最大变形量时，保证材料正好被挤出，并且对加高板5施加一定的向下的压力，从而使加高板5以及拼接式凹模更加稳定；凸模4为阶梯状，凸模4大面积的一端与凸模固定板3的第二端连接，凸模小面积的一端能在拼接式凹模的竖直通道内进行往复运动，凸模固定板3上设有正电极接线柱2，正电极接线柱2通过火线与外接电源连接；拼接式凹模包括凹模上镶块6和凹模下镶块10，凹模下镶块10与凹模上镶块6进行组装配合，凹模上镶块的中部设有供凸模小面积一端往复运动的竖直通道，凹模上镶块与凹模下镶块的拼接处设有供顶杆往复运动的水平通道，竖直通道与水平通道相连通；凹模上镶块6和凹模下镶块10上固定有控温装置，凹模上镶块6上设有多个热电偶，用于保持挤压过程的恒温。加高板5的第二端与凹模上镶块6固定，加高板5的设置为了满足不同高度的加压材料，加高板5的高度可以调节；凹模下镶块10固定在底板11上，凹模下镶块10与底板11之间利用螺钉紧固，并通过销钉定位；顶杆12的第一端通过联轴器14与液压杆15连接，液压杆15与液压缸16相连，顶杆12的第二端能抵在水平通道与竖直通道的相接处，顶杆12上设置有负电极接线柱13，负电极接线柱13通过零线与外接电源连接，液压缸16固定在底板11上。

优选地，控温装置为多个循环管道8，其数量可以根据材料的性能进行调节。凹模上镶块6和凹模下镶块10的四周设有多个圆槽，用于安装所述循环管道8，并通过卡子9进行紧固。

优选地，凸模固定板3靠近所述顶杆12的侧面中心设有圆孔，圆孔的深度为其长度方向的一半，并且在圆孔与凸模4接触的位置放置正电极，正电极的表面装有正电极接线柱2。凸模垫板1和凸模固定板3通过销钉定位并通过螺钉进行紧固。加高板5的的第二端设有与所述凹模上镶块6对应的圆孔，并通过销钉定位。

优选地，凹模上镶块6为四脚状，凹模下镶块10上设有与四脚配合的凹槽，保持挤压过程中凹模的稳定。

在本实施例中，如图1-13所示，电场作用下的控温等径挤压装置包括凸模垫板1、凸模固定板3、凸模4、导柱18、弹簧19、加高板5、拼接式凹模、控温装置、顶杆12、液压缸16、联轴器14与底板11，凸模固定板3的上部与凸模垫板1通过螺钉固定并利用销钉进行定位，凸模垫板1厚度方向上设有与凸模固定板3对应的螺纹孔与销钉孔；凸模固定板3的下部与加高板5通过四角的阶梯孔内的导柱18连接，导柱18外围套设有弹簧19，导柱用于在材料挤压过程中起到导向的作用，弹簧的作用是：在材料挤压过程中，凸模固定板3下行至弹簧最大变形量时，保证材料正好被挤出，并且对加高板5施加一定的向下的压力，从而使加高板5以及拼接式凹模更加稳定；凸模4为阶梯状，凸模4大面积的一端与凸模固定板3的第二端连接，凸模小面积的一端能在拼接式凹模的竖直通道内进行往复运动，凸模固定板3左侧面中心设有一圆孔，圆孔的深度为其所在边的长度的一半，圆孔与凸模4接触并在相接触的位置放置正电极，正电极的表面装有正电极接线柱2，正电极接线柱通过火线与外接电源连接。

拼接式凹模包括凹模上镶块6和凹模下镶块10，凹模上镶块6设为四脚状，用于与凹模下镶块10的配合拼接成凹模，凹模上镶块的中部设有供凸模小面积一端往复运动的竖直通道，凹模上镶块与凹模下镶块的拼接处设有供顶杆往复运动的水平通道，竖直通道与水平通道相连通，材料在竖直通道与水平通道的转角处进行挤压变形；凹模上镶块6的前、后、右表面设置有一定深度的圆孔，用于热电偶的设置，热电偶的作用是测量挤压过程中温度的变化，进而通过控制循环管道8里液体的流速、流量等来控制温度；凹模上镶块6和凹模下镶块10四周共设有3个圆槽，用于循环管道8的安装，并且在凹模上镶块6、凹模下镶块10四周设有一定深度的螺纹孔，用于循环管道8的固定与紧固；凹模设置为上下镶块式，其目的是避免了两瓣式产生飞边的问题，同时如果材料在挤压过程中出现卡死情况时可以取出材料；循环管道8内通有满足不同材料的最佳成形温度的恒温液体，并且通过管头7与外接泵体连接形成液体的循环流动，进而达到一个恒温环境，循环管道8通过卡子9与凹模上镶块6和凹模下镶块10进行连接，并且利用螺钉进行紧固。

加高板5设有与凹模上镶块6和凹模下镶块10对应的圆孔通道，并且在其厚度方向设有一定深度的两个销钉孔，用于与凹模上镶块6的定位，同时在其四周设置一定深度的圆孔，用于导柱与弹簧的放置；加高板5与凹模上镶块6固定，加高板5的设置为了满足不同高度的加压材料，加高板5的高度可以调节；凹模下镶块10的底部设有两个螺纹孔与销钉孔，用于与底板11的紧固与定位，凹模下镶块10与底板11之间利用螺钉紧固，并通过销钉定位。

顶杆12为阶梯状，大面积的一端即左侧通过联轴器14与液压杆15连接，其目的是在挤压过程中产生一定的反挤压力，使得挤压更充分，提高产品质量，液压杆15与液压缸16连接形成液压装置，液压缸16设有进油口与出油口，液压装置的目的是在挤压过程中对顶杆12产生动力；同时为了使材料挤压过程中形成电流回路，顶杆12大面积的一端径向上设有负电极接线柱13，顶杆12的较小的一端能抵在竖直通道与水平通道的相接处，顶杆12上设置有负电极接线柱13，负电极接线柱13通过零线与外接电源连接，液压缸16固定在底板11上。

如图12所示，底板11上设有凹槽，用于凹槽下镶块10的固定，其目的是在挤压过程中凹模下镶块10能够受大的挤压力而不会发生移动；同时设有与凹模下镶块10、液压缸16对应的螺纹孔与销钉孔，用于紧固与定位；同时在四周设有四个螺纹孔，用于与设备的连接，并且在与凹模下镶块10接触的位置设有圆槽，用于循环管道8的放置。

本发明的电场作用下的控温等径挤压装置工作过程如下：

电场作用下的控温等径挤压装置起始处于开模状态，底板11固定在挤压设备上。外接正电极接线柱2的电源火线与外接负电极接线柱13的电源零线处于开启状态；并且将液压杆15与顶杆12顶在最右端使得顶杆12处在水平通道与竖直通道的相接处；将三个热电偶17外接测温设备，进而等待监测温度变化，将循环管道8的六个管头7接到泵体上，使得液体开始在循环管道8内循环流动。

人工将坯料毛坯放在凹模的孔里，并开启挤压设备；坯料此时与顶杆12接触，不过并没有产生电流回路，使凸模垫板1、凸模固定板3与凸模4随着导柱18下行，直到凸模4与坯料接触时，此刻正负电极与坯料产生电流回路，此时挤压开始，顶杆12对坯料有一定的反作用力，并且监测热电偶17测出的温度，进而控制循环管道8里液体流动的状态，从而保持在一个恒温、恒定电流的环境下挤压，直至凸模4运行至最下端，此时弹簧19达到最大变形量，坯料被挤出，人工将坯料取出，同时将液压杆15复位，使得顶杆12再次顶到凹模的水平通道最右端与竖直通道相接处，以便下次挤压工作的进行，此时便完成了一次挤压过程；如果需要挤压不同长度的挤压件，可以在凹模上镶块6的上方累加加高板5，同时更换不同长度的凸模4以及弹簧19。

实施例1：

试验材料为普通碳素钢A3，毛坯尺寸为

步骤一：在挤压材料表面涂石墨，以及在凹模的挤压通道里涂抹凡士林作为润滑剂，并且按照图1所示组装挤压装置；

步骤二：将挤压装置通过底板11的螺栓，以及凸模垫板1的螺栓固定在挤压设备上，并且将凸模固定板3处的正电极接线柱2通过火线接在脉冲电源正极，同理顶杆12处负电极接线柱13通过零线接在脉冲电源负极；同时在循环管道8处的管头7外接泵体带动的25℃～28℃的恒温水；热电偶外接测温设备；

步骤三：设置脉冲电源参数，峰值电流5000A，电压24V，频率800Hz，打开电源；

步骤四：液压装置外接控制系统，并且通过液压杆15将顶杆12顶至水平通道最右端与竖直通道相接处；

步骤五：挤压设备上行，凸模4离开竖直通道，并且将材料人工放进通道，设置挤压速度2mm/s，挤压设备下行，完成第一道次挤压，并且在挤压过程中监测温度，并且通过控制液体流速来恒定水温；

步骤六：将材料拿出，重新进行润滑，并且进行第二道次的挤压，其挤压条件如以上步骤不变；

步骤七：经过第二道次的挤压之后，得到高强度的A3钢材料；

步骤八：挤压结束后，关闭脉冲电源、控温装置、液压装置以及挤压设备。

经过两道次的挤压之后，其材料屈服强度从307MPa升至900MPa，其抗拉强度从450MPa升至940MPa，而在传统等通道挤压工艺中需要进行四道次左右才能达到此性能。

实施例2：

试验材料为ZK60镁合金，毛坯尺寸为

步骤一：在挤压材料表面涂石墨，以及在凹模的挤压通道里涂抹凡士林作为润滑剂，并且按照图1所示组装挤压装置；

步骤二：将挤压装置通过底板11的螺栓，以及凸模垫板1的螺栓固定在挤压设备上，并且将凸模固定板3处的正电极接线柱2通过火线接在脉冲电源正极，同理顶杆处负电极接线柱13通过零线接在脉冲电源负极；同时在循环管道8处的管头7外接泵体带动的260℃～265℃的恒温联苯和联苯醚低熔混合物型导热油；热电偶外接测温设备；

步骤三：设置脉冲电源参数，峰值电流5000A，电压30V，频率600Hz，打开电源；

步骤四：液压装置外接控制系统，并且通过液压杆15将顶杆顶至水平通道最右端与竖直通道相接处；

步骤五：挤压设备上行，凸模4离开竖直通道，并且将材料人工放进通道，设置挤压速度2mm/s，挤压设备下行，完成第一道次挤压，并且在挤压过程中监测温度，通过控制液体流速来恒定液体温度；

步骤六：将材料拿出，重新进行润滑，并且进行第二道次的挤压，其挤压条件如以上步骤不变；

步骤七：经过第二道次的挤压之后，得到高强度的ZK60镁合金材料；

步骤八：挤压结束后，关闭脉冲电源、控温装置、液压装置以及挤压设备。

镁合金的热稳定性较差，所以需要一个更加稳定的挤压温度，以防止其组织性能的改变导致其挤压效果差，其在260℃的温度下其综合组织性能最佳，并且经过两道次的挤压之后，其材料抗拉强度从最初的282MPa上升至340.5MPa，其伸长率从最初的13.1％上升至29.0％，而在传统等通道挤压工艺中需要进行三道次左右才能达到此性能。

综上，本发明的电场作用下的控温等径挤压装置，解决了不同材料在挤压过程中出现的强化不充分，再结晶、温度难以控制等问题；改善了材料的挤压成形特性，能够满足不同材料的最佳挤压成形温度区间，使其强度达到所需成形要求，而且挤压过程中材料均未出现飞边、卷曲和断裂等问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：包括凸模垫板、凸模固定板、凸模、导柱、弹簧、加高板、拼接式凹模、控温装置、顶杆、液压缸、联轴器与底板；

所述凸模固定板的第一端与所述凸模垫板固定，所述凸模固定板的第二端与所述加高板的第一端通过导柱连接，所述导柱外围套设有弹簧，导柱用于在材料挤压过程中起到导向的作用，弹簧的作用是在材料挤压过程中，凸模固定板下行至弹簧最大变形量时，保证材料正好被挤出，并且对加高板施加一定的向下的压力；

所述凸模为阶梯状，所述凸模大面积的一端与所述凸模固定板的第二端连接，所述凸模小面积的一端能在所述拼接式凹模的竖直通道内进行往复运动，所述凸模固定板上设有正电极接线柱，所述正电极接线柱通过火线与外接电源连接；

所述拼接式凹模包括凹模上镶块和凹模下镶块，所述凹模下镶块与凹模上镶块进行组装配合，所述凹模上镶块的中部设有供所述凸模小面积一端往复运动的竖直通道，所述凹模上镶块与所述凹模下镶块的拼接处设有供所述顶杆往复运动的水平通道，所述竖直通道与所述水平通道相连通，材料在竖直通道与水平通道的转角处进行挤压变形；所述凹模上镶块和凹模下镶块上固定有控温装置，所述凹模上镶块上设有多个热电偶，所述加高板的第二端与所述凹模上镶块固定，所述凹模下镶块固定在所述底板上，所述凹模下镶块与底板之间利用螺钉紧固，并通过销钉定位；凹模上镶块和凹模下镶块四周共设有3个圆槽，用于循环管道的安装，并且在凹模上镶块、凹模下镶块四周设有一定深度的螺纹孔，用于循环管道的固定与紧固；凹模设置为上下镶块式，其目的是避免了两瓣式产生飞边的问题，同时如果材料在挤压过程中出现卡死情况时取出材料；循环管道内通有恒温液体，并且通过管头与外接泵体连接形成液体的循环流动，进而达到一个恒温环境；

所述顶杆的第一端通过联轴器与液压杆连接，所述液压杆与所述液压缸相连，所述顶杆的第二端达到最大行程时能抵在所述水平通道与竖直通道的相接处，所述顶杆上设置有负电极接线柱，所述负电极接线柱通过零线与外接电源连接，所述液压缸固定在所述底板上。

2.根据权利要求1所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述控温装置包括多个循环管道。

3.根据权利要求1所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述凸模固定板靠近所述顶杆的侧面中心设有圆孔，所述圆孔的深度为其所在边的长度的一半，所述圆孔与所述凸模相接触，并放置正电极，所述正电极的表面装有所述正电极接线柱。

4.根据权利要求1或3所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述凸模固定板第二端和所述加高板的第一端的四角处设有阶梯孔，用于安装导柱与弹簧。

5.根据权利要求1所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述加高板的的第二端设有与所述凹模上镶块对应的圆孔，并通过销钉定位。

6.根据权利要求1所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述凹模上镶块为四脚状，所述凹模下镶块上设有与四脚配合的凹槽。

7.根据权利要求6所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述循环管道的数量为3个，所述热电偶的数量为3个。

8.根据权利要求6所述的电场作用下的控温等径挤压装置，其特征在于：所述顶杆为阶梯状，大面积的一端通过联轴器与液压杆连接，且大面积的一端径向上设有所述负电极接线柱。

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