CN113369328B - 一种开放型腔循环挤压模具 - Google Patents

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    • B21C23/001—Extruding metal; Impact extrusion to improve the material properties, e.g. lateral extrusion

Abstract

本发明提供了一种开放型腔循环挤压模具，包括上模、下模和用于容纳坯料的开放型腔，在开放型腔内设置有能够相对移动的外芯模和内芯模，外芯模套设在内芯模上，外芯模外壁与开放型腔内壁贴合，内芯模的空腔能够配合上模的内凸模；当外芯模和内芯模同时受到下压力并下移后，坯料中部向上隆起并进入内芯模的空腔中；当内芯模保持静止且内凸模受压下移后，内芯模外围的坯料向上隆起并进入外芯模与开放型腔内壁之间的空间内。采用本发明方案，不仅使得大塑性变形的操作过程快捷、轻松、方便，整个过程无需翻转坯料，无需在将坯料移至模具外反复敦粗坯料，而且解决了坯料晶粒取向性很强的问题，使得晶粒各向分布均匀一致，再结晶充分。

Description

一种开放型腔循环挤压模具
技术领域
本发明涉及挤压模具，具体涉及一种开放型腔循环挤压模具。
背景技术
获得良好的组织性能是材料改性的重要研究应用方向，借助于大塑性变形能够获得细小的晶粒组织，改善金属组织的强韧性。目前，大塑性变形的方法包括等径角挤压、循环剧烈塑性变形等，但大多处于实验室研究阶段。
现有大塑性变形所采用的常用模具主要包括上模、下模和用于容纳坯料的型腔，实施过程中，需要反复进行挤压、敦粗、翻转等工序，导致操作过程费时费力，很不方便；而且，挤压过程中坯料晶粒取向性很强。
发明内容
本发明目的在于提供一种开放型腔循环挤压模具，用于解决现有大塑性变形过程中“操作过程费时费力，很不方便、坯料晶粒取向性很强”的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种开放型腔循环挤压模具，包括上模、下模和用于容纳坯料的开放型腔，其特征在于：在开放型腔内设置有能够相对移动的外芯模和内芯模，外芯模套设在内芯模上，外芯模外壁与开放型腔内壁贴合，内芯模的空腔能够配合上模的内凸模；当外芯模和内芯模同时受到下压力并下移后，坯料中部向上隆起并进入内芯模的空腔中；当内芯模保持静止且内凸模受压下移后，内芯模外围的坯料向上隆起并进入外芯模与开放型腔内壁之间的空间内。
为进一步优化坯料晶粒取向，当内芯模保持静止且外芯模受压下移后，内芯模外围的隆起的坯料变薄，坯料中部再次向上隆起并进入内芯模的空腔中。
为方便实施不同的挤压工序，所述模具包括可拆卸的垫块一、垫块二、垫块三、垫块四，垫块一同时压装在外芯模和内芯模顶端，使外芯模和内芯模能够同时受到竖直向下的压力；垫块二仅压装在内芯模顶端，使内芯模能够单独受到竖直向下的压力；垫块三仅压装在外芯模顶端，使外芯模能够单独受到竖直向下的压力；垫块四仅压装在内凸模顶端，使内凸模能够受到竖直向下的压力。
作为本发明的优选方案之一，并用于制备性能优异的实心构件，
所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的上模板、上垫板、外凸模，内凸模一位于上模的中部，内凸模一外表面分别与上模板、上垫板、外凸模的内表面间隙配合；
所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的套筒、下垫板、下模板，在套筒的内腔设置有圆环，套筒的内腔下部从上至下依次对中叠放实心坯料、垫圈一、支撑圈（14）；顶杆的头部设置在下垫板中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板、下模板的通孔；外芯模、内芯模位于实心坯料的上方，外芯模外表面与套筒内表面呈间隙配合，内芯模外表面与外芯模内表面呈间隙配合，垫块一对中放置在外芯模、内芯模的上端面。
进一步地，为提高产品成形效率，电极镶嵌在套筒内表面和圆环上表面并与电源连接，内凸模一、外芯模、内芯模、套筒、圆环、垫圈一均具有电绝缘性能。
作为本发明的优选方案之二，并用于制备性能优异的空心构件，
所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的上模板、上垫板、外凸模，内凸模二位于上模的中部，内凸模二外表面分别与上模板、上垫板、外凸模的内表面间隙配合；
所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的套筒、下垫板、下模板，在套筒的内腔设置有圆环，套筒的内腔下部从上至下依次对中叠放空心坯料、垫圈二、支撑圈；顶杆的头部设置在下垫板中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板、下模板的通孔；外芯模、内芯模位于空心坯料的上方，外芯模外表面与套筒内表面呈间隙配合，内芯模外表面与外芯模内表面呈间隙配合，垫块一对中放置在外芯模、内芯模的上端面；
限位杆的大径部（直径较粗的部分）设置在垫圈二的沉孔内，限位杆的杆部沿竖直方向贯穿垫圈二和空心坯料。
进一步地，为提高产品成形效率，电极镶嵌在套筒内表面和圆环上表面并与电源连接，内凸模二、外芯模、内芯模、套筒、圆环、垫圈二、限位杆、内凸模二均具有电绝缘性能。
有益效果：采用本发明方案，不仅使得大塑性变形的操作过程快捷、轻松、方便，整个过程无需翻转坯料，无需在将坯料移至模具外反复敦粗坯料，而且解决了坯料晶粒取向性很强的问题，使得晶粒各向分布均匀一致，再结晶充分；采用本发明方案，还能够显著细化晶粒。
附图说明
图1是实施例1中开放型腔循环挤压模具剖面示意图；
图2是采用实施例1中开放型腔循环挤压模具进行边部挤压状态示意图；
图3是采用实施例1中开放型腔循环挤压模具进行扩径挤压状态示意图；
图4是采用实施例1中开放型腔循环挤压模具进行缩径挤压状态示意图；
图5是采用实施例1中开放型腔循环挤压模具进行复原挤压状态示意图；
图6是实施例2中开放型腔循环挤压模具剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
参见图1所示，一种开放型腔循环挤压模具，包括上模、下模和用于容纳坯料的开放型腔，在开放型腔内设置有能够相对移动的外芯模5和内芯模6，外芯模5套设在内芯模6上，外芯模5外壁与开放型腔内壁贴合，内芯模6的空腔能够配合上模的内凸模；当外芯模5和内芯模6同时受到下压力并下移后，坯料中部向上隆起并进入内芯模6的空腔中；当内芯模6保持静止且内凸模受压下移后，内芯模6外围的坯料向上隆起并进入外芯模5与开放型腔内壁之间的空间内；当内芯模6保持静止且外芯模5受压下移后，内芯模6外围的隆起的坯料变薄，坯料中部再次向上隆起并进入内芯模6的空腔中。该模具还包括可拆卸的垫块一17、垫块二18、垫块三19、垫块四20，垫块一17同时压装在外芯模5和内芯模6顶端，垫块二18仅压装在内芯模6顶端，垫块三19仅压装在外芯模5顶端，垫块四20仅压装在内凸模顶端。
下面以制备实心构件的开放型腔循环挤压模具为例进行说明，参见图1-图5，
该模具的上模包括从上至下依次对中叠放并通过螺栓连接成一体的上模板1、上垫板2、外凸模4，内凸模一3位于上模的中部，内凸模一3外表面分别与上模板1、上垫板2、外凸模4的内表面间隙配合；
该模具的下模包括从上至下依次对中叠放并通过螺栓连接成一体的套筒7、下垫板11、下模板12，在套筒7的内腔设置有圆环10，套筒7的内腔下部从上至下依次对中叠放实心坯料16、垫圈一15、支撑圈14；顶杆13的头部设置在下垫板11中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板11、下模板12的通孔；外芯模5、内芯模6位于实心坯料16的上方，外芯模5外表面与套筒7内表面呈间隙配合，内芯模6外表面与外芯模5内表面呈间隙配合，垫块一17对中放置在外芯模5、内芯模6的上端面；
该模具的电极8镶嵌在套筒7内表面和圆环10上表面并与电源9连接，内凸模一3、外芯模5、内芯模6、套筒7、圆环10、垫圈一15均具有电绝缘性能。
采用该模具制备制备实心构件的步骤如下：
成形前，接通电源，连接电源9的电流经电极8流过坯料，并构成电流回路，迫使实心坯料16加热到设定的温度；成形过程中（下述边部挤压-复原挤压工序），当温度低于设定的实心坯料16加热温度时，接通电源，开始加热；当达到设定的实心坯料16加热温度时断开电源，停止加热；
边部挤压，如图2所示：控制上模板1、上垫板2、外凸模4组成的上模联合体向下同步移动，将力能传递给垫块一17、外芯模5和内芯模6，迫使实心坯料16边部厚度减薄，实心坯料16中间向上聚料（隆起），并推动内凸模一3上移到设定位置；
扩径挤压，如图3所示：将垫块一17取掉，换装为垫块二18，垫块二18对中置放于内芯模6的上端面；控制上模板1、上垫板2、外凸模4组成的上模联合体对垫块二18、内芯模6向下施压保持静止；控制内凸模一3向下移动，迫使实心坯料16中间厚度减薄，中间金属流经内芯模6后向边部聚料（隆起），并推动外芯模5上移到设定位置；
缩径挤压，如图4所示：将垫块二18取掉，换装为垫块三19和垫块四20，垫块三19对中置放于外芯模5的上端面，垫块四20对中放置于内芯模6的上端面；控制内凸模一3对垫块四20和内芯模6向下施压保持静止；控制上模板1、上垫板2、外凸模4组成的上模联合体向下同步移动，将力能传递给垫块三19和外芯模5，迫使实心坯料16边部厚度减薄，边部金属流经内芯模6后向中间聚料（隆起）；
复原挤压，如图5所示：将垫块三19和垫块四20取掉，换装为垫块一17，垫块一17对中放置在外芯模5、内芯模6的上端面；控制内凸模一3向下移动，迫使实心坯料16中间厚度减薄，实心坯料16边部向上聚料，并推动外芯模5、内芯模6和垫块一17上移到设定位置；
前述边部挤压、扩径挤压、缩径挤压、复原挤压依序构成一次开放型腔循环挤压，具体可多次实施前述循环挤压过程。
参照本实施例的方法，以尺寸为φ150.5mm×52.3mm实心7A04铝合金坯料为例，设定电加热的平均电流密度为20A/mm2，加热温度为450℃，边部挤压、扩径挤压、缩径挤压、复原挤压等各个阶段的相关上模工作速度为5mm/s，第一次开放型腔循环挤压完成后，将实心坯料的上端面朝下放入下模，接着进行第二次开放型腔循环挤压，经过两次循环挤压后的平均晶粒尺寸从原80μm细化到20μm以下。
实施例2
以制备空心构件的开放型腔循环挤压模具为例进行说明，参照实施例1并结合图6所示：
该模具的上模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的上模板1、上垫板2、外凸模4，内凸模二24位于上模的中部，内凸模二24外表面分别与上模板1、上垫板2、外凸模4的内表面间隙配合；
该模具的下模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的套筒7、下垫板11、下模板12，在套筒7的内腔设置有圆环10，套筒7的内腔下部从上至下依次对中叠放空心坯料22、垫圈二21、支撑圈14；顶杆13的头部设置在下垫板11中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板11、下模板12的通孔；外芯模5、内芯模6位于空心坯料22的上方，外芯模5外表面与套筒7内表面呈间隙配合，内芯模6外表面与外芯模5内表面呈间隙配合，垫块一17对中放置在外芯模5、内芯模6的上端面；
该模具还设置有限位杆23，限位杆23的大径部设置在垫圈二21的沉孔内，限位杆23的杆部沿竖直方向贯穿垫圈二21和空心坯料22。
该模具的电极8镶嵌在套筒7的内表面和圆环10的上表面并与电源9连接，内凸模二24、外芯模5、内芯模6、套筒7、圆环10、垫圈二21、限位杆23、内凸模二24均具有电绝缘性能。
采用实施例中的模具实施大塑性变形，不仅使得大塑性变形的操作过程快捷、轻松、方便，整个过程无需翻转坯料，无需在将坯料移至模具外反复敦粗坯料，而且解决了坯料晶粒取向性很强的问题，使得晶粒各向分布均匀一致，再结晶充分；还能够显著细化晶粒。

Claims (4)

1.一种开放型腔循环挤压模具，包括上模、下模和用于容纳坯料的开放型腔，其特征在于：在开放型腔内设置有能够相对移动的外芯模（5）和内芯模（6），外芯模（5）套设在内芯模（6）上，外芯模（5）外壁与开放型腔内壁贴合，内芯模（6）的空腔能够配合上模的内凸模；当外芯模（5）和内芯模（6）同时受到下压力并下移后，坯料中部向上隆起并进入内芯模（6）的空腔中；当内芯模（6）保持静止且内凸模受压下移后，内芯模（6）外围的坯料向上隆起并进入外芯模（5）与开放型腔内壁之间的空间内；当内芯模（6）保持静止且外芯模（5）受压下移后，内芯模（6）外围的隆起的坯料变薄，坯料中部再次向上隆起并进入内芯模（6）的空腔中；所述模具包括可拆卸的垫块一（17）、垫块二（18）、垫块三（19）、垫块四（20），垫块一（17）同时压装在外芯模（5）和内芯模（6）顶端，垫块二（18）仅压装在内芯模（6）顶端，垫块三（19）仅压装在外芯模（5）顶端，垫块四（20）仅压装在内凸模顶端；
所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的上模板（1）、上垫板（2）、外凸模（4），内凸模一（3）位于上模的中部，内凸模一（3）外表面分别与上模板（1）、上垫板（2）、外凸模（4）的内表面间隙配合；
所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的套筒（7）、下垫板（11）、下模板（12），在套筒（7）的内腔设置有圆环（10），套筒（7）的内腔下部从上至下依次对中叠放实心坯料（16）、垫圈一（15）、支撑圈（14）；顶杆（13）的头部设置在下垫板（11）中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板（11）、下模板（12）的通孔；外芯模（5）、内芯模（6）位于实心坯料（16）的上方，外芯模（5）外表面与套筒（7）内表面呈间隙配合，内芯模（6）外表面与外芯模（5）内表面呈间隙配合，垫块一（17）对中放置在外芯模（5）、内芯模（6）的上端面。
2.根据权利要求1所述的开放型腔循环挤压模具，其特征在于：电极（8）镶嵌在套筒（7）内表面和圆环（10）上表面并与电源（9）连接，内凸模一（3）、外芯模（5）、内芯模（6）、套筒（7）、圆环（10）、垫圈一（15）均具有电绝缘性能。
3.一种开放型腔循环挤压模具，包括上模、下模和用于容纳坯料的开放型腔，其特征在于：在开放型腔内设置有能够相对移动的外芯模（5）和内芯模（6），外芯模（5）套设在内芯模（6）上，外芯模（5）外壁与开放型腔内壁贴合，内芯模（6）的空腔能够配合上模的内凸模；当外芯模（5）和内芯模（6）同时受到下压力并下移后，坯料中部向上隆起并进入内芯模（6）的空腔中；当内芯模（6）保持静止且内凸模受压下移后，内芯模（6）外围的坯料向上隆起并进入外芯模（5）与开放型腔内壁之间的空间内；当内芯模（6）保持静止且外芯模（5）受压下移后，内芯模（6）外围的隆起的坯料变薄，坯料中部再次向上隆起并进入内芯模（6）的空腔中；所述模具包括可拆卸的垫块一（17）、垫块二（18）、垫块三（19）、垫块四（20），垫块一（17）同时压装在外芯模（5）和内芯模（6）顶端，垫块二（18）仅压装在内芯模（6）顶端，垫块三（19）仅压装在外芯模（5）顶端，垫块四（20）仅压装在内凸模顶端；
所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的上模板（1）、上垫板（2）、外凸模（4），内凸模二（24）位于上模的中部，内凸模二（24）外表面分别与上模板（1）、上垫板（2）、外凸模（4）的内表面间隙配合；
所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接成一体的套筒（7）、下垫板（11）、下模板（12），在套筒（7）的内腔设置有圆环（10），套筒（7）的内腔下部从上至下依次对中叠放空心坯料（22）、垫圈二（21）、支撑圈（14）；顶杆（13）的头部设置在下垫板（11）中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板（11）、下模板（12）的通孔；外芯模（5）、内芯模（6）位于空心坯料（22）的上方，外芯模（5）外表面与套筒（7）内表面呈间隙配合，内芯模（6）外表面与外芯模（5）内表面呈间隙配合，垫块一（17）对中放置在外芯模（5）、内芯模（6）的上端面；
限位杆（23）的大径部设置在垫圈二（21）的沉孔内，限位杆（23）的杆部沿竖直方向贯穿垫圈二（21）和空心坯料（22）。
4.根据权利要求3所述的开放型腔循环挤压模具，其特征在于：电极（8）镶嵌在套筒（7）内表面和圆环（10）上表面并与电源（9）连接，内凸模二（24）、外芯模（5）、内芯模（6）、套筒（7）、圆环（10）、垫圈二（21）、限位杆（23）、内凸模二（24）均具有电绝缘性能。
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