CN110153218A - 一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法，包括挤压压头和挤压凹模，所述挤压凹模内设置有互通的竖向挤压通道、拐角和横向挤压通道，所述挤压压头与所述竖向挤压通道相对设置，用于挤压所述竖向挤压通道内的坯料，所述拐角衔接于所述竖向挤压通道与所述横向挤压通道之间，所述拐角的顶部侧壁和底部侧壁上均滚动连接有多个滚柱，所述滚柱的部分柱体内嵌于所述挤压凹模内，所述滚柱的另一部分柱体则突出于所述拐角的侧壁设置；挤压时坯料依次由竖向挤压通道挤入模具中，在模具通道拐角处增加滚柱结构，将坯料的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩擦力，同时使坯料易于弯曲成通道形状，有利于材料的顺利挤出，减小模具受力，防止模具损坏。

Description

一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法

技术领域

本发明涉及金属强变形技术领域，特别是涉及一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法。

背景技术

等通道挤压(ECAP)是一种制备纳米晶体块体材料的变形工艺，其制备工艺是通过挤压压头将块体材料从通道一端挤到另一端，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，通过多道次变形，材料总的变形量很大，晶粒可以得到细化，可达到纳米级别，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因摩擦力大，材料流动困难，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

本发明的目的是提供一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法，以解决上述现有技术存在的问题，在模具通道拐角处增加滚柱结构，将部分区域的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩擦力，同时使坯料易于弯曲成通道形状，有利于材料的顺利挤出，减小模具受力，防止模具损坏。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种滚柱式等通道挤压模具，包括挤压压头和挤压凹模，所述挤压凹模内设置有互通的竖向挤压通道、拐角和横向挤压通道，所述挤压压头与所述竖向挤压通道相对设置，用于挤压所述竖向挤压通道内的坯料，所述拐角衔接于所述竖向挤压通道与所述横向挤压通道之间，所述拐角的顶部侧壁和底部侧壁上均滚动连接有多个滚柱，所述滚柱的部分柱体内嵌于所述挤压凹模内，所述滚柱的另一部分柱体则突出于所述拐角的侧壁设置。

优选地，所述拐角的底部侧壁处的所述挤压凹模上设置有多个第一滚柱孔，多个所述第一滚柱孔沿着所述底部侧壁的弧形轮廓均布，所述拐角的顶部侧壁处的所述挤压凹模上设置有多个第二滚柱孔，多个所述第二滚柱孔沿着所述顶部侧壁的弧形轮廓均布，多个所述滚柱分别内嵌于所述第一滚柱孔和所述第二滚柱孔内，且所述滚柱与所述第一滚柱孔和所述第二滚柱孔间隙配合。

优选地，所述挤压凹模由两个半模拼接而成，两个所述半模的内端面上相对设置有截面为半圆形的凹槽，两个所述半模上的凹槽拼接到一起后形成所述竖向挤压通道、所述拐角和所述横向挤压通道；两个所述半模的外端面上均固定有一固定板，所述固定板上设置有限位孔，所述限位孔里设置有限位杆，所述限位杆用于对所述滚柱的两端进行轴向限位。

优选地，两个所述半模上、两个所述固定板上均相对设置有螺纹孔，螺栓连接于螺纹孔内将两个所述半模和两个所述半模外侧设置的所述固定板固定连接。

优选地，所述挤压头包括挤压段和受力段，所述挤压段的直径与所述竖向挤压通道的直径相等，所述挤压段的垂直高度与所述竖向挤压通道的垂直高度相等。

优选地，所述竖向挤压通道的直径与所述横向挤压通道的直径相等。

优选地，所述竖向挤压通道竖直设置，所述横向挤压通道水平设置。

本发明还提供了一种滚柱式等通道挤压模具的挤压方法，包括以下步骤：

(1)、将第一坯料放入竖向挤压通道中，驱动挤压压头挤压第一坯料；

(2)、当第一坯料完全进入拐角时，放入第二坯料，继续驱动所述挤压压头挤压所述第二坯料，使所述第一坯料通过模具通道的拐角处，所述拐角处的滚柱进行滚动，将坯料的滑动摩擦部分改为滚动摩擦，减小摩擦力，同时使所述第一坯料在所述拐角处易于弯曲成通道形状，有利于材料的顺利挤出，减小模具受力，防止模具损坏；

(3)、当所述第一坯料从所述拐角挤出时，所述第二坯料完全进入所述拐角时，放入第三坯料，驱动所述挤压压头挤压所述第三坯料，促使所述第二坯料变形；

(4)、当所述第三坯料完全进入所述拐角时，所述第二坯料进入横向挤压通道，所述第一坯料从所述横向挤压通道挤出，此时放入第四坯料，继续挤压；

(5)、重复执行步骤(1)至步骤(5)，完成每块坯料的挤压变形。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法，在挤压通道的拐角处设置可以转动的滚柱，将坯料的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小坯料流动的阻力，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

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中挤压凹模的俯向结构示意图；

图2为本发明中挤压凹模的其中一个半模的正向结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为本发明中滚柱式等通道挤压模具挤压第一至第三坯料的工作示意图；

图5为本发明中滚柱式等通道挤压模具挤压第二至第四坯料的工作示意图；

图6为本发明中挤压凹模的其中一个半模的正向结构示意图；

图中：1为挤压压头、2为挤压凹模、2-1为螺纹孔、2-2为竖向挤压通道、2-3为第一滚柱孔、2-4为拐角、2-5为横向挤压通道、2-6为第二滚柱孔、3为滚柱、4为第一坯料、5为第二坯料、6为第三坯料、7为第四坯料、8为第一限位杆、9为第二限位杆、10为固定板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种滚柱式等通道挤压模具，如图1-3所示，包括挤压压头1和挤压凹模2，挤压凹模2内设置有互通的竖向挤压通道2-2、拐角2-4和横向挤压通道2-5，挤压压头1与竖向挤压通道2-2相对设置，用于挤压竖向挤压通道2-2内的坯料，拐角2-4衔接于竖向挤压通道2-2与横向挤压通道2-5之间，拐角2-4的顶部侧壁和底部侧壁上均滚动连接有多个滚柱3，滚柱3的部分柱体内嵌于挤压凹模2内，滚柱3的另一部分柱体则突出于拐角2-4的侧壁设置。

对于滚柱3的设置，具体地本实施例中，在拐角2-4的底部侧壁处的挤压凹模2上设置有多个第一滚柱孔2-3，多个第一滚柱孔2-3沿着底部侧壁的弧形轮廓均布，拐角2-4的顶部侧壁处的挤压凹模2上设置有多个第二滚柱孔2-6，多个第二滚柱孔2-6沿着顶部侧壁的弧形轮廓均布，多个滚柱3分别内嵌于第一滚柱孔2-3和第二滚柱孔2-6内，且滚柱3与第一滚柱孔2-3和第二滚柱孔2-6间隙配合；间隙配合的滚柱3和滚柱孔，使滚柱3在滚柱孔内更容易转动，滚柱3突出于拐角2-4的侧壁的部分，在坯料经过时，滚柱3相对于滚柱孔转动，将滑动摩擦改为滚动摩擦，减小材料流动时的阻力。

挤压凹模2具体由两个半模拼接而成，两个半模的内端面上相对设置有截面为半圆形的凹槽，两个半模上的半圆形凹槽拼接到一起后形成竖向挤压通道2-2、拐角2-4和横向挤压通道2-5；两个半模的外端面上均固定有一固定板10，固定板10上设置有限位孔，限位孔里设置有限位杆，与拐角2-4的底部侧壁处设置的滚柱3相对的限位杆为第一限位杆8，与拐角2-4的顶部侧壁处设置的滚柱3相对的限位杆为第二限位杆9，第一限位杆8和第二限位杆9一端固定于固定板10上的限位孔内，另一端插入滚柱孔内，对其相对的滚柱3的两端进行轴向限位。

本实施例中，两个半模上、两个固定板10上均相对设置有螺纹孔2-1，螺栓连接于螺纹孔2-1内将两个半模和两个半模外侧设置的固定板10固定连接。

本实施例中，挤压头包括挤压段和受力段，挤压段的直径与竖向挤压通道2-2的直径相等，挤压段的垂直高度与竖向挤压通道2-2的垂直高度相等；竖向挤压通道2-2的直径与横向挤压通道2-5的直径相等；竖向挤压通道2-2竖直设置，横向挤压通道2-5水平设置。

结合图6所示，本实施例中，滚柱3直径与挤压通道直径相关，可以按经验公式确定，经验公式如下：

d₁＝0.1D₁

d₁＝0.2D₁

式中，d₁为拐角2-4的顶部侧壁处滚柱3的直径，d₂为拐角2-4的底部侧壁处滚柱3的直径，D₁为通道(竖向挤压通道2-2、拐角2-4和横向挤压通道2-5直径相等)直径。

滚柱孔均匀分布，其间距与滚柱3直径相关，可按经验公式确定，其公式如下：

L₁＝0.55d₁

L₂＝1.6d₂

式中，L₁为相邻的两第二滚柱孔2-6之间的间距，L₂为相邻的两第一滚柱孔2-3之间的间距，d₁、d₂同上。

滚柱孔突出于拐角2-4侧壁的高度H与滚柱3直径相关，可按经验公式确定，其公式如下：

H₁＝0.05d₁

H₂＝0.1d₂

式中，H₁为第二滚柱孔2-6的突出高度，H₂为第一滚柱孔2-3的突出高度，d₁、d₂同上。

本实施例还提供了一种基于上述滚柱式等通道挤压模具的滚柱式等通道挤压模具的挤压方法，包括以下步骤：

(1)、将第一坯料4放入竖向挤压通道2-2中，驱动挤压压头1挤压第一坯料4；

(2)、当第一坯料4完全进入拐角2-4时，放入第二坯料5，使第一坯料4通过模具通道的拐角2-4处，拐角2-4处的滚柱3进行滚动，将坯料的滑动摩擦部分改为滚动摩擦，减小摩擦力，同时使所述第一坯料4在拐角2-4处易于弯曲成通道形状，有利于材料的顺利挤出，减小模具受力，防止模具损坏

(3)、如图4所示，当第一坯料4从拐角2-4挤出时，第二坯料5完全进入拐角2-4时，放入第三坯料6，驱动挤压压头1挤压第三坯料6，促使第二坯料5变形；

(4)、如图5所示，当第三坯料6完全进入拐角2-4时，第二坯料5进入横向挤压通道2-5，第一坯料4从横向挤压通道2-5挤出，此时放入第四坯料7，继续挤压；

(5)、重复执行步骤(1)至步骤(5)，完成每块坯料的挤压变形。

基于上述实施例提供的滚柱式等通道挤压模具及其挤压方法，以具体的例子来说明，实例如下所示：

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：

(1)、将纯铝第一坯料4放入竖向挤压通道2-2中，驱动挤压压头11挤压纯铝第一坯料44。顶部和底部的滚柱3的直径通过经验公式计算：

d₁＝0.1D₁＝0.1*20＝2mm

d₂＝0.2D₁＝0.2*20＝4mm

式中，d₁为拐角2-4的顶部侧壁处滚柱3的直径，d₂为拐角2-4的底部侧壁处滚柱3的直径，D₁为通道直径。

滚柱孔均匀分布，其间距与滚柱3直径相关，可按经验公式确定，其公式如下：

L₁＝0.55d₁＝0.55*2＝1.1mm

L₂＝1.6d₂＝1.6*4＝6.4mm

式中，L₁为相邻的两第二滚柱孔2-6之间的间距，L₂为相邻的两第一滚柱孔2-3之间的间距，d₁、d₂同上。

滚柱孔突出高度H与滚柱3直径相关，可按经验公式确定，其公式如下：

H₁＝0.05d₁＝0.05*2＝0.1mm

H₂＝0.1d₂＝0.1*4＝0.4mm

式中，H₁为第二滚柱孔2-6的突出高度，H₂为第一滚柱孔2-3的突出高度，d₁、d₂同上。

(2)、当纯铝第一坯料4完全进入拐角2-4处时，放入纯铝第二坯料5，继续驱动挤压压头1挤压纯铝第二坯料5，促使纯铝第一坯料4发生变形；

(3)、当纯铝第一坯料4从拐角2-4处挤出时，纯铝第二坯料5完全进入拐角2-4处，此时放入纯铝第三坯料6，继续驱动挤压压头1挤压坯料，促使纯铝第二坯料5变形；

(4)、当纯铝第三坯料6完全进入拐角2-4时，纯铝第二坯料5进入横向挤压通道2-5，纯铝第一坯料4从水平挤压通道挤出，此时放入纯铝第四坯料7，继续挤压；

(5)、重复执行步骤(1)至步骤(4)，完成每块坯料的挤压变形。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：包括挤压压头和挤压凹模，所述挤压凹模内设置有互通的竖向挤压通道、拐角和横向挤压通道，所述挤压压头与所述竖向挤压通道相对设置，用于挤压所述竖向挤压通道内的坯料，所述拐角衔接于所述竖向挤压通道与所述横向挤压通道之间，所述拐角的顶部侧壁和底部侧壁上均滚动连接有多个滚柱，所述滚柱的部分柱体内嵌于所述挤压凹模内，所述滚柱的另一部分柱体则突出于所述拐角的侧壁设置。

2.根据权利要求1所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：所述拐角的底部侧壁处的所述挤压凹模上设置有多个第一滚柱孔，多个所述第一滚柱孔沿着所述底部侧壁的弧形轮廓均布，所述拐角的顶部侧壁处的所述挤压凹模上设置有多个第二滚柱孔，多个所述第二滚柱孔沿着所述顶部侧壁的弧形轮廓均布，多个所述滚柱分别内嵌于所述第一滚柱孔和所述第二滚柱孔内，且所述滚柱与所述第一滚柱孔和所述第二滚柱孔间隙配合。

3.根据权利要求2所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：所述挤压凹模由两个半模拼接而成，两个所述半模的内端面上相对设置有截面为半圆形的凹槽，两个所述半模上的凹槽拼接到一起后形成所述竖向挤压通道、所述拐角和所述横向挤压通道；两个所述半模的外端面上均固定有一固定板，所述固定板上设置有限位孔，所述限位孔里设置有限位杆，所述限位杆用于对所述滚柱的两端进行轴向限位。

4.根据权利要求3所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：两个所述半模上、两个所述固定板上均相对设置有螺纹孔，螺栓连接于螺纹孔内将两个所述半模和两个所述半模外侧设置的所述固定板固定连接。

5.根据权利要求1所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：所述挤压头包括挤压段和受力段，所述挤压段的直径与所述竖向挤压通道的直径相等，所述挤压段的垂直高度与所述竖向挤压通道的垂直高度相等。

6.根据权利要求1所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：所述竖向挤压通道的直径与所述横向挤压通道的直径相等。

7.根据权利要求6所述的滚柱式等通道挤压模具，其特征在于：所述竖向挤压通道竖直设置，所述横向挤压通道水平设置。

8.一种滚柱式等通道挤压模具的挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将第一坯料放入竖向挤压通道中，驱动挤压压头挤压第一坯料；

(2)、当第一坯料完全进入拐角时，放入第二坯料，继续驱动所述挤压压头挤压所述第二坯料，使所述第一坯料通过模具通道的拐角处，所述拐角处的滚柱进行滚动，将坯料的滑动摩擦部分改为滚动摩擦，减小摩擦力，同时使所述第一坯料在所述拐角处易于弯曲成通道形状，有利于材料的顺利挤出，减小模具受力，防止模具损坏；

(3)、当所述第一坯料从所述拐角挤出时，所述第二坯料完全进入所述拐角时，放入第三坯料，驱动所述挤压压头挤压所述第三坯料，促使所述第二坯料变形；

(4)、当所述第三坯料完全进入所述拐角时，所述第二坯料进入横向挤压通道，所述第一坯料从所述横向挤压通道挤出，此时放入第四坯料，继续挤压；

(5)、重复执行步骤(1)至步骤(5)，完成每块坯料的挤压变形。