CN110595917A - 一种电辅助等温等径挤压试验机 - Google Patents

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刘帅
张恒
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Abstract

本发明公开了一种电辅助等温等径挤压试验机，属于等径角挤压(ECAP)技术设备领域，包括挤压本体部、设置于挤压本体部内部内设用于固定试件的L型挤压通孔的模具部、用于挤压模具部内部试件的挤压部和为挤压部提供动力的动力部，所述挤压部和动力部均设置为两套且分别沿模具部的竖直方向和水平方向挤压，本发明以纯剪切方式实现材料大塑性变形从而达到细化晶粒效果，同时能够实现多角度等径挤压。

Description

一种电辅助等温等径挤压试验机
技术领域
本发明涉及一种电辅助等温等径挤压试验机，属于等径角挤压技术（ECAP）设备领域。
背景技术
等径角挤压技术（ECAP）是通过压力机给予试样挤压力迫使试样通过转角通道实现的。在试样通过转角处的时候，材料受到极大的剪切应力，从而产生剪切应变，发生纯剪切变形。经过反复挤压，积累剪切变形总量，能够显著地细化晶粒，改善材料性能。因其具有在不改变试样横截面积的同时引入剧烈塑性变形的特点，以及能够反复地进行挤压而得到较大的形变量，且试样无残留缩孔，不引入杂质等优势而得到大力的推崇。是当今国际前沿令人瞩目的课题。
公开号（CN109772913A）的专利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。该专利通过水平液压缸挤压试件，完成一次挤压过程后需将试件取出，不能进行连续挤压，同时不能实现多角度挤压，挤压效率低。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种电辅助等温等径挤压试验机，通过水平方向和竖直方向挤压部的配合，能够实现连续挤压，挤压效率高，同时能够实现多角度等径挤压。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电辅助等温等径挤压试验机，包括挤压本体部、设置于挤压本体部内部内设用于固定试件的L型挤压通孔的模具部、用于挤压模具部内部试件的挤压部和为挤压部提供动力的动力部，所述挤压部和动力部均设置为两套且分别沿模具部的竖直方向和水平方向挤压。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述模具部包括上模具和下模具，上、下模具合模后内部形成的L型挤压通孔的拐角处具有一定弧度，上模具顶端位于挤压通孔的上开口位置处设置有能够带动试件转动的转动块。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述上模具顶面上固定设置有用于固定转动块且呈圆环设置的上模压板，上模压板顶面标有一圈能够指示转动角度的刻度，转动块对应挤压通孔上开口位置处设置有竖直通孔且转动块上还设置有用于压紧试件的调整螺栓和便于转动块转动的转动杆。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述上模具和下模具上围绕挤压通孔的位置处开设有多个与外部导管连接通入保持恒温液体的恒温液孔，上、下模具的连接面处分别设置有用于合模定位的相匹配的凸起和凹槽。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述动力部包括液压油缸，液压油缸包括用于承受整个系统油压的缸体和设置于缸体内部做活塞运动的活塞杆。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述缸体包括缸筒以及均设置于缸筒开口处的缸顶盖和起导向作用的导向套，所述活塞杆伸向缸筒内部的顶端固定设置有跟随活塞杆运动的活塞，所述液压油缸各部件的连接处设置有起密封作用的密封组件。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述挤压部包括固定设置于挤压本体部上的滑轨和沿滑轨前后滑动的活动横梁，活动横梁的一端与活塞杆固定连接且另一端设置有用于挤压试件的挤压杆，挤压杆上设置有与外部电源连接的电极接线柱且挤压杆与活动横梁之间设置有绝缘纸。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述滑轨呈直线型设置且活动横梁通过滑块沿滑轨滑动，所述活动横梁的一端固定设置有嵌套在活塞杆上的活塞固定板、另一端固定设置有挤压杆垫板且挤压杆通过挤压杆压套固定于挤压杆垫板上，所述挤压杆的端部还设置有用于定位挤压杆的定位环。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述挤压本体部包括从下至上依次间隔设置的底板、中间横梁和用于固定竖直方向上的液压油缸的上横梁且上横梁、中间横梁和底板之间通过四根立柱固定，所述底板上固定设置有用于放置模具部的工作台和用于固定水平方向滑轨的横向滑轨固定板，所述中间横梁和底板的两端还分别设置有挡板和用于固定水平方向液压油缸的水平液压缸固定板且挡板内侧设置有用于调整模具部位置的调整挡块，所述上横梁和中间横梁之间还设置有用于固定竖直方向液压油缸的纵向滑轨固定板。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述底板包括固定设置工作台和横向滑轨固定板的上板和通过地脚螺栓固定于地面上的下板，上板和下板之间设置有起加强作用的筋板。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明采用等径角挤压技术（ECAP），挤压部和动力部均设置为两套且分别沿模具部的竖直方向和水平方向挤压，通过调整两个方向挤压部的挤压顺序，能够实现连续挤压，提高挤压效率，节省时间；同时旋转转动块，能够实现多角度等径挤压，避免试件在一个方向上过量受剪切变形，从而使变形均匀，提高试件质量，上模压板的顶面标有一圈能够指示转动角度的刻度，能够旋转任意角度，使得试件变形更均匀，试验数据更精确。
转动块上设置有调整螺栓，当转动块带动试件转动时，便于夹紧试件，防止试件掉落，同时还能够起到定位旋转角度的作用；转动块上设置的转动杆起到把手的作用，便于转动块的旋转。
上、下模具上开设有与外部导管连接通入保持恒温液体的恒温液孔，从而保证了整个挤压过程的恒温环境，减少热量对试件的影响，同时恒温液孔开设于上、下模具的内部，使得模具从内至外的温度能够保持一致；上、下模具的连接面处分别设置有相匹配的凸起和凹槽，便于模具的合模定位。
活塞杆的内部顶端固定设置有活塞，活塞杆与活塞为静连接，同时液压油缸各部件的连接处均设置有密封组件，使得活塞杆的运动更顺畅，同时起到防尘密封的作用。
挤压杆上设置有电极接线柱，与外部电源连接，使得试件在挤压过程中有电流通过，根据电塑性原理，能够使得试件性能更优良，同时挤压杆与活动横梁之间设置有绝缘纸，能够防止整个设备带电，消除安全隐患。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明模具结构示意图；
图3是本发明模具剖切结构示意图；
图4是本发明模具俯视结构示意图；
图5是本发明液压油缸结构示意图；
图6是本发明液压油缸剖切结构示意图；
图7是本发明挤压部结构示意图；
图8是本发明滑块滑轨结构示意图；
图9是本发明挤压部局部剖切结构示意图；
图10是本发明纵向滑轨固定板结构示意图；
图11是本发明上横梁结构示意图；
图12是本发明水平液压缸固定板结构示意图；
图13是本发明中间横梁结构示意图；
图14是本发明挡板结构示意图；
图15是本发明调整挡块结构示意图；
图16是本发明底板结构示意图；
图17是本发明工作台结构示意图；
图18是本发明立柱结构示意图；
其中，1、动力部，1-1、活塞杆，1-2、缸顶盖，1-3、缸筒，1-4、导向套， 1-5、活塞，2、挤压部，2-1、活塞固定板，2-2、活动横梁，2-3、挤压杆垫板，2-4、挤压杆压套，2-5、挤压杆，2-6、电极接线柱，2-7、滑块，2-8、定位环，2-9、滑轨，3、模具部，3-1、下模具，3-2、上模具，3-3、上模压板，3-4、转动块，3-5、转动杆，3-6、调整螺栓，3-7、恒温液孔，4、挤压本体部，4-1、纵向滑轨固定板，4-2、上横梁，4-3、水平液压缸固定板，4-4、中间横梁，4-5、挡板，4-6、调整挡块，4-7、底板，4-8、横向滑轨固定板，4-9、工作台，4-10、立柱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明采用等径角挤压技术（ECAP），挤压部2和动力部1均设置为两套且分别沿模具部3的竖直方向和水平方向挤压，通过调整两个方向挤压部2的挤压顺序，能够实现连续挤压，提高挤压效率，节省时间；同时旋转转动块3-4，能够实现多角度等径挤压，避免试件在一个方向上过量受剪切变形，从而使变形均匀，提高试件质量；上模压板3-3的顶面标有一圈能够指示转动角度的刻度，能够旋转任意角度，使得试件变形更均匀，试验数据更精确。
如图1所示，一种电辅助等温等径挤压试验机，包括起支撑和定位作用的挤压本体部4、设置于挤压本体部4内部用于固定试件的模具部3、用于挤压模具部3内部试件的挤压部2和为挤压部2提供动力的动力部1。
如图2～4所示，模具部3包括上模具3-2和下模具3-1，上、下模具合模后内部形成挤压通孔，挤压通孔呈L型设置且拐角处具有一定弧度，试件放置于挤压通孔内，通过竖直方向和水平方向挤压部的反复挤压，使得试件从竖直挤压孔进入水平挤压孔，再从水平挤压孔进入竖直挤压孔，试件反复通过转角处，材料受到极大的剪切应力，从而产生剪切应变，发生纯剪切变形，积累剪切变形总量，能够显著地细化晶粒，改善材料性能。
上模具3-2顶端位于挤压通孔的上开口位置处设置有能够带动试件转动的转动块3-4。转动块3-4通过设置于上模具3-2顶面上的上模压板3-3固定，上模压板3-3呈圆环设置且顶面标有一圈能够指示转动角度的刻度，能够旋转任意角度，使得试件变形更均匀，试验数据更精确。转动块3-4对应挤压通孔上开口位置处设置有竖直通孔且转动块3-4上还设置有用于压紧试件的调整螺栓3-6和便于转动块3-4转动起把手作用的转动杆3-5，调整螺栓3-6同时还能够起到定位旋转角度的作用。
上模具3-2和下模具3-1上均开设有多个恒温液孔3-7，恒温液孔3-7与外部导管连接通入保持恒温的液体，从而保证了整个挤压过程的恒温环境，减少热量对试件的影响，同时恒温液孔开设于上、下模具的内部，使得模具从内至外的温度能够保持一致。上、下模具的连接面处分别设置有相匹配的凸起和凹槽，便于模具的合模定位。
如图5和6所示，动力部1是一种为挤压部2提供挤压动力的装置，可以是液压油缸，液压油缸包括用于承受整个系统油压的缸体和设置于缸体内部做活塞运动的活塞杆1-1，缸体包括缸筒1-3以及均设置于缸筒1-3开口处的缸顶盖1-2和起导向作用的导向套1-4，所述活塞杆1-1的内部顶端固定设置有跟随活塞杆1-1运动的活塞1-5，活塞杆1-1与活塞1-5为静连接，同时液压油缸各部件的连接处均设置有密封组件，使得活塞杆1-1的运动更顺畅，同时起到防尘密封的作用。
如图7～9所示，挤压部包括固定设置于挤压本体部4上的滑轨2-9和沿滑轨2-9前后滑动的活动横梁2-2，滑轨2-9呈直线型设置且活动横梁2-2通过滑块2-7沿滑轨2-9滑动，活动横梁2-2的一端固定设置有嵌套在活塞杆1-1上的活塞固定板2-1、另一端固定设置有挤压杆垫板2-3且挤压杆2-5通过挤压杆压套2-4固定于挤压杆垫板2-3上，挤压杆2-5用于挤压挤压通孔内的试件。挤压杆2-5上设置有电极接线柱2-6且电极接线柱2-6与外部电源连接，使得试件在挤压过程中有电流通过，根据电塑性原理，能够使得试件性能更优良。同时挤压杆2-5与活动横梁2-2之间设置有绝缘纸，能够防止整个设备带电，消除安全隐患。挤压杆2-5的端部还设置有用于定位挤压杆2-5的定位环2-8。
挤压部2和动力部1均设置为两套且分别沿模具部3的竖直方向和水平方向挤压。安装于竖直方向上活动横梁2-2的两个滑块2-7分别布置于活动横梁2-2的两侧，安装于水平方向上活动横梁2-2的两个滑块2-7布置于活动横梁2-2的一侧。
如图10～18所示，所述挤压本体部4包括从下至上依次间隔设置的底板4-7、中间横梁4-4和用于固定竖直方向上的液压油缸的上横梁4-2且上横梁4-2、中间横梁4-4和底板4-7之间通过四根立柱4-10固定。底板4-7包括固定设置工作台4-9和横向滑轨固定板4-8的上板和通过地脚螺栓固定于地面上的下板，上板和下板之间设置有起加强作用的筋板。工作台4-9用于放置模具部3，横向滑轨固定板4-8用于固定水平方向的滑轨2-9，所述中间横梁4-4和底板4-7的两端还分别设置有挡板4-5和用于固定水平方向液压油缸的水平液压缸固定板4-3，挡板4-5和水平液压缸固定板4-3还起到支撑中间横梁的作用。挡板4-5内侧设置有用于调整模具部位置的调整挡块4-6，所述上横梁4-2和中间横梁4-4之间还设置有用于固定竖直方向液压油缸的纵向滑轨固定板4-1。
使用方法：
工作时，首先将水平及竖直方向的挤压杆2-5撤出或抬起一定高度，将试件放入模具部3的水平方向挤压至通道内。将恒温液孔3-7与外部导管相连，向内部通入恒温液体，同时将电极接线柱2-6通电。启动竖直方向和水平方向的动力部，使得挤压杆2-5的端部均接触到挤压通孔的上方开口处和侧方开口处，关闭竖直方向的动力部，使得水平方向的动力部带动挤压杆2-5挤压试件，使得试件通过转角处进入挤压通孔的竖直孔内，退出水平方向的挤压杆，开启竖直方向的动力部带动挤压杆2-5挤压试件。如此反复多次挤压，改善试件性能。
当试件被挤压至挤压通孔的上开口位置处，拧紧调整螺栓3-6用于夹紧试件，同时旋转转动杆3-5，使得转动块3-4带动试件转动，能够实现多角度等径挤压，上模压板3-3顶面的刻度和调整螺栓3-6的配合能够指示转动块3-4的转动角度，能够旋转任意角度，使得试件变形更均匀，试验数据更精确。

Claims (10)

1.一种电辅助等温等径挤压试验机，包括挤压本体部（4）、设置于挤压本体部（4）内部内设用于固定试件的L型挤压通孔的模具部（3）、用于挤压模具部（3）内部试件的挤压部（2）和为挤压部（2）提供动力的动力部（1），其特征在于：所述挤压部（2）和动力部（1）均设置为两套且分别沿模具部（3）的竖直方向和水平方向挤压。
2.根据权利要求1所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述模具部（3）包括上模具（3-2）和下模具（3-1），上、下模具合模后内部形成的L型挤压通孔的拐角处具有一定弧度，上模具（3-2）顶端位于挤压通孔的上开口位置处设置有能够带动试件转动的转动块（3-4）。
3.根据权利要求2所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述上模具（3-2）顶面上固定设置有用于固定转动块（3-4）且呈圆环设置的上模压板（3-3），上模压板（3-3）顶面标有一圈能够指示转动角度的刻度，转动块（3-4）对应挤压通孔上开口位置处设置有竖直通孔且转动块（3-4）上还设置有用于压紧试件的调整螺栓（3-6）和便于转动块（3-4）转动的转动杆（3-5）。
4.根据权利要求2所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述上模具（3-2）和下模具（3-1）上围绕挤压通孔的位置处开设有多个与外部导管连接通入保持恒温液体的恒温液孔（3-7），上、下模具的连接面处分别设置有用于合模定位的相匹配的凸起和凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述动力部（1）包括液压油缸，液压油缸包括用于承受整个系统油压的缸体和设置于缸体内部做活塞运动的活塞杆（1-1）。
6.根据权利要求5所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述缸体包括缸筒（1-3）以及均设置于缸筒（1-3）开口处的缸顶盖（1-2）和起导向作用的导向套（1-4），所述活塞杆（1-1）伸向缸筒（1-3）内部的顶端固定设置有跟随活塞杆（1-1）运动的活塞（1-5），所述液压油缸各部件的连接处设置有起密封作用的密封组件。
7.根据权利要求5所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述挤压部包括固定设置于挤压本体部（4）上的滑轨（2-9）和沿滑轨（2-9）前后滑动的活动横梁（2-2），活动横梁（2-2）的一端与活塞杆（1-1）固定连接且另一端设置有用于挤压试件的挤压杆（2-5），挤压杆（2-5）上设置有与外部电源连接的电极接线柱（2-6）且挤压杆（2-5）与活动横梁（2-2）之间设置有绝缘纸。
8.根据权利要求7所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述滑轨（2-9）呈直线型设置且活动横梁（2-2）通过滑块（2-7）沿滑轨（2-9）滑动，所述活动横梁（2-2）的一端固定设置有嵌套在活塞杆（1-1）上的活塞固定板（2-1）、另一端固定设置有挤压杆垫板（2-3）且挤压杆（2-5）通过挤压杆压套（2-4）固定于挤压杆垫板（2-3）上，所述挤压杆（2-5）的端部还设置有用于定位挤压杆（2-5）的定位环（2-8）。
9.根据权利要求1所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述挤压本体部（4）包括从下至上依次间隔设置的底板（4-7）、中间横梁（4-4）和用于固定竖直方向上的液压油缸的上横梁（4-2）且上横梁（4-2）、中间横梁（4-4）和底板（4-7）之间通过四根立柱（4-10）固定，所述底板（4-7）上固定设置有用于放置模具部（3）的工作台（4-9）和用于固定水平方向滑轨（2-9）的横向滑轨固定板（4-8），所述中间横梁（4-4）和底板（4-7）的两端还分别设置有挡板（4-5）和用于固定水平方向液压油缸的水平液压缸固定板（4-3）且挡板（4-5）内侧设置有用于调整模具部位置的调整挡块（4-6），所述上横梁（4-2）和中间横梁（4-4）之间还设置有用于固定竖直方向液压油缸的纵向滑轨固定板（4-1）。
10.根据权利要求9所述的一种电辅助等温等径挤压试验机，其特征在于：所述底板（4-7）包括固定设置工作台（4-9）和横向滑轨固定板（4-8）的上板和通过地脚螺栓固定于地面上的下板，上板和下板之间设置有起加强作用的筋板。
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