CN112371743A - 一种高压扭转往复挤压加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压扭转往复挤压加工装置及加工方法，用于解决现有技术中金属在挤压成形时材料组织不均匀、晶粒组织粗大、性能低和晶粒细化效率低的问题。包括挤压模具、加热套、旋转组件和驱动组件，向第一模腔内加入金属坯料，第一模组受到的压力大于第二模组，驱动组件驱动旋转组件转动，待第一模腔内的坯料在压力下经过缩颈腔全部进入到第二模腔后，调整液压机的压力，使第二模组受到的压力大于第一模组，将第二模腔内的坯料反向压入到第一模腔，完成一次往复的细化加工，多次重复以上步骤，且保持旋转组件转动，使坯料在经过缩颈腔时除了产生挤压变形外还产生高压扭转剧烈塑性变形，加剧了坯料的组织细化，也使金属的晶粒组织更加均匀，有效提高其综合性能。

Description

一种高压扭转往复挤压加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及金属塑性加工和增加力学性能的技术领域，特别是涉及一种高压扭转往复挤压加工装置及加工方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对生活中使用到的各种工具性能的要求越来越高，而要求这些工具资源消耗和造成环境污染能够越来越少。因此，迫切需要发展实现复杂高性能构件的先进成形方法以满足整体性能和高可靠性的迫切要求。例如航天器典型筒件环境工况苛刻且对承受载荷有一定要求，是影响新型号重量和运行可靠性的重要结构之一，迫切需要采用高性能金属以满足航天器对金属材料性能越来越高的要求。然而，关于金属挤压成形工艺在成形高性能板/筒类构件方面仍存在局限性，采用传统成形工艺成形的板/筒类构件的金属性能相对较低，难以满足更高性能金属的需求。因此，探索金属成形加工新方法得到高性能板/筒类构件是需要迫切解决的问题。

大塑性变形技术，简称SPD，其具有显著的细化晶粒能力，可以将材料的晶粒组织细化到亚微米甚至纳米级，被国际材料学界公认为是制备块体纳米和超细晶材料的最有前途的方法。目前常见的剧烈塑性变形技术主要有等通道转角挤压ECAE、高压扭转HPT、往复挤压CEC等，但是由于工艺条件限制，这三种变形方式存在各自的缺陷。如往复挤压，其基本原理是模具内有两个截面积相等，在一条直线上且中间有一个紧缩区分开的模腔，在模腔的两边分别装有一个油压式冲头。在挤压过程中，材料在冲头的作用下，到达紧缩区，此时材料将受到正挤压变形，挤压后的材料在另一个模腔的冲头作用下，发生镦粗变形，当第一模腔内的材料全部被挤压到第二模腔时，再重复上述过程反向压回，完成一个动作循环。重复以上的过程，直至获得所要的应变为止，这时移去一侧冲头，就可以将材料取出。这一过程原则上可以无限次的进行下去，从而获得细小均匀的等轴晶粒。该技术具有如下特点：能够制备大体积细晶材料，有实现商业应用的前途；可以获得任意大的应变而没有材料破裂的危险；挤压工艺与压缩工艺同时进行，连续变形，无需改变材料的原始形状。但是在制造高性能金属时，单道次挤压变形程度小，造成材料组织不均匀和细化程度不高，并且易于出现加工死区等不利影响，所以为了保证金属晶粒均匀细小，需要模具重复挤压的次数较多，影响生产加工的效率，加工成本较高且浪费资源，因此需要设备能够更高效的加工金属，使得金属晶粒组织更加细小、均匀，从而有效提高其综合性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高压扭转往复挤压加工装置及加工方法，用于解决现有技术中金属在挤压成形时材料组织不均匀、晶粒组织粗大、性能低和晶粒细化效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高压扭转往复挤压加工装置，包括挤压模具、加热套、旋转组件和驱动组件；

挤压模具，所述挤压模具包括第一模组和第二模组，所述第一模组包括第一模腔，所述第二模组包括第二模腔；

加热套，所述加热套位于所述第一模组和所述第二模组的外侧，所述加热套用于加热所述挤压模具；

旋转组件，所述旋转组件包括转盘，所述转盘沿轴向设有缩颈腔，所述第一模腔与所述第二模腔通过所述缩颈腔连通，且所述缩颈腔的孔径小于所述第一模腔的孔径和所述第二模腔的孔径；

驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述转盘转动；

所述第一模腔、所述缩颈腔和所述第二模腔用于容纳金属，所述第一模组和所述第二模组能够往复挤压位于所述第一模腔、所述缩颈腔和所述第二模腔内的金属。

优选地，所述第一模组还包括第一挤压杆和第一模体，所述第一挤压杆为实心的柱状件，所述第一模腔沿着所述第一模体的轴向设置，所述第一挤压杆能够在所述第一模腔内沿轴向滑动，且所述第一挤压杆外壁与所述第一模体的内壁密封且滑动连接，所述第二模组还包括第二挤压杆和第二模体，所述第二挤压杆为实心的柱状件，所述第二模腔沿着所述第二模体的轴向设置，所述第二挤压杆能够在所述第二模腔内沿轴向滑动，且所述第二挤压杆外壁与所述第二模体的内壁密封且滑动连接。

优选地，所述旋转组件的数量有多个，多个所述旋转组件之间为过渡模腔。

优选地，所述转盘内壁设有条纹。

优选地，所述旋转组件的数量有两个，所述驱动组件驱动两个所述转盘沿相反方向转动。

优选地，所述驱动组件包括驱动件、主动轮和蜗杆，所述驱动件驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述蜗杆中部的齿啮合，所述蜗杆两端分别设有正旋螺纹和反旋螺纹，两个所述转盘外侧分别设有方向相反的斜齿，两个所述转盘外侧的斜齿分别与所述正旋螺纹和所述反旋螺纹啮合。

优选地，所述驱动组件包括驱动件和圆锥齿轮，所述驱动件驱动所述圆锥齿轮转动，两个所述转盘的外侧分别设有齿，所述圆锥齿轮的上下两端分别与两个所述转盘外侧的齿啮合。

优选地，还包括限位组件，所述限位组件与所述驱动组件分别位于所述转盘的两侧，所述限位组件用于限制所述转盘的位置。

优选地，所述转盘靠近所述第一模腔一侧为喇叭口结构，所述转盘靠近所述第二模腔一侧为喇叭口结构。

一种高压扭转往复挤压加工装置的加工方法，包括如下步骤：

准备步骤，将高压扭转往复挤压加工装置安装在液压机上，安装牢固且正确连接；

加热步骤，将待挤压金属进行预热，同时加热套工作，对挤压模具进行加热，当加热到预定温度时进行保温；

放料步骤，将预热好的金属坯料放入到第一模腔；

加工步骤，液压机分别向第一模组和第二模组加压，并使得第一模组的压力大于第二模组，同时驱动组件驱动旋转组件转动，使得第一模腔内的金属坯料在压力下通过缩颈腔进入到第二模腔，直到第一挤压杆行至缩颈腔，此时调整液压机的压力，使得第二模组的压力大于第一模组，将第二模腔内的金属坯料反向压入到第一模腔，直到第二挤压杆行至缩颈腔，完成一次往复挤压加工，在加工过程中，旋转组件全程保持转动；

多次循环以上步骤，直到将金属加工到我们所需要的高性能金属，此时停止旋转、加压和加热，待装置冷却到室温后，取出加工完成后的金属，完成整个加工过程。

如上所述，本发明的一种高压扭转往复挤压加工装置，至少具有以下有益效果：

将装置安装到液压机上后，向第一模腔内放入待加工的金属坯料，液压机分别向第一模组和第二模组加压，并使得第一模组受到的压力大于第二模组，进而使得第一模腔内的金属坯料通过缩颈腔被挤压到第二模腔。同时驱动组件驱动旋转组件转动，转盘围绕缩颈腔的中心转动，且转盘与第一模组和第二模组均为转动密封连接，转盘转动时也带动了靠近转盘上下表面的金属坯料发生扭转变形。此时第一模组施加的压力大于第二模组，且第一模组、第二模组施加足够大的压力可确保靠近转盘上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形，金属坯料在被挤压变形的同时也在转盘旋转的作用下产生高压扭转剧烈塑性变形，能够有效地细化晶粒。而且金属坯料在由第一模腔进入第二模腔时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒均可被有效细化。第一模腔内的金属坯料在压力下逐渐通过缩颈腔全部进入到第二模腔，此时调整液压机的压力，使得第二模组受到的压力大于第一模组，将第二模腔内的金属坯料反向压入到第一模腔。完成了一次往复的细化加工，在反向压入挤压加工过程中，旋转组件同样保持转动，此时第二模组施加的压力大于第一模组，且第二模组、第一模组施加足够大的压力，可确保靠近转盘上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形，金属坯料在由第二模腔进入第一模腔时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒再次被有效细化。多次重复以上往复加工过程，直到金属被加工到我们需要的高性能金属，相比普通的往金属挤压加工装置，本装置加工效率更高，挤压出来的金属晶粒也更加细小、均匀且综合性能更高，从而有效解决了现有技术中金属在挤压成形时材料组织不均匀、晶粒组织粗大、性能低和晶粒细化效率低的问题。

附图说明

图1显示为本发明一种高压扭转往复挤压加工装置示意图。

图2显示为本发明一种高压扭转往复挤压加工装置的第二种示意图。

图3显示为本发明一种高压扭转往复挤压加工装置的第三种示意图。

图4显示为本发明一种高压扭转往复挤压加工装置的第四种示意图。

图5显示为本发明一种高压扭转往复挤压加工装置的第五种示意图。

元件标号说明

1、挤压模具；11、第一模组；111、第一挤压杆；112、第一模体；113、第一模腔；114、第一模芯；115、第一挤压套；12、第二模组；121、第二挤压杆；122、第二模体；123、第二模腔；124、第一模芯；125、第二挤压套；13、过渡模腔；

2、加热套；

3、旋转组件；31、转盘；32、缩颈腔；

4、驱动组件；41、驱动件；42、主动轮；43、蜗杆；44、圆锥齿轮；45、轴承套；

5、限位组件；51、限位蜗杆；52、限位轴承套；53、限位圆锥齿轮。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1至图5，本发明提供一种高压扭转往复挤压加工装置，包括挤压模具1、加热套2、旋转组件3和驱动组件4。

挤压模具1，所述挤压模具1包括第一模组11和第二模组12，第一模组11和第二模组12都需要是高强度的材质，避免在加工时高压下发生变形或损坏，同时第一模组11和第二模组12的材质都需要有抗高温软化性，避免在高温下产生模具软化，影响加工。所述第一模组11包括第一模腔113，所述第二模组12包括第二模腔123，第一模腔113和第二模腔123的形状可以是柱状或筒状，第一模腔113的横截面可以与第二模腔123相同，使得加工好后的金属可以从两端取出；第一模腔113的横截面可以与第二模腔123不同，需要某种尺寸的金属杆时从与之对应一段的模腔取出即可。金属可以主要是镁合金、铝合金、钛合金、钢铁等金属材质。

当第一模腔113和第二模腔123的形状都是柱状时，第一模组11包括第一挤压杆111和第一模体112，第一挤压杆111为实心的柱状件，第一模体112是内部为空心的模体，空心的腔体沿轴向设置，空心的腔体为第一模腔113，第一模腔113的截面与第一挤压杆111的截面相同，第一挤压杆111能够在第一模腔113内沿轴向滑动，且第一挤压杆111外壁与第一模体112的内壁密封且滑动连接，第二模组12包括第二挤压杆121和第二模体122，第二挤压杆121为实心的柱状件，第二模体122是内部为空心的模体，空心的腔体沿轴向设置，空心的腔体为第二模腔123，第二模腔123的截面与第二挤压杆121的截面相同，第二挤压杆121能够在第二模腔123内沿轴向滑动。且第二挤压杆121外壁与第二模体122的内壁密封且滑动连接，密封的方式可以是填料密封或机械密封等常用密封方式，此处不做累述。为了保证滑动顺畅，可以在加工时适当加入润滑油等方式。第一模体112和第二模体122的内壁都需要进行硬化处理或者镶嵌硬度更高的镶块，使得挤压件在模体内壁滑动挤压时不会软化，较硬的内壁也能够提供模具的使用寿命。第一模腔113和第二模腔123的截面形状可以是圆形、方形或其他形状，即模腔可以是圆柱或者方柱等，挤压杆与对应模腔的形状匹配即可。加入金属坯料时，需要先将挤压杆从模腔中退出，加入坯料后再将挤压杆放入，坯料可以从第一模组11或第二模组12中任一个中加入，加入模腔的坯料可以是块状、杆状或其他异形材料，取出时为杆状的金属，在加工时液压机的压力直接加在第一挤压杆111和第二挤压杆121上。

当第一模腔113的形状为筒状，第二模腔123的形状为柱状时，第一模组11包括第一模芯114、第一挤压套115和第一模体112，第一模芯114为实心的零件，第一模芯的尺寸小于第一模体，第一挤压杆111为实心的筒状件，第一模体112是轴向为空心的模体，第一模体112与第一模芯114同轴间隔设置，且第一模体112与第一模芯114之间形成的腔体为第一模腔113，第一模腔113的截面与第一挤压套115的截面相同，第一挤压套115能够在第一模腔113内沿轴向滑动。且第一挤压套115的外壁与第一模体112的内壁密封且滑动连接，第一挤压套115的内壁和第一模芯114的外壁密封且滑动连接，第二模组12包括第二挤压杆121和第二模体122，第二挤压杆121为实心的柱状件，第二模体122是内部为空心的模体，空心的腔体沿轴向设置，空心的腔体为第二模腔123，第二模腔123的截面与第二挤压杆121的截面相同，第二挤压杆121能够在第二模腔123内沿轴向滑动。且第二挤压杆121外壁与第二模体122的内壁密封且滑动连接，密封的方式可以是填料密封或机械密封等常用密封方式，此处不做累述，为了保证滑动顺畅，可以在加工时适当加入润滑油等方式。第一模体112的内壁、第二模体122的内壁和第一模芯114的外壁都需要进行硬化处理或者镶嵌硬度更高的镶块，使得挤压件在模体内壁滑动挤压时不会软化，较硬的内壁也能够提供模具的使用寿命。第一模腔113的截面可以是圆环、方环或异形的环状，第二模腔123的截面形状可以是圆形、方形或其他形状，挤压杆或挤压套与对应模腔的形状匹配即可。加入坯料时，需要先将第二挤压杆121从第二模腔123中退出，加入坯料后再将第二挤压杆121放入，取出时从第一模组11中取出，使得加工后的金属成筒状零件。且加入的坯料可以是块状、管状或其他异形料，使得设备能够对不同形状金属材料加工，取出时为高性能的金属管。在加工时液压机对第一模组11的压力施加在第一挤压套115上，第一模芯114在液压机上被固定且保持与转盘的相对位置不变，避免第一模芯与转盘接触而损坏设备，液压机对第一模组11的压力直接施加在第二挤压杆上。

当第一模腔113和第二模腔123的形状均为筒状时，第一模组11包括第一模芯114、第一挤压套115和第一模体112，第一模芯114为实心的零件，第一模芯的尺寸小于第一模体，第一挤压杆111为实心的筒状件，第一模体112是轴向为空心的模体，第一模体112与第一模芯114同轴间隔设置，且第一模体112与第一模芯114之间形成的腔体为第一模腔113，第一模腔113的截面与第一挤压套115的截面相同，第一挤压套115能够在第一模腔113内沿轴向滑动。且第一挤压套115的外壁与第一模体112的内壁密封且滑动连接，第一挤压套115的内壁和第一模芯114的外壁密封且滑动连接，第二模组12包括第二模芯124、第二挤压套125和第二模体122，第二模芯124为实心的零件，第二模芯的尺寸小于第二模体，第二挤压杆121为实心的筒状件，第二模体122是轴向为空心的模体，第二模体122与第二模芯124同轴间隔设置，第二模体122与第二模芯124之间形成的腔体为第二模腔123，第二模腔123的截面与第二挤压套125的截面相同，第二挤压套125能够在第二模腔123内沿轴向滑动。且第二挤压套125的外壁与第二模体122的内壁密封且滑动连接，第二挤压套125的内壁和第二模芯124的外壁密封且滑动连接，密封的方式可以是填料密封或机械密封等常用密封方式，此处不做累述，为了保证滑动顺畅，可以在加工时适当加入润滑油等方式。两个模体的内壁和两个模芯的外壁都需要进行硬化处理或者镶嵌硬度更高的镶块，使得挤压件在模体内壁滑动挤压时不会软化，较硬的内壁也能够提供模具的使用寿命。第一模腔113和第二模腔123的截面可以是圆环、方环或异形的环状，挤压套与对应模腔的形状匹配即可。加入坯料时，需要先将挤压套从模腔中退出，加入坯料后再将挤压套放入，由于第一模腔113和第二模腔123均为筒状，加入的坯料需为和管状金属，可以从两个模组中任一加入即可，取出是金属管的性能被提高。在加工时液压机对第一模组11和第二模组12的压力分别施加在第一挤压套115和第二挤压套125上，两个模芯均在液压机上被固定且保持与转盘的相对位置不变，避免模芯与转盘接触而损坏设备。

加热套2，所述加热套2位于所述第一模组11和所述第二模组12的外侧，所述加热套2用于加热所述挤压模具1，为了保证金属坯料在加工过程中始终处于适宜晶粒细化温度范围内，在加热到一定温度后，加热套2要继续工作，对模具进行保温。

旋转组件3，所述旋转组件3包括转盘31，转盘31可以是一个外侧为圆形的盘，所述转盘31沿轴向设有缩颈腔32，缩颈腔32的形状可以是圆形、椭圆或其他形状，缩颈腔32可以位于转盘31轴向中心线上，所述第一模腔113与所述第二模腔123通过所述缩颈腔32连通。转盘31与第一模组11和第二模组12是转动密封连接的，密封方式为动密封，加O形密封圈或密封垫等常用密封方式，此处不做累述。且所述缩颈腔32的孔径小于所述第一模腔113的孔径和所述第二模腔123的孔径，由于缩颈腔32的尺寸更小，使得第一模腔113或第二模腔123内的坯料在经过缩颈腔32时，产生挤压变形，金属的晶粒在通过缩颈腔32时能够被挤压变形而产生细化，而当转盘31在转动时通过缩颈腔32的金属还会受到转动的扭力而产生扭转塑性变形，使得通过缩颈腔32时金属被细化的效果更好。

驱动组件4，所述驱动组件4用于驱动所述转盘31转动，转盘31的外圆周可以设有齿条，驱动组件4可以包括驱动件41和主动轮42，驱动件41可以是电机或气缸等转动驱动件，驱动组件4在使用时可以固定安装在液压机工作台上，驱动件41驱动主动轮42转动，通过主动轮42与转盘31外圆周的齿啮合，驱动转盘31转动。

所述第一模腔113、所述缩颈腔32和所述第二模腔123用于容纳金属，所述第一模组11和所述第二模组12能够往复挤压位于所述第一模腔113、所述缩颈腔32和所述第二模腔123内的金属。

将装置安装到液压机上后，向第一模腔113内放入待加工的金属坯料，液压机分别向第一模组11和第二模组12加压，并使得第一模组11受到的压力大于第二模组12，进而使得第一模腔113内的金属坯料通过缩颈腔32被挤压到第二模腔123。同时驱动组件4驱动旋转组件3转动，转盘31围绕缩颈腔32的中心转动，且转盘31与第一模组11和第二模组12均为转动密封连接，转盘31转动时也带动了靠近转盘31上下表面的金属坯料发生扭转变形。此时第一模组11组施加的压力大于第二模组12，且第一模组11、第二模12组施加足够大的压力，可确保靠近转盘31上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形。金属坯料在被挤压变形的同时也在转盘31旋转的作用下产生高压扭转剧烈塑性变形，能够有效地细化晶粒。而且金属坯料在由第一模腔113进入第二模腔123时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒均可被有效细化。第一模腔113内的金属坯料在压力下逐渐通过缩颈腔32全部进入到第二模腔123，此时调整液压机的压力，使得第二模组12受到的压力大于第一模组11，将第二模腔123内的金属坯料反向压入到第一模腔113。在反向压入挤压加工过程中，旋转组件同样保持转动，此时第二模组12施加的压力大于第一模组11，且第二模组12、第一模组11施加足够大的压力，可确保靠近转盘31上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形。金属坯料在由第二模腔123进入第一模腔113时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒再次被有效细化。多次重复以上往复加工过程，直到金属被加工到我们需要的高性能金属，相比普通的金属挤压加工装置，本装置加工效率更高，挤压出来的金属晶粒也更加细小、均匀且综合性能更高，从而有效解决了现有技术中金属在挤压成形时材料组织不均匀和晶粒细化加工效率不高的问题。

请参阅图1至图3，本实施例中，所述第一模组11还包括第一挤压杆111和第一模体112，所述第一挤压杆111为实心的柱状件，所述第一模腔113沿着所述第一模体112的轴向设置，即第一模体112是内部为空心的模体，空心的腔体沿轴向设置，空心的腔体为第一模腔113，第一模腔113的截面与第一挤压杆111的截面相同，所述第一挤压杆111能够在所述第一模腔113内沿轴向滑动。且所述第一挤压杆111外壁与所述第一模体112的内壁密封且滑动连接，所述第二模组12还包括第二挤压杆121和第二模体122，所述第二挤压杆121为实心的柱状件，所述第二模腔123沿着所述第二模体122的轴向设置，即第二模体122是内部为空心的模体，空心的腔体沿轴向垂直设置，空心的腔体为第二模腔123，第二模腔123的截面与第二挤压杆121的截面相同，所述第二挤压杆121能够在所述第二模腔123内沿轴向滑动。且所述第二挤压杆121外壁与所述第二模体122的内壁密封且滑动连接，第一模腔113和第二模腔123的截面形状可以是圆形、方形或其他形状，即第一模腔113可以是圆柱或者方柱，挤压杆与对应模腔的形状匹配即可。密封的方式可以是填料密封或机械密封等常用密封方式，此处不做累述，为了保证滑动顺畅，可以在加工时适当加入润滑油等方式。第一挤压杆111和第二挤压杆121的强度要高且外壁需要做硬化处理，第一模体112和第二模体122的内壁都需要进行硬化处理或者镶嵌硬度更高的镶块，使得挤压件在模体内壁滑动挤压时不会软化，较硬的内壁也能够提供模具的使用寿命。在加入坯料时，需要先将挤压杆从模腔中退出，加入坯料后再将挤压杆放入，坯料的加入方向可以是第一模组11和第二模组12中任一选择。

请参阅图1至图5，本实施例中，所述旋转组件3的数量有多个，多个所述旋转组件3之间为过渡模腔13，过渡模腔13的外侧也是过渡模体，过渡模腔13的外侧也有加热套2，能够对过渡模腔13内的坯料加热。加热套2下方可以有支撑固定件，当加工装置安装在液压机上时，支撑固定件安装在液压机座上，避免旋转组件3在转动时带动过渡模腔13一起转动。多个旋转组件3与过渡模腔13、第一模组11、和第二模组12的连接方向为转动密封连接的，密封方式为动密封(加O形密封圈或密封垫)等常用密封方式，此处不做累述。旋转组件3的数量为两个最好，太多的旋转组件3使得过渡模腔13太多，在加工过程中很多的金属被留在了过渡模腔13内，使得加入的材质在加工后的取出时材料被留在了设备中，使得材料利用率低，在更换加工材质或需要维修设备时困难。当有两个旋转组件3时，将坯料从第一模腔113压到第二模腔123，要通过两个缩颈腔32，且两个旋转组件3都在转动，使得金属除了受到挤压力变形还受到高压扭转剧烈塑性变形，能够提升加工效率，将晶粒更快细化。

本实施例中，缩颈腔32内壁可以设有条纹，即转盘31的内壁设有条纹，可以是各种不规则、凹凸不平的条纹，也可以有凸起的颗粒等，使得金属被挤压经过缩颈腔32时，金属与条纹或凸起接触，增加了金属坯料塑性变形的程度，有利于晶粒细化。

请参阅图1至图5，本实施例中，所述旋转组件3的数量有两个，所述驱动组件4驱动相邻两个所述转盘31沿相反方向转动，太多的旋转组件3使得有太多过渡模腔13，在加工过程中很多的金属被留在了过渡模腔13内，使得加入的材质在加工后的取出时材料被留在了设备中，使得材料利用率低，在更换加工材质或需要维修设备时困难，当有两个旋转组件3时，将金属从第一模腔113压到第二模腔123，要通过两个缩颈腔32，且两个旋转组件3都在转动，使得金属除了受到挤压力还受到转动摩擦力，能够更高的提升加工效率，将晶粒更快细化，转盘31的转动方向相反，使得通过两个缩颈腔32的金属转动方向是不一样的，金属在过渡模腔13内能够受到较大的扭转力。

请参阅图1至图3，本实施例中，两个所述旋转组件3分别对应一个所述驱动组件4；

或者，两个所述旋转组件3共用一个所述驱动组件4。

请参阅图1至图2，两个所述旋转组件3共用一个所述驱动组件4的一种实施例，所述驱动组件4包括驱动件41、主动轮42和蜗杆43，驱动件41可以是电机或气缸等转动驱动件，所述驱动件41驱动所述主动轮42转动，所述主动轮42与所述蜗杆43中部的齿啮合，蜗杆43的中部可以是直齿，蜗杆43的两端通过一个轴承套45转动支撑，轴承套45可以是装置在组装时固定在液压机的工作台上，所述蜗杆43两端分别设有正旋螺纹和反旋螺纹，两个所述转盘31外侧分别设有方向相反的斜齿，两个所述转盘31外侧的斜齿分别与所述正旋螺纹和所述反旋螺纹啮合，从而使得驱动件41在驱动蜗杆43转动时，与蜗杆43两端啮合的两个转盘31转动方向是相反的，从而实现一个驱动件41驱动两个转盘31沿着相反的方向转动。

请参阅图1至图3，两个所述旋转组件3共用一个所述驱动组件4的另一种实施例，所述驱动组件4包括驱动件41和圆锥齿轮44，驱动件41可以是电机或气缸等转动驱动件，所述驱动件41可以直接驱动所述圆锥齿轮44转动，驱动件41也可以先驱动主动轮42转动，主动轮42与圆锥齿轮44均固套在传动杆上，驱动件41的转动通过主动轮42将转动传递到圆锥齿轮44上，两个所述转盘31的外侧分别设有齿，所述圆锥齿轮44的上下两端分别与两个所述转盘31外侧的齿啮合，从而实现驱动件41驱动圆锥齿轮44转动，进而带动了两个转盘31沿着相反的方向转动。

请参阅图1至图5，本实施例中，还包括限位组件5，所述限位组件5与所述驱动组件4分别位于所述转盘31的两侧，所述限位组件5用于限制所述转盘31的位置，限位组件5是滑动限位的，限位组件5的结构与驱动组件4的主动轮42相同，使得挤压模具1两侧分别取两个主动轮42啮合并转动限位。当只有一个旋转组件3时，限位组件5包括右限位轴承套52支撑的限位主动轮42，主动轮42与转盘31外周的齿啮合，当驱动组件4是蜗杆43带动转盘31转动时，限位组件5包括由限位轴承套52支撑的限位蜗杆51，限位蜗杆51两端的正旋螺纹和反旋螺纹均分别与转盘31外侧的斜齿啮合，从而实现转动限位。当驱动组件4是圆锥齿轮44带动转盘31转动时，限位组件5包括由限位轴承套52支撑的限位圆锥齿轮53，限位圆锥齿轮53的上下两端分别与两个所述转盘31外侧的齿啮合，从而实现转动限位，限位轴承套52与轴承套45一样，是固定安装在工作台的。

请参阅图1至图5，本实施例中，所述转盘31靠近所述第一模腔113一侧为喇叭口结构，所述转盘31靠近所述第二模腔123一侧为喇叭口结构，采用喇叭口的结构使得挤压件在挤压腔体内金属时，在喇叭口的倾斜面金属的材料更容易受挤压流入到缩颈腔32，使得材料流动更加顺畅，加工效率更高。

请参阅图1至图3，一种高压扭转往复挤压加工装置的加工方法，包括如下步骤：

准备步骤，将高压扭转往复挤压加工装置安装在液压机上，安装牢固且正确连接，安装时需要第一模体112和第二模体122固定在加工台面上，使得液压机在加压时模体不发生位移，只是模腔内的金属被挤压移动，且在挤压过程中，需要控制液压机，使得液压机在推动第一挤压杆111或第二挤压杆121到挤压的极限位置时仍然不与转盘31直接接触，避免高压下接触转盘31损坏设备，但是也需要挤压杆尽量靠近转盘31，能够将腔体内的金属尽量全部压出，当设备有过渡模腔13时，需要对过渡模腔13进行支撑固定。

加热步骤，将待挤压金属进行预热，当加工金属为镁合金时，预热温度可以是300℃到400℃，并保温一小时，同时加热套2工作，对挤压模具1进行加热，当加热到预定温度到300℃到400℃同时保温，且整个加工过程中都要进行保温，使得金属在细化时处于一个适宜的温度范围内。

放料步骤，将预热好的金属放入到第一模腔113，且放料后在挤压过程中，需要对模腔内的气体进行排气，避免模腔内太多的气体在挤压时抵消了挤压力，影响晶粒细化效果，可以通过在缩颈腔32附近设置可控制关闭的排气孔即可，在挤压开始时人工控制打开排气孔排气。

加工步骤，液压机分别向第一模组11和第二模组12加压，施加的压强不低于4GPa，并使得第一模组11的压力大于第二模组12，同时驱动组件4驱动旋转组件3转动，此时金属在经过缩颈腔32时除了收了挤压力还受到了转动带来的扭转力，对晶粒的细化效果更好，使得第一模腔113内的金属在压力下通过缩颈腔32进入到第二模腔123，直到第一挤压杆111行至缩颈腔32。此时调整液压机的压力，使得第二模组12的压力大于第一模组11，将第二模腔123内的金属反向压入到第一模腔113，直到第二挤压杆121行至缩颈腔32，完成一次往复挤压加工，在加工过程中，旋转组件3全程保持转动，晶粒在往返经过缩颈腔32时，都受到了转动的摩擦力。

多次循环以上步骤，直到将金属加工到我们所需要的高性能金属，此时得到金属的晶粒细小且均匀，材料的性能得到有效改善，停止旋转、加压和加热，待装置冷却到室温后，取出加工完成后的金属，完成整个加工过程。

综上所述，本发明将装置安装到液压机上后，向第一模腔113内放入待加工的金属坯料，液压机分别向第一模组11和第二模组12加压，并使得第一模组11受到的压力大于第二模组12，进而使得第一模腔113内的金属坯料通过缩颈腔32被挤压到第二模腔123。同时驱动组件4驱动旋转组件3转动，转盘31围绕缩颈腔32的中心转动，且转盘31与第一模组11和第二模组12均为转动密封连接，转盘31转动时也带动了靠近转盘31上下表面的金属坯料发生扭转变形。此时第一模组11组施加的压力大于第二模组12，且第一模组11、第二模12组施加足够大的压力，可确保靠近转盘31上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形。金属坯料在被挤压变形的同时也在转盘31旋转的作用下产生高压扭转剧烈塑性变形，能够有效地细化晶粒。而且金属坯料在由第一模腔113进入第二模腔123时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒均可被有效细化。第一模腔113内的金属坯料在压力下逐渐通过缩颈腔32全部进入到第二模腔123，此时调整液压机的压力，使得第二模组12受到的压力大于第一模组11，将第二模腔123内的金属坯料反向压入到第一模腔113。在反向压入挤压加工过程中，旋转组件同样保持转动，此时第二模组12施加的压力大于第一模组11，且第二模组12、第一模组11施加足够大的压力，可确保靠近转盘31上下表面区域的坯料产生高压扭转变形，引入剧烈塑性变形。金属坯料在由第二模腔123进入第一模腔113时逐渐经受挤压变形与高压扭转剧烈塑性变形，整个金属坯料的晶粒再次被有效细化。多次重复以上往复加工过程，直到金属被加工到我们需要的高性能金属，相比普通的金属挤压加工装置，本装置加工效率更高，挤压出来的金属晶粒也更加细小、均匀且综合性能更高，从而有效解决了现有技术中金属在挤压成形时材料组织不均匀和晶粒细化加工效率不高的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于，包括：

挤压模具，所述挤压模具包括第一模组和第二模组，所述第一模组包括第一模腔，所述第二模组包括第二模腔；

加热套，所述加热套位于所述第一模组和所述第二模组的外侧，所述加热套用于加热所述挤压模具；

旋转组件，所述旋转组件包括转盘，所述转盘沿轴向设有缩颈腔，所述第一模腔与所述第二模腔通过所述缩颈腔连通，且所述缩颈腔的孔径小于所述第一模腔的孔径和所述第二模腔的孔径；

驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述转盘转动；

所述第一模腔、所述缩颈腔和所述第二模腔用于容纳金属，所述第一模组和所述第二模组能够往复挤压位于所述第一模腔、所述缩颈腔和所述第二模腔内的金属。

2.根据权利要求1所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述第一模组还包括第一挤压杆和第一模体，所述第一挤压杆为实心的柱状件，所述第一模腔沿着所述第一模体的轴向设置，所述第一挤压杆能够在所述第一模腔内沿轴向滑动，且所述第一挤压杆外壁与所述第一模体的内壁密封且滑动连接，所述第二模组还包括第二挤压杆和第二模体，所述第二挤压杆为实心的柱状件，所述第二模腔沿着所述第二模体的轴向设置，所述第二挤压杆能够在所述第二模腔内沿轴向滑动，且所述第二挤压杆外壁与所述第二模体的内壁密封且滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述旋转组件的数量有多个，多个所述旋转组件之间为过渡模腔。

4.根据权利要求3所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述转盘内壁设有条纹。

5.根据权利要求3所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述旋转组件的数量有两个，所述驱动组件驱动两个所述转盘沿相反方向转动。

6.根据权利要求5所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述驱动组件包括驱动件、主动轮和蜗杆，所述驱动件驱动所述主动轮转动，所述主动轮与所述蜗杆中部的齿啮合，所述蜗杆两端分别设有正旋螺纹和反旋螺纹，两个所述转盘外侧分别设有方向相反的斜齿，两个所述转盘外侧的斜齿分别与所述正旋螺纹和所述反旋螺纹啮合。

7.根据权利要求5所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述驱动组件包括驱动件和圆锥齿轮，所述驱动件驱动所述圆锥齿轮转动，两个所述转盘的外侧分别设有齿，所述圆锥齿轮的上下两端分别与两个所述转盘外侧的齿啮合。

8.根据权利要求1所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：还包括限位组件，所述限位组件与所述驱动组件分别位于所述转盘的两侧，所述限位组件用于限制所述转盘的位置。

9.根据权利要求1所述的一种高压扭转往复挤压加工装置，其特征在于：所述转盘靠近所述第一模腔一侧为喇叭口结构，所述转盘靠近所述第二模腔一侧为喇叭口结构。

10.根据权利要求1至9任一所述的一种高压扭转往复挤压加工装置的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备步骤，将高压扭转往复挤压加工装置安装在液压机上，安装牢固且正确连接；

加热步骤，将待挤压金属坯料进行预热，同时加热套工作，对挤压模具进行加热，当加热到预定温度时进行保温；

放料步骤，将预热好的金属坯料放入到第一模腔；

加工步骤，液压机分别向第一模组和第二模组加压，并使得第一模组的压力大于第二模组，同时驱动组件驱动旋转组件转动，使得第一模腔内的金属坯料在压力下通过缩颈腔进入到第二模腔，直到第一挤压杆行至缩颈腔，此时调整液压机的压力，使得第二模组的压力大于第一模组，将第二模腔内的金属坯料反向压入到第一模腔，直到第二挤压杆行至缩颈腔，完成一次往复挤压加工，在加工过程中，旋转组件全程保持转动；

多次循环以上步骤，直到将金属坯料加工到我们所需要的高性能金属，此时停止旋转、加压和加热，待装置冷却到室温后，取出加工完成后的金属，完成整个加工过程。

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