金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具的制作方法
【专利摘要】金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，该挤压模具由两半对称锥度的半圆形凹模，嵌入带有锥度的模套中，模套外部装有加热圈；组合凹模和模套连接在其下部的下模板上；在组合凹模内部水平和垂直方向上设有金属坯料挤压通道，该十字通道精密配合有呈T字形的上冲头、左冲头和右冲头；挤压通道的下部通道内含有螺旋状型槽；组合凹模的出口通道处设有一段横截面积减小的挤压模孔；该模具能够解决多道次挤压后坯料尺寸短小的问题，提高坯料的塑性变形能力、表面质量及组织性能，可在较低的温度下制备出性能优良的块体超细晶材料，该模具结构简单、装拆方便、放料取料容易，有效提高了材料成形效率，坯料变形连续、协调、稳定，变形后组织和性能更好。
【专利说明】金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料加工挤压的模具，尤其是一种高效率金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具。
【背景技术】
[0002]近年来，基于大塑性变形技术制备性能优异的块体超细晶材料已成为材料科学领域的研究热点。其中，等径角挤压法因其具有工艺简单、成本相对较低等优点，被国际材料研究学者公认为是一种最具有代表性和发展前景的大塑性变形方法，其原理是:等径角挤压变形过程中，与模具通道尺寸紧密配合且与模壁润滑良好的坯料在冲头压力的作用下向下运动，当其经过两通道交截处时，产生近似理想的剪切变形。由于挤压过程中坯料横截面的形状和尺寸不发生改变，故可通过多道次反复挤压使得坯料内部产生大的累积剪切应变，并由此导致位错重排而使晶粒发生显著细化，进而大幅提高材料力学性能。
[0003]虽然采用传统等径角挤压工艺是制备超细晶材料的一个有效途径，然而在实际应用中现有的模具结构仍存在以下缺点:
(1)坯料塑性变形能力有限:由于等径角挤压过程中，材料在模具转角部位发生强烈的剪切变形，容易导致坯料沿剪应力方向出现变形、开裂，甚至破碎，最终使得后续更多道次的挤压变形无法继续进行；
(2)模具工作效率低下:由于等径角挤压单道次变形量不大，为获得组织结构均匀的超细晶材料，通常需要对坯料进行多道次反复挤压变形。然而，在多道次挤压过程中，各道次之间坯料需要人工从模具型腔内取出并再次放入，致使变形操作繁琐、劳动强度增大，挤压效率低下；
(3)多道次挤压后坯料尺寸短小:等径角挤压变形时，坯料在出口通道处常会产生“出模膨胀”效应，即坯料的挤出尺寸实际上会略大于相应的通道尺寸。因此，多道次变形时，道次间坯料的径向切削加工无法难免，造成了较大程度的材料损耗，并导致多道次挤压变形后坯料沿长度方向尺寸过短，限制了其大规模的工业应用。
[0004]因此，确有必要对传统等径角挤压法模具结构进行改进，以减少挤压道次，提高挤压效率，扩大等径角挤压技术的应用对象和适用范围。
【发明内容】
[0005]为了克服金属坯料塑性变形能力有限、模具工作效率低下及多道次挤压后坯料尺寸短小的问题，本发明提供了一种金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，与传统等径角挤压技术相比，采用这一技术变形坯料具有更加优越的塑性变形能力，表面质量和组织性能将得到明显改善，可在较低的温度下制备出性能优良的块体超细晶材料。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，包括:上模板、上冲头、加热圈、右模板、右冲头、右液压缸、右活塞杆、模套、组合凹模、挤压通道、下模板、左冲头、左模板、左活塞杆、左液压缸；该挤压模具由两个前后两半对称并带有锥度的半圆形凹模通过定位销和螺栓固定连接组成组合凹模，并嵌入带有同样锥度的模套中，模套外部装有加热圈；组合凹模和模套固定连接在其下部的下模板上，下模板固定在三向挤压液压机的工作台上；在组合凹模内部水平和垂直方向上，设有十字形金属坯料挤压通道，该挤压通道的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上冲头，上冲头固定连接在其正上方的液压机上模板上；该挤压通道的水平向左右两侧，精密配合穿插有T字形的左冲头和右冲头，左冲头固定连接在左模板上，左模板与左液压缸的左活塞杆相连，右冲头固定连接在右模板上，右模板与右液压缸的右活塞杆相连；其中上冲头、左冲头、右冲头的长度最长可达组合凹模的中心位置；挤压通道的下部水平通道内含有一段螺旋状型槽，且与挤压通道具有相同横截面形状和尺寸；组合凹模的出口通道处设有一段横截面积减小的挤压模孔，这样为变形提供了极为强大的剪切作用和静水压力，从而使得工件变形连续、协调、稳定，提高了工作效率和变形质量。
[0007]使用时，使用时，将组合凹模装配完成后，在其外部依次装入模套及加热圈，开始试模并启动加热装置预热模具；达到预定温度后，从挤压通道的中间水平向任意一侧放入方棒状金属坯料，启动上冲头，当其底端与挤压通道的中部水平向通道上表面齐平时停止运动，然后同时启动左冲头和右冲头对金属坯料进行挤压，当分别挤压到挤压通道垂直向通道的左右两侧边缘时停止运动；再通过上冲头将金属坯料向下部垂直方向挤压，并经模具第一个转角后再进入螺旋通道，依次发生等径角挤压和挤扭变形；随后再通过模具第二个转角，完成第二次等径角挤压变形；最后进入组合凹模的挤压模孔，完成挤压变形后从下部出口处挤出。
[0008]本发明的有益效果是:
1、本发明在坯料的出口通道处设有挤压模孔，挤压模孔的截面尺寸小于上端出口通道尺寸，即在坯料被挤出的方向施加一反作用力，为坯料的变形过程提供类似于反向背压的作用。由于坯料是在带背压状态下进行变形，变形性好，不易开裂，这就使得坯料沿长度方向变形更加均匀，组织性能均匀性也更好。同时，坯料通过挤压模孔后内部累积的塑性变形量进一步提高，且沿长度方向尺寸大大增加，有效解决了挤出后坯料尺寸短小等问题；
2、本发明在模具型腔内部设置了连续多通道和螺旋通道结构。一次挤压过程中，坯料在模具型腔内变形连续，依次发生等径角挤压、挤扭和挤压三种变形，实现了“一次放料，连续挤压，多次变形”的目的，从而克服了多道次挤压坯料反复取放、金属损耗量大等缺点，有效提高了变形挤压的效率和金属材料的利用率；
3、本发明设置的上冲头、左冲头和右冲头结构，使得坯料在被挤压过程中形成了三向受压的状态，有效增大了内部的静水压力，塑性较好，这对于增加坯料致密度、改善内部组织和提高力学性能起到了积极作用。此外，模孔处的反向背压还可以防止裂纹的萌生和扩展，降低了挤压温度，提高了变形坯料的综合力学性能；
4、在制造成本方面，本发明模具结构相对简单，模套限位，装拆方便，放料、取料容易，大大简化了挤压过程，有效提高了材料成形效率。连续多通道和螺旋通道结构使得坯料变形连续、协调、稳定，变形后组织和性能更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0010]图1是本发明金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具结构示意图。
[0011]图2是本发明模具型腔内部螺旋通道结构示意图。
[0012]图中，1.上模板，2.上冲头，3.加热圈，4.右模板，5.右冲头，6.右液压缸，7.右活塞杆，8.模套，9.组合凹模，9-1.挤压通道，10.下模板，11.左冲头，12.左模板，13.左活塞杆，14.左液压缸。
【具体实施方式】
[0013]在图1中，金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，包括:上模板1、上冲头2、加热圈3、右模板4、右冲头5、右液压缸6、右活塞杆7、模套8、组合凹模9、挤压通道9_1、下模板10、左冲头11、左模板12、左活塞杆13、左液压缸14 ;该挤压模具由两个前后两半对称并带有锥度的半圆形凹模通过定位销和螺栓固定连接组成组合凹模9，并嵌入带有同样锥度的模套8中，模套8外部装有加热圈3 ;组合凹模9和模套8固定连接在其下部的下模板10上，下模板10固定在三向挤压液压机的工作台上；在组合凹模9内部水平和垂直方向上，设有十字形金属坯料挤压通道9-1，该挤压通道9-1的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上冲头2，上冲头2固定连接在其正上方的液压机上模板I上；该挤压通道9-1的水平向左右两侧，精密配合穿插有T字形的左冲头11和右冲头5，左冲头11固定连接在左模板12上，左模板12与左液压缸14的左活塞杆13相连，右冲头5固定连接在右模板4上，右模板4与右液压缸6的右活塞杆7相连；其中上冲头2、左冲头11、右冲头5的长度最长可达组合凹模9的中心位置；挤压通道9-1的下部水平通道内含有一段螺旋状型槽，且与挤压通道9-1具有相同横截面形状和尺寸；组合凹模9的出口通道处设有一段横截面积减小的挤压模孔，这样为变形提供了极为强大的剪切作用和静水压力，从而使得工件变形连续、协调、稳定，提高了工作效率和变形质量。
[0014]使用时，将组合凹模(9 )装配完成后，在其外部依次装入模套(8 )及加热圈(3 )，开始试模并启动加热装置预热模具；达到预定温度后，从挤压通道(9-1)的中间水平向任意一侧放入方棒状金属坯料，启动上冲头(2)，当其底端与挤压通道(9-1)的中部水平向通道上表面齐平时停止运动，然后同时启动左冲头(11)和右冲头(5)对金属坯料进行挤压，当分别挤压到挤压通道(9-1)垂直向通道的左右两侧边缘时停止运动；再通过上冲头(2)将金属坯料向下部垂直方向挤压，并经模具第一个转角后再进入螺旋通道，依次发生等径角挤压和挤扭变形；随后再通过模具第二个转角，完成第二次等径角挤压变形；最后进入组合凹模(9)的挤压模孔，完成挤压变形后从下部出口处挤出。
【权利要求】
1.金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，包括:上模板(I)、上冲头(2)、加热圈(3)、右模板(4)、右冲头(5)、右液压缸(6)、右活塞杆(7)、模套(8)、组合凹模(9)、挤压通道(9-1)、下模板(10 )、左冲头(11)、左模板(12 )、左活塞杆(13 )、左液压缸(14);其特征是:该挤压模具由两个前后两半对称并带有锥度的半圆形凹模通过定位销和螺栓固定连接组成组合凹模(9)，并嵌入带有同样锥度的模套(8)中，模套(8)外部装有加热圈(3);组合凹模(9)和模套(8)固定连接在其下部的下模板(10)上，下模板(10)固定在三向挤压液压机的工作台上；在组合凹模(9)内部水平和垂直方向上，设有十字形金属坯料挤压通道(9-1)，该挤压通道(9-1)的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上冲头(2)，上冲头(2)固定连接在其正上方的液压机上模板(I)上；该挤压通道(9-1)的水平向左右两侧，精密配合穿插有T字形的左冲头(11)和右冲头(5 )，左冲头(11)固定连接在左模板(12 )上，左模板(12 )与左液压缸(14)的左活塞杆(13)相连，右冲头(5)固定连接在右模板(4)上，右模板(4)与右液压缸(6)的右活塞杆(7)相连；其中上冲头(2)、左冲头(11)、右冲头(5)的长度最长可达组合凹模(9)的中心位置；挤压通道(9-1)的下部水平通道内含有一段螺旋状型槽，且与挤压通道(9-1)具有相同横截面形状和尺寸；组合凹模(9)的出口通道处设有一段横截面积减小的挤压模孔。
2.根据权利要求1所述的金属坯料多向复合多通道螺旋挤压模具，其特征的挤压方法是:将组合凹模(9)装配完成后，在其外部依次装入模套(8)及加热圈(3)，开始试模并启动加热装置预热模具；达到预定温度后，从挤压通道(9-1)的中间水平向任意一侧放入方棒状金属坯料，启动上冲头(2)，当其底端与挤压通道(9-1)的中部水平向通道上表面齐平时停止运动，然后同时启动左冲头(11)和右冲头(5)对金属坯料进行挤压，当分别挤压到挤压通道(9-1)垂直向通道的左右两侧边缘时停止运动；再通过上冲头(2)将金属坯料向下部垂直方向挤压，并经模具第一个转角后再进入螺旋通道，依次发生等径角挤压和挤扭变形；随后再通过模具第二个转角，完成第二次等径角挤压变形；最后进入组合凹模(9)的挤压模孔，完成挤压变形后从下部出口处挤出。
【文档编号】B21C25/08GK104438415SQ201410678562
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王晓溪, 张翔, 刘忆, 朱珍, 夏华明, 董蔚霞 申请人:徐州工程学院