CN110756610A - 一种等通道挤压方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等通道挤压装置和挤压方法，包括底部带有T型凸起的上挤压凹模和顶部带有与T型凸起相匹配的T型槽的下挤压凹模，所述上挤压凹模和下挤压凹模合模后形成一个呈L型的挤压通道且挤压通道的拐角处位于下挤压凹模处，所述挤压通道的竖直部分设置有用于将坯料挤压进挤压通道的挤压压头，所述上挤压凹模上设置有能够带动上挤压凹模左右脉动的脉动装置，所述脉动装置包括依次连接的脉动泵、液压缸和连接杆且连接杆与上挤压凹模固定连接，本发明利用脉动泵驱动液压缸带动上挤压凹模左右脉动运动，使得坯料在进入挤压通道的拐角之前，在径向上产生剪切变形。

Description

一种等通道挤压方法及装置
技术领域
本发明涉及一种等通道挤压方法及装置，属于金属强变形技术领域。
背景技术
等通道挤压(ECAP)是一种通过强变形细化晶粒制备微纳米晶粒块体材料的塑性加工方法，其制备工艺是通过挤压压头将材料从挤压通道中挤出，材料在挤压通道拐角处发生剪切变形，晶粒因大变形而细化，通过反复挤压，材料可以积累很大的应变，晶粒细化到微纳米级，材料强度得到极大的提高。目前的等通道挤压方法主要是通过在模具拐角处使坯料发生剪切变形，但是每次挤压的变形量都比较小，需要反复多次挤压，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等通道挤压方法及装置，利用脉动泵驱动液压缸带动上挤压凹模左右脉动运动，使得坯料在进入挤压通道拐角之前，在径向上产生剪切变形，进入挤压通道拐角时再次发生剪切变形，增大径向应变量，减小变形坯料的各向异性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种等通道挤压装置，包括底部带有T型凸起的上挤压凹模和顶部带有与T型凸起相匹配的T型槽的下挤压凹模且上挤压凹模能够在下挤压凹模上左右移动，所述上挤压凹模和下挤压凹模合模后形成一个呈L型的挤压通道且挤压通道的拐角处位于下挤压凹模处，所述挤压通道的竖直部分设置有用于将坯料挤压进挤压通道的挤压压头，所述上挤压凹模上设置有能够带动上挤压凹模左右脉动的脉动装置，所述脉动装置包括依次连接的脉动泵、液压缸和连接杆且连接杆与上挤压凹模固定连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述脉动装置设置为两套且分别位于上挤压凹模的左右两端，所述左右两端的脉动泵采用同步系统控制。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述上挤压凹模的T型凸起和下挤压凹模的T型槽采用H8/f7的间隙配合。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述挤压压头设置为T型凸起且挤压部分的高度与挤压通道竖直部分的高度相同。
本发明技术方案的进一步改进在于：利用脉动泵驱动液压缸带动上挤压凹模左右脉动运动，使得坯料在进入下挤压凹模的拐角之前，在径向上产生剪切变形的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
包括如下步骤：
S1、将坯料A放置在上挤压凹模中，用挤压压头挤压坯料A；
S2、当坯料A的下端开始进入下挤压凹模时，脉动泵启动，驱动液压缸带动连接杆左右运动，所述上挤压凹模在连接杆的带动下左右运动，使得坯料A发生径向剪切变形，挤压压头继续挤压；
S3、当坯料A完全进入下挤压凹模时，关闭脉动泵，取出挤压压头，放入坯料B继续挤压；
S4、当坯料B的下端开始进入下挤压凹模时，启动脉动泵，驱动液压缸带动连接杆左右运动，所述上挤压凹模在连接杆的带动下左右运动，使得坯料B发生径向剪切变形，挤压压头继续挤压；
S5、当坯料B完全进入下挤压凹模时，关闭脉动泵，取出挤压压头，放入坯料C继续挤压；
S6、当坯料C进入下挤压凹模中，启动脉动泵，驱动液压缸带动连接杆左右运动，所述上挤压凹模在连接杆的带动下左右运动，使得坯料C发生径向剪切变形，挤压压头继续挤压直至将坯料A挤出；
S7、如此反复循环，直至坯料达到所需应变量。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S2、S4和S6中，上挤压凹模的脉动距离S由坯料屈服强度σs确定，其数值由经验公式计算，经验公式为：
S＝-0.001×σs+0.4
式中，上挤压凹模的脉动距离为S，单位mm；
坯料屈服强度为σs，单位MPa。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、与一般等通道挤压方法相比，上挤压凹模在左右方向脉动运动，使得坯料在进入挤压通道拐角之前，在径向上产生剪切变形，增大径向应变量，减小变形坯料的各向异性；同时上挤压凹模在左右方向脉动运动，又有利于坯料顺利进入模具拐角。
2、模具上挤压凹模与下挤压凹模可分开制造，有利于修复与更换；上挤压凹模T型凸起与下挤压凹模的T型槽采用H8/f7的间隙配合，由于间隙较小，坯料不会挤入上挤压凹模与下挤压凹模的间隙中，从而不会影响挤压的进行和脉动装置的工作。
3、脉动装置设置为两套，分别位于上挤压凹模的左右两端，左脉动泵与右脉动泵采用同步系统进行控制，以保证上挤压凹模脉动运动的协调性。
附图说明
图1是本发明坯料A挤压初始位置示意图；
图2是本发明脉动装置开始工作位置示意图；
图3是本发明坯料A挤压出上挤压凹模脉动装置关闭示意图；
图4是本发明挤压坯料C脉动装置开始工作位置示意图；
图5是本发明上挤压凹模与下挤压凹模的左视示意图；
其中，1、挤压压头，2、上挤压凹模，3、下挤压凹模，4、挤压通道，5、脉动泵，6、液压缸，7、连接杆。
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：
如图1～图5所示，一种等通道挤压装置，包括下挤压凹模3和通过移动连接部件能够在下挤压凹模3上左右移动的上挤压凹模2。所述下挤压凹模3和上挤压凹模2的移动连接部件包括设置于上挤压凹模2底部的T型凸起和与之相配合的设置于下挤压凹模3顶部的T型槽。所述上挤压凹模2的T型凸起和下挤压凹模3的T型槽采用H8/f7的间隙配合，由于间隙较小，坯料不会挤入上挤压凹模2与下挤压凹模3的间隙中，从而不会影响挤压的进行和脉动装置的工作。
上挤压凹模2和下挤压凹模3合模后形成一个呈L型的挤压通道4，挤压通道4的拐角处位于下挤压凹模3处，同时挤压通道4的拐角为圆弧角，便于坯料的进出拐角。挤压通道4的竖直部分设置有用于将坯料挤压进挤压通道4的挤压压头1，挤压压头1设置为T型凸起且挤压部分的高度与挤压通道4竖直部分的高度相同。
上挤压凹模2上设置有能够带动上挤压凹模2左右脉动的脉动装置，脉动装置设置为两套且分别位于上挤压凹模2的左右两端，即T型凸起前、后两端所对应的上挤压凹模2的两端位置，所述左右两端的脉动泵5采用同步系统控制，以保证上挤压凹模脉动运动的协调性。所述脉动装置包括依次连接的脉动泵5、液压缸6和连接杆7且连接杆7与上挤压凹模2固定连接。
挤压方法包括如下步骤：
S1、将坯料A放置在上挤压凹模2中，用挤压压头1挤压坯料A；
S2、当坯料A的下端开始进入下挤压凹模3时，脉动泵5启动，驱动液压缸6带动连接杆7左右运动，所述上挤压凹模2在连接杆7的带动下左右运动，使得坯料A发生径向剪切变形，挤压压头1继续挤压；
S3、当坯料A完全进入下挤压凹模3时，关闭脉动泵5，取出挤压压头1，放入坯料B继续挤压；
S4、当坯料B的下端开始进入下挤压凹模3时，启动脉动泵5，驱动液压缸6带动连接杆7左右运动，所述上挤压凹模2在连接杆7的带动下左右运动，使得坯料B发生径向剪切变形，挤压压头1继续挤压；
S5、当坯料B完全进入下挤压凹模3时，关闭脉动泵5，取出挤压压头1，放入坯料C继续挤压；
S6、当坯料C进入下挤压凹模3中，启动脉动泵5，驱动液压缸6带动连接杆7左右运动，所述上挤压凹模2在连接杆7的带动下左右运动，使得坯料C发生径向剪切变形，挤压压头1继续挤压直至将坯料A挤出；
S7、如此反复循环，直至坯料达到所需应变量。
所述步骤S2、S4和S6中，上挤压凹模2的脉动距离S由坯料屈服强度σs确定，其数值由经验公式计算，经验公式为：
S＝-0.001×σs+0.4
式中，上挤压凹模的脉动距离为S，单位mm；
坯料屈服强度为σs，单位MPa。
实施例1：
对直径20mm，高35mm的圆柱形5A06铝合金坯料，在温度250℃进行4道次等通道挤压强变形，具体操作如下：
S1、将一块坯料A放置在上挤压凹模2中，用挤压压头1挤压坯料A；
S2、当坯料A挤入下挤压凹模3中，如图2所示，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料1径向方向上产生变形，对于不同坯料,由于其屈服强度σs不同,左右脉动距离不同,上挤压凹模2的脉动距离S按经验公式计算。材料屈服强度σs越大，脉动距离S越小，脉动越慢。根据经验公式：
S＝-0.001×σs+0.4
式中，上挤压凹模的脉动距离为S，单位mm；
坯料屈服强度为σs，单位MPa。
对于5A06铝合金，其屈服强度为160MPa左右，前后脉动距离取0.24mm。
S3、当坯料A完全挤入下挤压凹模3时，关闭脉动装置，放入坯料B，继续挤压；
S4、当坯料B挤入下挤压凹模3中，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料B径向方向上产生变形；
S5、当坯料B完全挤入下挤压凹模3时，关闭脉动装置，放入坯料C，继续挤压；
S6、当坯料C挤入下挤压凹模中，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料C径向方向上产生变形；
S7、当坯料C完全挤入下挤压凹模时，关闭脉动装置，放入坯料D，继续挤压；
S8、将上述动作反复进行4次，直至完成4道次等通道挤压；
实施例2
对直径20mm，高35mm的圆柱形WE94镁合金坯料，在温度300℃进行4道次等通道挤压强变形，具体操作如下：
S1、将一块坯料A放置在上挤压凹模2中，此时挤压压头1挤压坯料A；
S2、当坯料A挤入下挤压凹模3中，如图2所示，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料A径向方向上产生变形，对于WE94镁合金，其屈服强度为300MPa左右，前后脉动距离取0.1mm。
S3、当坯料A完全挤入下挤压凹模3时，关闭脉动装置，放入坯料B，继续挤压；
S4、当坯料B挤入下挤压凹模3中，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料B径向方向上产生变形；
S5、当坯料B完全挤入下挤压凹模时，关闭脉动装置，放入坯料C，继续挤压；
S6、当坯料C挤入下挤压凹模3中，此时启动脉动装置，左右脉动泵同步动作,驱动左右液压缸左右同步动作，上挤压凹模2在液压缸6驱动下左右脉动，使坯料C径向方向上产生变形；
S7、当坯料C完全挤入下挤压凹模3时，关闭脉动装置，放入坯料D，继续挤压；
S8、将上述动作反复进行4次，直至完成4道次等通道挤压；
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种等通道挤压装置，其特征在于：包括底部带有T型凸起的上挤压凹模(2)和顶部带有与T型凸起相匹配的T型槽的下挤压凹模(3)且上挤压凹模(2)能够在下挤压凹模(3)上左右移动，所述上挤压凹模(2)和下挤压凹模(3)合模后形成一个呈L型的挤压通道(4)且挤压通道(4)的拐角处位于下挤压凹模(3)处，所述挤压通道(4)的竖直部分设置有用于将坯料挤压进挤压通道(4)的挤压压头(1)，所述上挤压凹模(2)上设置有能够带动上挤压凹模(2)左右脉动的脉动装置，所述脉动装置包括依次连接的脉动泵(5)、液压缸(6)和连接杆(7)且连接杆(7)与上挤压凹模(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种等通道挤压装置，其特征在于：所述脉动装置设置为两套且分别位于上挤压凹模(2)的左右两端，所述左右两端的脉动泵(5)采用同步系统控制。
3.根据权利要求1所述的一种等通道挤压装置，其特征在于：所述上挤压凹模(2)的T型凸起和下挤压凹模(3)的T型槽采用H8/f7的间隙配合。
4.根据权利要求1所述的一种等通道挤压装置，其特征在于：所述挤压压头(1)设置为T型凸起且挤压部分的高度与挤压通道(4)竖直部分的高度相同。
5.利用权利要求1的等通道挤压装置的一种等通道挤压方法，其特征在于：利用脉动泵(5)驱动液压缸(6)带动上挤压凹模左右脉动运动，使得坯料在进入下挤压凹模(3)的拐角之前，在径向上产生剪切变形的方法。
6.根据权利要求5所述的一种等通道挤压方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将坯料A放置在上挤压凹模(2)中，用挤压压头(1)挤压坯料A；
S2、当坯料A的下端开始进入下挤压凹模(3)时，脉动泵(5)启动，驱动液压缸(6)带动连接杆(7)左右运动，所述上挤压凹模(2)在连接杆(7)的带动下左右运动，使得坯料A发生径向剪切变形，挤压压头(1)继续挤压；
S3、当坯料A完全进入下挤压凹模(3)时，关闭脉动泵(5)，取出挤压压头(1)，放入坯料B继续挤压；
S4、当坯料B的下端开始进入下挤压凹模(3)时，启动脉动泵(5)，驱动液压缸(6)带动连接杆(7)左右运动，所述上挤压凹模(2)在连接杆(7)的带动下左右运动，使得坯料B发生径向剪切变形，挤压压头(1)继续挤压；
S5、当坯料B完全进入下挤压凹模(3)时，关闭脉动泵(5)，取出挤压压头(1)，放入坯料C继续挤压；
S6、当坯料C进入下挤压凹模(3)中，启动脉动泵(5)，驱动液压缸(6)带动连接杆(7)左右运动，所述上挤压凹模(2)在连接杆(7)的带动下左右运动，使得坯料C发生径向剪切变形，挤压压头(1)继续挤压直至将坯料A挤出；
S7、如此反复循环，直至坯料达到所需应变量。
7.根据权利要求6所述的一种等通道挤压方法，其特征在于：所述步骤S2、S4和S6中，上挤压凹模(2)的脉动距离S由坯料屈服强度σs确定，其数值由经验公式计算，经验公式为：
S＝-0.001×σs+0.4
式中，上挤压凹模的脉动距离为S，单位mm；
坯料屈服强度为σs，单位MPa。
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