CN111390018A - 一种滚动式高压扭转装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动式高压扭转装置，包括第一模具、第二模具和平模模具，第一模具、第二模具和平模模具均包括轴向滑动配合的上模和下模，上模上套设有上导套，下模上套设有下导套，下模用于放置板材；第一模具上模的底面固设有第一滚珠和第二滚珠，第一滚珠沿第二圆周和第四圆周分布，第二圆周和第四圆周的圆心及第二滚珠均位于第一模具上模的底面中心；第二模具上模的底面沿第一圆周、第三圆周和第五圆周固设有若干个第一滚珠；平模上模的底面上设置有凸台。一种滚动式高压扭转装置方法，从用第一模具、第二模具和平模模具依次对板材进行强变形。本发明能够避免材料在进行强变形时的打滑现象，提高了金属材料强变形的形变均匀性。

Description

一种滚动式高压扭转装置及方法

技术领域

本发明涉及金属加工设备技术领域，特别是涉及一种滚动式高压扭转装置及方法。

背景技术

对板材进行强变形是目前细化板材晶粒、优化板材性能的主流工艺，典型工艺有累积叠轧焊、传统高压扭转、限制模压法、反复折皱-压直法等，这些方法绝大部分都受到材料尺寸的限制，很难制备出大尺寸的制品，或者所制备的材料存在较强的各向异性。尤其传统高压扭转方法，金属材料在一定的压力和扭转角度变形后出现明显的打滑现象，即使继续加压也无法进一步对金属材料进行强变形。除此之外，当金属材料尺寸较大时，材料的流动性受到限制，而导致边缘部分变形较大，中心区域变形较小，整体板材的变形不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种滚动式高压扭转装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免材料在进行强变形时的打滑现象，提高金属材料强变形的形变均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种滚动式高压扭转装置，包括第一模具、第二模具和平模模具，所述第一模具、所述第二模具和所述平模模具均包括轴向滑动配合的上模和下模，所述上模上套设有上导套，所述下模上套设有下导套，所述下模用于放置板材；第一模具上模的底面固设有第一滚珠和第二滚珠，所述第一滚珠沿第二圆周和第四圆周分布，所述第二圆周和所述第四圆周的圆心及所述第二滚珠均位于所述第一模具上模的底面中心；第二模具上模的底面沿第一圆周、第三圆周和第五圆周固设有若干个所述第一滚珠，所述第一圆周、所述第三圆周和所述第五圆周的圆心均位于第二模具上模的底面中心，所述第一圆周、所述第二圆周、所述第三圆周、所述第四圆周及所述第五圆周的直径依次增大；平模上模的底面上设置有凸台。

优选的，所述第一模具上模、所述第二模具上模及所述平模上模及对应的所述上导套用于与压机的上活动横梁固定连接，第一模具下模、第二模具下模和平模下模及对应所述下导套用于与压机的可旋转工作平台固定连接。

优选的，述下模位于所述上模的正下方，所述上导套与上模间隙配合，所述下模与下导套间隙配合，且所述上导套底部的凸沿与所述下导套顶部的凸沿相互咬合，所述上模和所述下模均呈轴对称的圆柱形，所述上导套和所述下导套均呈轴对称的圆环形。

优选的，所述凸台的高度大于所述平模下模上的导套凸沿的厚度。

优选的，坯料厚度为t，管坯的初始直径为D，所述第二滚珠的直径d₁＝(0.20～0.25)D，所述第一滚珠的直径d₂＝(0.08～0.12)D，所述第一圆周的直径Φ₁＝(0.25～0.30)D，所述第二圆周的直径Φ₂＝(0.40～0.45)D，所述第三圆周的直径Φ₃＝(0.55～0.60)D，所述第四圆周的直径Φ₄＝(0.70～0.75)D，所述第五圆周的直径Φ₅＝(0.85～0.90)D，t≥0.1D。

优选的，所述第一圆周上均匀分布有4个所述第一滚珠，所述第二圆周和所述第三圆周上分别均匀分布有6个所述第一滚珠，所述第四圆周和所述第五圆周上均匀分布有8个所述第一滚珠。

本发明还提供一种基于上述滚动式高压扭转装置的滚动式高压扭转方法，包括以下步骤：

(1)将第一模具上模与压机上活动横梁固定连接，第一模具下模与压机可旋转工作平台固定连接，原始板材放置在第一模具下模上；

(2)将压机上活动横梁下移，所述第一模具上模的下表面上的第二滚珠和分布的多个第一滚珠与所述原始板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第一模具下模随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第一道次的局部强变形；

(3)将第二模具上模与压机上活动横梁固定连接，第二模具下模与压机可旋转工作平台固定连接，完成一道次强变形的板材放置在第二模具下模上；

(4)压机活动横梁下移，第二模具上模下表面分布的多个第一滚珠与板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第二模具下模随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第二道次的局部强变形；

(5)将平模上模与压机上活动横梁固定连接，平模下模与压机可旋转工作平台固定连接，完成第二道次强变形的板材放置在平模下模上；

(6)压机活动横梁下移，平模上模下表面的凸台与板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，平模下模随旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成板材的均匀强变形。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明滚动式高压扭转装置及方法能够避免材料在进行强变形时的打滑现象，提高了金属材料强变形的形变均匀性。本发明滚动式高压扭转装置及方法通过三套强变形模具，依次对板材进行分道次变形，分区域对板材进行强变形，从而能够避免材料在变形时的打滑现象，并通过尽量少的变形道次，获得尽量大的塑性变形，积累大量的应变，且可使应变分布均匀。

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为本发明滚动式高压扭转装置中第一模具的结构示意图；

图2为本发明滚动式高压扭转装置中第二模具的结构示意图；

图3为本发明滚动式高压扭转装置中平模模具的结构示意图；

图4为本发明滚动式高压扭转装置中第一模具上模的滚珠分布示意图；

图5为本发明滚动式高压扭转装置中第二模具上模的滚珠分布示意图；

图6为本发明滚动式高压扭转装置中平模上模的滚珠分布示意图；

图7为原始板材的截面示意图；

图8为第一模具高压扭转后板材的截面示意图；

图9为第二模具高压扭转后板材的截面示意图；

图10为平模模具高压扭转后板材的截面示意图；

其中：1-第一模具上导套，2-第一模具上模，3-第一滚珠，4-第二滚珠，5-板材，6-第一模具下导套，7-第一模具下模，8-第二模具上导套9-第二模具上模，10-第二模具下模，11-第二模具下导套，12-平模上导套，13-平模上模，14-平模下模，15-平模下导套。

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付出创造性劳动的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动式高压扭转装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免材料在进行强变形时的打滑现象，提高金属材料强变形的形变均匀性。

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。

如图1至图10所示：本实施例滚动式高压扭转装置包括第一模具、第二模具和平模模具。

第一模具包括第一模具上模2和第一模具下模6，第一模具上导套1和第一模具下导套7，第一模具上模2和第一模具下模6均为轴对称的圆柱形结构，第一模具上导套1和第一模具下导套7均为轴对称的圆环形结构，第一模具下模6对应设置在第一模具上模2的正下方，第一模具上模2与第一模具上导套1同轴设置，且为间隙配合，第一模具下模6与第一模具下导套7同轴设置，且为间隙配合，板材5放置在第一模具下模6上。

第二模具包括第二模具上模9和第二模具下模10，第二模具上导套8和第二模具下导套11，第二模具上模9和第二模具下模10均为轴对称的圆柱形结构，第二模具上导套8和第二模具下导套11均为轴对称的圆环形结构，第二模具上模9与第二模具上导套8同轴设置，且为间隙配合，第二模具下模10与第二模具下导套11同轴设置，且为间隙配合，第二模具下模10对应设置在第二模具上模9的正下方，板材5放置在第二模具下模10上。

平模模具包括平模上模13和平模下模14；平模上导套12和平模下导套15，平模上模13和平模下模14均为轴对称的圆柱形结构，平模上导套12和平模下导套15均为轴对称的圆环形结构，平模上模13和平模上导套12同轴设置，且为间隙配合，平模下模14和平模下导套15同轴设置，且为间隙配合，平模下模14对应设置在平模上模13的正下方板材5放置在平模下模14上。

第一模具上模2的底面固设有第一滚珠3和第二滚珠4，第一滚珠3沿第二圆周和第四圆周分布，第二圆周和第四圆周的圆心及第二滚珠4均位于第一模具上模2的底面中心；第二模具上模9的底面沿第一圆周、第三圆周和第五圆周固设有若干个第一滚珠3，第一圆周、第三圆周和第五圆周的圆心均位于第二模具上模9的底面中心，第一圆周、第二圆周、第三圆周、第四圆周及第五圆周的直径依次增大。第一模具上模2下表面环向分布的第一滚珠3与第二模具上模9下表面环向分布的第一滚珠3从轴中心向外依次交替分布，且第二滚珠4和多个第一滚珠3均对应嵌入在第一模具上模2下表面和第二模具上模9下表面。

第一圆周上均匀分布有4个第一滚珠3，第二圆周、和第三圆周上分别均匀分布有6个第一滚珠3，第四圆周和第五圆周上均匀分布有8个第一滚珠3。坯料厚度为t，管坯的初始直径为D，第二滚珠4的直径d₁＝(0.20～0.25)D，第一滚珠3的直径d₂＝(0.08～0.12)D，第一圆周的直径Φ₁＝(0.25～0.30)D，第二圆周的直径Φ₂＝(0.40～0.45)D，第三圆周的直径Φ₃＝(0.55～0.60)D，第四圆周的直径Φ₄＝(0.70～0.75)D，第五圆周的直径Φ₅＝(0.85～0.90)D，t≥0.1D。

第一模具上模2、第二模具上模9及平模上模13用于与压机的上活动横梁固定连接，第一模具下模6、第二模具下模10和平模下模14用于与压机的可旋转工作平台固定连接。

本实施例还提供一种基于上述滚动式高压扭转装置的滚动式高压扭转方法，对直径为50mm、厚为6mm的锆合金圆形板材(原始板材5)，进行高压扭转强变形，包括以下步骤：

(1)将第一模具上模2和第一模具上导套1与压机上活动横梁固定连接，第一模具下模6和第一模具下导套7与压机可旋转工作平台固定连接，原始板材5放置在第一模具下模6上；

(2)将压机上活动横梁下移，第一模具上导套1和第一模具上模2随压机上活动横梁下移，第一模具上模2的下表面上的第二滚珠4和分布的多个第一滚珠3与原始板材5接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第一模具下模6随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第一道次的局部强变形，第一模具上导套1和第一模具下导套7起到限位作用；

(3)将第二模具上模9和第二模具上导套8与压机上活动横梁固定连接，第二模具下模10和第二模具下导套11与压机可旋转工作平台固定连接，完成一道次强变形的板材5放置在第二模具下模10上；

(4)将压机活动横梁下移，第二模具上导套8和第二模具上模9压机活动横梁下移，第二模具上模9下表面分布的多个第一滚珠3与板材5接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第二模具下模10随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第二道次的局部强变形，第二模具上导套8和第二模具下导套11起到限位作用；

(5)将平模上模13和平模上导套12与压机上活动横梁固定连接，平模下模14和平模下导套15与压机可旋转工作平台固定连接，完成第二道次强变形的板材5放置在平模下模21上；

(6)将压机活动横梁下移，平模上导套12和平模上模13随压机活动横梁下移，平模上模13下表面的凸台与板材5接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，平模下模14随旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成板材5的均匀强变形，平模上导套12和平模下导套15起到限位作用。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“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。此外，术语“第一”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种滚动式高压扭转装置，其特征在于：包括第一模具、第二模具和平模模具，所述第一模具、所述第二模具和所述平模模具均包括轴向滑动配合的上模和下模，所述上模上套设有上导套，所述下模上套设有下导套，所述下模用于放置板材；第一模具上模的底面固设有第一滚珠和第二滚珠，所述第一滚珠沿第二圆周和第四圆周分布，所述第二圆周和所述第四圆周的圆心及所述第二滚珠均位于所述第一模具上模的底面中心；第二模具上模的底面沿第一圆周、第三圆周和第五圆周固设有若干个所述第一滚珠，所述第一圆周、所述第三圆周和所述第五圆周的圆心均位于第二模具上模的底面中心，所述第一圆周、所述第二圆周、所述第三圆周、所述第四圆周及所述第五圆周的直径依次增大；平模上模的底面上设置有凸台。

2.根据权利要求1所述的滚动式高压扭转装置，其特征在于：所述第一模具上模、所述第二模具上模及所述平模上模及对应的所述上导套用于与压机的上活动横梁固定连接，第一模具下模、第二模具下模和平模下模及对应所述下导套用于与压机的可旋转工作平台固定连接。

3.根据权利要求1所述的滚动式高压扭转装置，其特征在于：所述下模位于所述上模的正下方，所述上导套与上模间隙配合，所述下模与下导套间隙配合，且所述上导套底部的凸沿与所述下导套顶部的凸沿相互咬合，所述上模和所述下模均呈轴对称的圆柱形，所述上导套和所述下导套均呈轴对称的圆环形。

4.根据权利要求3所述的滚动式高压扭转装置，其特征在于：所述凸台的高度大于所述平模下模上的导套凸沿的厚度。

5.根据权利要求1所述的滚动式高压扭转装置，其特征在于：坯料厚度为t，管坯的初始直径为D，所述第二滚珠的直径d₁＝(0.20～0.25)D，所述第一滚珠的直径d₂＝(0.08～0.12)D，所述第一圆周的直径Φ₁＝(0.25～0.30)D，所述第二圆周的直径Φ₂＝(0.40～0.45)D，所述第三圆周的直径Φ₃＝(0.55～0.60)D，所述第四圆周的直径Φ₄＝(0.70～0.75)D，所述第五圆周的直径Φ₅＝(0.85～0.90)D，t≥0.1D。

6.根据权利要求5所述的滚动式高压扭转装置，其特征在于：所述第一圆周上均匀分布有4个所述第一滚珠，所述第二圆周和所述第三圆周上分别均匀分布有6个所述第一滚珠，所述第四圆周和所述第五圆周上均匀分布有8个所述第一滚珠。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的滚动式高压扭转装置的滚动式高压扭转方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将第一模具上模与压机上活动横梁固定连接，第一模具下模与压机可旋转工作平台固定连接，原始板材放置在第一模具下模上；

(2)将压机上活动横梁下移，所述第一模具上模的下表面上的第二滚珠和分布的多个第一滚珠与所述原始板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第一模具下模随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第一道次的局部强变形；

(3)将第二模具上模与压机上活动横梁固定连接，第二模具下模与压机可旋转工作平台固定连接，完成一道次强变形的板材放置在第二模具下模上；

(4)压机活动横梁下移，第二模具上模下表面分布的多个第一滚珠与板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，第二模具下模随可旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成第二道次的局部强变形；

(5)将平模上模与压机上活动横梁固定连接，平模下模与压机可旋转工作平台固定连接，完成第二道次强变形的板材放置在平模下模上；

(6)压机活动横梁下移，平模上模下表面的凸台与板材接触，保持一定的压力不变，之后在动力装置的作用下，平模下模随旋转工作平台发生转动，转动角度为720°，完成板材的均匀强变形。

Images