CN110102590B - 侧向脉动助挤的等通道挤压方法及其挤压模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，包括以下步骤：S1、将第一坯料放入竖直挤压通道中，挤压压头挤压第一坯料；S2、当第一坯料进入挤压通道的拐角处时，放入第二坯料，继续挤压，同时启动脉动流量泵；S3、当第一坯料从挤压通道的拐角处挤出时，第二坯料进入挤压通道的拐角处，关闭脉动流量泵；S4、放入第三坯料，继续挤压，同时启动脉动流量泵；S5、当第二坯料从挤压通道的拐角处挤出时，同时第三坯料进入挤压通道的拐角处，关闭脉动流量泵；S6、放入第四坯料，继续挤压，同时启动脉动流量泵；S7、重复执行步骤S1至步骤S6。通过本方法使得坯料在挤压通道拐角处容易流动，具有提高模具寿命，降低挤压成本等优点。

Description

侧向脉动助挤的等通道挤压方法及其挤压模具
技术领域
本发明属于金属强变形技术领域，具体涉及一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法及其挤压模具。
背景技术
等通道挤压(ECAP)是一种新型制备微纳米晶体块体材料的塑性加工方法，其制备工艺是通过挤压压头将块体材料从通道上端挤到另一端，材料在通道拐角处发生剧烈而均匀的剪切变形，晶粒破碎细化，通过反复挤压，材料可以积累很大的应变，晶粒可以细化到微纳米级，材料强度得到极大的提高。但是普通的等通道挤压方法金属材料在挤压通道拐角处流动困难，需要增大挤压力使金属流动，容易造成模具在挤压通道拐角处受力过大，经常造成模具破坏或者寿命降低，严重影响该工艺的发展。
发明内容
针对以上情况，本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，通过脉动流量泵驱动液压缸带动拐角镶块前后脉冲动作，当坯料进入挤压通道拐角处时，拐角镶块脉冲动作给坯料提供助力，使得坯料更容易从挤压通道拐角处流出，可以降低挤压力，同时减小了挤压通道拐角处的受力，减少了挤压通道拐角处磨损，对于提高模具寿命，降低等通道挤压工艺成本具有重要意义和应用价值。
本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，包括以下步骤：
S1、将第一坯料放入具有相同内径的挤压通道的竖直挤压通道中，驱动挤压压头挤压第一坯料；
S2、当第一坯料完全进入所述挤压通道的拐角处时，放入第二坯料，继续驱动所述挤压压头挤压第二坯料，同时启动脉动流量泵通过液压缸带动拐角镶块做前后脉冲动作，促使第一坯料发生变形；
S3、当第一坯料从所述挤压通道的拐角处挤出时，第二坯料完全进入所述挤压通道的拐角处，关闭所述脉动流量泵；
S4、将第三坯料放入所述竖直挤压通道中，继续驱动所述挤压压头挤压第三坯料，同时启动所述脉动流量泵通过液压缸带动所述拐角镶块做前后脉冲动作，促使第二坯料发生变形；
S5、当第二坯料从所述挤压通道的拐角处挤出时，第一坯料从水平挤压通道中挤出，同时第三坯料完全进入所述挤压通道的拐角处，关闭所述脉动流量泵；
S6、将第四坯料放入所述竖直挤压通道中，继续驱动所述挤压压头挤压第四坯料，同时启动所述脉动流量泵通过液压缸带动所述拐角镶块做前后脉冲动作，促使第三坯料发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块坯料的挤压变形。
进一步地，所述拐角镶块的脉冲动作距离S的表达式为：
S＝-0.005*σs+1.2
式中，脉冲动作距离S单位为mm，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
进一步地，所述拐角镶块的脉冲动作周期T的表达式为：
T＝-0.005625*σs+1.225
式中，脉冲动作周期T单位为s，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
本发明的另一方面，提供了一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，其包括挤压压头、挤压凹模、脉动流量泵、液压缸和拐角镶块，所述挤压凹模上设有所述挤压通道，且其第一端面设有推杆导向孔，所述挤压通道包括依次相连接的竖直挤压通道、拐角和水平挤压通道，且所述竖直挤压通道的直径与所述水平挤压通道的直径相等，所述挤压压头安装于所述竖直挤压通道中，所述挤压压头的直径与所述竖直挤压通道的直径相等，所述拐角镶块的第一端面设有镶块推杆，所述拐角镶块安装于所述挤压凹模的挤压通道的拐角处，且所述拐角镶块的第一圆弧半径与所述挤压通道的中心线拐角半径相等，所述镶块推杆穿过所述推杆导向孔与所述液压缸的活塞杆固定连接，所述液压缸与所述脉动流量泵连接。
优选地，所述挤压压头第一端面到第二端面的垂直距离等于所述竖直挤压通道的垂直高度。
进一步地，所述拐角镶块的第二圆弧半径与所述拐角镶块的第三圆弧半径相等，且所述拐角镶块的第二圆弧半径等于所述竖直挤压通道直径的一半。
优选地，所述推杆导向孔的中心轴线与所述镶块推杆的中心轴线重合。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，通过脉动流量泵驱动液压缸带动拐角镶块前后脉冲动作，在挤压通道拐角处给坯料提供一个向前的推力，使得坯料在挤压模具的挤压通道拐角处容易流动，克服了一般等通道挤压方法中坯料在挤压通道拐角处难以流动的问题，同时减小了挤压通道拐角处的受力，减少了挤压通道拐角处磨损，对于提高模具寿命，降低等通道挤压工艺成本具有重要意义和应用价值。
附图说明
图1为本发明侧向脉动助挤的等通道挤压方法的流程图；
图2为本发明拐角镶块侧向脉冲动作的初始位置示意图；
图3为本发明拐角镶块侧向脉冲动作的工作位置示意图；
图4为本发明加入第四坯料的拐角镶块侧向脉冲动作工作位置示意图；
图5为本发明挤压凹模的主视图；
图6为本发明拐角镶块的主视图；
图7为本发明拐角镶块的俯视图；
图8为本发明拐角镶块的左视图；
图9为本发明挤压纯铝时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间关系图；
图10为本发明挤压纯铜时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间关系图；以及
图11为本发明挤压304不锈钢时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间关系图。
主要附图标记：
挤压压头1；挤压凹模2；挤压通道21；竖直挤压通道211；拐角212；水平挤压通道213；推杆导向孔22；脉动流量泵3；液压缸4；拐角镶块5；镶块推杆51；第一坯料6；第二坯料7；第三坯料8；第四坯料9；第一圆弧半径R1；第二圆弧半径R2；第三圆弧半径R3；中心线拐角半径R4。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，如图1～图5所示，包括以下步骤：
S1、将第一坯料6放入具有相同内径的挤压通道21的竖直挤压通道211中，驱动挤压压头1挤压第一坯料6；
S2、当第一坯料6完全进入挤压通道21的拐角212处时，放入第二坯料7，继续驱动挤压压头1挤压第二坯料7，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第一坯料6发生变形；
S3、当第一坯料6从挤压通道21的拐角212处挤出时，第二坯料7完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S4、将第三坯料8放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第三坯料8，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第二坯料7发生变形；
S5、当第二坯料7从挤压通道21的拐角212处挤出时，第一坯料6从水平挤压通道213中挤出，同时第三坯料8完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S6、将第四坯料9放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第四坯料9，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第三坯料8发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块坯料的挤压变形。
具体的，拐角镶块5的脉冲动作距离S的表达式为：
S＝-0.005*σs+1.2
式中，脉冲动作距离S单位为mm，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
具体的，拐角镶块5的脉冲动作周期T的表达式为：
T＝-0.005625*σs+1.225
式中，脉冲动作周期T单位为s，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
本发明的另一方面，提供了一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，如图5～图8所示，其包括挤压压头1、挤压凹模2、脉动流量泵3、液压缸4和拐角镶块5，挤压凹模2上设有挤压通道21，且其第一端面设有推杆导向孔22，挤压通道21包括依次相连接的竖直挤压通道211、拐角212和水平挤压通道213，且竖直挤压通道211的直径D与水平挤压通道213的直径D2相等，挤压压头1安装于竖直挤压通道211中，挤压压头1的直径D1与竖直挤压通道211的直径D相等，拐角镶块5的第一端面设有镶块推杆51，拐角镶块5安装于挤压凹模2的挤压通道21的拐角212处，且拐角镶块5的第一圆弧半径R1与挤压通道21的中心线拐角半径R4相等，镶块推杆51穿过推杆导向孔22与液压缸4的活塞杆固定连接，液压缸4与脉动流量泵3连接。
具体的，挤压压头1第一端面到第二端面的垂直距离h等于竖直挤压通道211的垂直高度p。
优选地，拐角镶块5的第二圆弧半径R2与拐角镶块5的第三圆弧半径R3相等，且拐角镶块5的第二圆弧半径R2等于竖直挤压通道211直径D的一半，推杆导向孔22的中心轴线与镶块推杆51的中心轴线重合。
本发明的具体操作步骤如下：
本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，如图1～图8所示，其包括挤压压头1、挤压凹模2、脉动流量泵3、液压缸4和拐角镶块5，挤压凹模2上设有挤压通道21，且其第一端面设有推杆导向孔22，挤压通道21包括依次相连接的竖直挤压通道211、拐角212和水平挤压通道213，挤压压头1安装于竖直挤压通道211中，拐角镶块5的第一端面设有镶块推杆51，拐角镶块5安装于挤压凹模2的挤压通道21的拐角212处，镶块推杆51穿过推杆导向孔22与液压缸4的活塞杆固定连接，液压缸4与脉动流量泵3连接。待挤压模具连接完成后，即可以开始对坯料的等通道挤压。
具体的，本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，包括以下步骤：
S1、将第一坯料6放入具有相同内径的挤压通道21的竖直挤压通道211中，驱动挤压压头1挤压第一坯料6；
S2、当第一坯料6完全进入挤压通道21的拐角212处时，放入第二坯料7，继续驱动挤压压头1挤压第二坯料7，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第一坯料6发生变形；
S3、当第一坯料6从挤压通道21的拐角212处挤出时，第二坯料7完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S4、将第三坯料8放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第三坯料8，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第二坯料7发生变形；
S5、当第二坯料7从挤压通道21的拐角212处挤出时，第一坯料6从水平挤压通道213中挤出，同时第三坯料8完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S6、将第四坯料9放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第四坯料9，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第三坯料8发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块坯料的挤压变形。
实施例1
对直径20mm，高35mm的圆柱形纯铝坯料，在温度200℃进行3次等通道挤压强变形，具体操作如下：
S1、将第一纯铝坯料放入具有相同内径的挤压通道21的竖直挤压通道211中，驱动挤压压头1挤压第一纯铝坯料；
S2、当第一纯铝坯料完全进入挤压通道21的拐角212处时，放入第二纯铝坯料，继续驱动挤压压头1挤压第二纯铝坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第一纯铝坯料发生变形，拐角镶块5的脉冲动作距离S、脉冲动作周期T的表达式分别为：
S＝-0.005*σs+1.2
T＝-0.005625*σs+1.225
本实施例中挤压纯铝时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间的关系如图9所示，对于工业纯铝，其材料屈服强度σs为40MPa，拐角镶块5的前后脉动距离S为1mm，脉冲动作周期T为1s；
S3、当第一纯铝坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第二纯铝坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S4、将第三纯铝坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第三纯铝坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第二纯铝坯料发生变形；
S5、当第二纯铝坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第一纯铝坯料从水平挤压通道213中挤出，同时第三纯铝坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S6、将第四纯铝坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第四纯铝坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第三纯铝坯料发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块纯铝坯料的挤压变形。
实施例2
对直径20mm，高35mm的圆柱形纯铜坯料，在温度200℃进行3次等通道挤压强变形，具体操作如下：
S1、将第一纯铜坯料放入具有相同内径的挤压通道21的竖直挤压通道211中，驱动挤压压头1挤压第一纯铜坯料；
S2、当第一纯铜坯料完全进入挤压通道21的拐角212处时，放入第二纯铜坯料，继续驱动挤压压头1挤压第二纯铜坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第一纯铜坯料发生变形，拐角镶块5的脉冲动作距离S、脉冲动作周期T的表达式分别为：
S＝-0.005*σs+1.2
T＝-0.005625*σs+1.225
本实施例中挤压纯铜时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间的关系如图10所示，对于工业纯铜，其材料屈服强度σs为70MPa，拐角镶块5的前后脉动距离S为0.4mm，脉冲动作周期T为0.5s；
S3、当第一纯铜坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第二纯铜坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S4、将第三纯铜坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第三纯铜坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第二纯铜坯料发生变形；
S5、当第二纯铜坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第一纯铜坯料从水平挤压通道213中挤出，同时第三纯铜坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S6、将第四纯铜坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第四纯铜坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第三纯铜坯料发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块纯铜坯料的挤压变形。
实施例3
对直径20mm，高35mm的圆柱形304不锈钢坯料，在温度200℃进行3次等通道挤压强变形，具体操作如下：
S1、将第一304不锈钢坯料放入具有相同内径的挤压通道21的竖直挤压通道211中，驱动挤压压头1挤压第一304不锈钢坯料；
S2、当第一304不锈钢坯料完全进入挤压通道21的拐角212处时，放入第二304不锈钢坯料，继续驱动挤压压头1挤压第二304不锈钢坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第一304不锈钢坯料发生变形，拐角镶块5的脉冲动作距离S、脉冲动作周期T的表达式分别为：
S＝-0.005*σs+1.2
T＝-0.005625*σs+1.225
本实施例中挤压304不锈钢时拐角镶块脉冲动作距离与脉冲动作时间的关系如图11所示，对于工业304不锈钢，其材料屈服强度σs为200MPa，拐角镶块5的前后脉动距离S为0.2mm，脉冲动作周期T为0.1s；
S3、当第一304不锈钢坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第二304不锈钢坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S4、将第三304不锈钢坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第三304不锈钢坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第二304不锈钢坯料发生变形；
S5、当第二304不锈钢坯料从挤压通道21的拐角212处挤出时，第一304不锈钢坯料从水平挤压通道213中挤出，同时第三304不锈钢坯料完全进入挤压通道21的拐角212处，关闭脉动流量泵3；
S6、将第四304不锈钢坯料放入竖直挤压通道211中，继续驱动挤压压头1挤压第四304不锈钢坯料，同时启动脉动流量泵3通过液压缸4带动拐角镶块5做前后脉冲动作，促使第三304不锈钢坯料发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块304不锈钢坯料的挤压变形。
本发明提供一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，通过脉动流量泵驱动液压缸带动拐角镶块前后脉冲动作，在挤压通道拐角处给坯料提供一个向前的推力，使得坯料在挤压模具的挤压通道拐角处容易流动，克服了一般等通道挤压方法中坯料在挤压通道拐角处难以流动的问题，同时减小了挤压通道拐角处的受力，减少了挤压通道拐角处磨损，对于提高模具寿命，降低等通道挤压工艺成本具有重要意义和应用价值。
以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种侧向脉动助挤的等通道挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将第一坯料放入具有相同内径的挤压通道的竖直挤压通道中，驱动挤压压头挤压第一坯料；
S2、当第一坯料完全进入所述挤压通道的拐角处时，放入第二坯料，继续驱动所述挤压压头挤压第二坯料，同时启动脉动流量泵通过液压缸带动拐角镶块做前后脉冲动作，促使第一坯料发生变形；
S3、当第一坯料从所述挤压通道的拐角处挤出时，第二坯料完全进入所述挤压通道的拐角处，关闭所述脉动流量泵；
S4、将第三坯料放入所述竖直挤压通道中，继续驱动所述挤压压头挤压第三坯料，同时启动所述脉动流量泵通过液压缸带动所述拐角镶块做前后脉冲动作，促使第二坯料发生变形；
S5、当第二坯料从所述挤压通道的拐角处挤出时，第一坯料从水平挤压通道中挤出，同时第三坯料完全进入所述挤压通道的拐角处，关闭所述脉动流量泵；
S6、将第四坯料放入所述竖直挤压通道中，继续驱动所述挤压压头挤压第四坯料，同时启动所述脉动流量泵通过液压缸带动所述拐角镶块做前后脉冲动作，促使第三坯料发生变形；
S7、重复执行步骤S1至步骤S6，完成每块坯料的挤压变形。
2.根据权利要求1所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法，其特征在于，所述拐角镶块的脉冲动作距离S的表达式为：
S＝-0.005*σs+1.2
式中，脉冲动作距离S单位为mm，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
3.根据权利要求1所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法，其特征在于，所述拐角镶块的脉冲动作周期T的表达式为：
T＝-0.005625*σs+1.225
式中，脉冲动作周期T单位为s，适用于材料屈服强度σs在40MPa～200MPa的材料。
4.一种实现权利要求1至3之一所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，其特征在于，其包括挤压压头、挤压凹模、脉动流量泵、液压缸和拐角镶块，所述挤压凹模上设有所述挤压通道，且其第一端面设有推杆导向孔，所述挤压通道包括依次相连接的竖直挤压通道、拐角和水平挤压通道，且所述竖直挤压通道的直径与所述水平挤压通道的直径相等，所述挤压压头安装于所述竖直挤压通道中，所述挤压压头的直径与所述竖直挤压通道的直径相等，所述拐角镶块的第一端面设有镶块推杆，所述拐角镶块安装于所述挤压凹模的挤压通道的拐角处，且所述拐角镶块的第一圆弧半径与所述挤压通道的中心线拐角半径相等，所述镶块推杆穿过所述推杆导向孔与所述液压缸的活塞杆固定连接，所述液压缸与所述脉动流量泵连接。
5.根据权利要求4中所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，其特征在于，所述挤压压头第一端面到第二端面的垂直距离等于所述竖直挤压通道的垂直高度。
6.根据权利要求4中所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，其特征在于，所述拐角镶块的第二圆弧半径与所述拐角镶块的第三圆弧半径相等，且所述拐角镶块的第二圆弧半径等于所述竖直挤压通道直径的一半。
7.根据权利要求4中所述的侧向脉动助挤的等通道挤压方法的挤压模具，其特征在于，所述推杆导向孔的中心轴线与所述镶块推杆的中心轴线重合。
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