一种复合挤压模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种复合挤压模具。本实用新型设有下模板、下凹模、上凹模、上模板和冲头，下凹模安装在下模板上，上模板上固定有导套，下模板设有与导套相配合的导柱，上凹模和下凹模的外壁设有套筒，在上凹模的中心设置有与冲头相配合的入口通道，在入口通道中部设有一段由螺旋状型槽构成且与入口通道具有相同横截面形状和尺寸的螺旋通道，冲头安装在上模板上，上凹模与下凹模采用水平分模构成组合凹模，上凹模和下凹模之间形成水平通道，水平通道和入口通道构成90°L形通道，水平通道和入口通道的截面为矩形且尺寸相等，水平通道的末端设有挤压模口，挤压模口的末端设有水平出口。
【专利说明】一种复合挤压模具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种复合大塑性成形工艺模具，具体是一种复合挤压模具，用于制备大尺寸、闻性能的块体超细晶材料。
【背景技术】
[0002]等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)技术是近几十年发展起来的一种制备块体超细晶材料的典型工艺。ECAP变形时，试样在经过两通道的交角处时发生近似理想的纯剪切变形，且挤压前后试样横截面的形状和尺寸均不发生改变。因此，在材料可加工性能允许的条件下，可以对其进行多道次重复挤压，使得材料内部累积获得很大的塑性变形，从而有效地细化晶粒组织，提高材料力学性能。
[0003]然而，材料在ECAP模具转角部位发生剪切变形时，由于试样上、下表面金属的流动速度存在差异，常使得试样整体出现变形不均匀的现象。对于一些难变形和低塑性的材料，在ECAP变形过程中则易产生破坏。此外，由于ECAP工艺单道次变形量小，多道次变形细晶能力十分有限，通常只能制备尺寸较小的块体超细晶材料，在一定程度上限制了其大规模的工业应用。因此，欲将ECAP工艺广泛应用于科学研究和工程实际，必须解决其变形不均匀和加工效率低下的问题。
[0004]挤扭(Twist Extrus1n,简称TE)是近年来逐渐兴起的一种新型大塑性变形工艺。TE变形时，材料经过一个中间带有矩形(非圆形)截面的螺旋通道后，发生剧烈剪切塑性变形而保持原始横截面不发生变化，且材料有效利用率较高。因此，可进行多道次重复变形以累积更大的塑性应变，进而改善材料显微组织，提高材料综合性能。然而，TE变形后试样横截面处通常表现出强烈的各向异性，中心与边缘部分组织性能差异较大，材料均匀性较差。
[0005]传统挤压(Forward Extrus1n,简称FE)变形过程中，材料始终处于三向压应力状态，能够有效增加变形体内部静水压力，因此即使对于塑性较差的材料，一般也能够较好的成形而不出现裂纹。与此同时，挤压变形后试样纵向可利用的有效长度会大大增加。但挤压过程中，变形金属在经过模具孔口部分时，由于试样与模壁之间存在摩擦，内外层金属的流动速度存在差异，表层金属流动慢，心部金属流动快，因此挤压件内部必然存在相互平衡的内力(即附加应力)，即外层受拉应力，内层受压应力。常见的挤压件表面裂纹就是附加拉应力作用的结果。
[0006]申请号为201010139911.4的专利公开了一种等通道挤压模具。该发明模具结构简单，取料、放料操作方便，冲头一次挤压到位，纯剪切变形连续稳定。但存在材料单道次累积应变量小、变形不均匀、挤压件表面质量不高、材料有效利用率低等缺点。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术所存在的不足，本实用新型提供了一种复合挤压模具，该复合挤压模具实现了 “一次挤压，两次剪切、三次变形”的目的，使得材料塑性变形连续、协调、稳定，变形程度大、变形均匀性好、工作效率高，且对设备要求较低，易于制备大尺寸、高性能的块体超细晶材料。
[0008]本实用新型是以如下技术方案来实现的:一种复合挤压模具，包括下模板、下凹模、上凹模、上模板和冲头，下凹模安装在下模板上，所述的上模板上固定有导套，所述的下模板设有与导套相配合的导柱，上凹模和下凹模的外壁设有套筒，在上凹模的中心设置有与冲头相配合的入口通道，在入口通道中部设有一段由螺旋状型槽构成且与入口通道具有相同横截面形状和尺寸的螺旋通道，所述的冲头安装在上模板上，上凹模和下凹模由锁扣导向定位，上凹模与下凹模采用水平分模构成组合凹模，上凹模和下凹模之间形成水平通道，水平通道和入口通道构成L形通道，L形通道转角为90°，水平通道和入口通道的截面为矩形且尺寸相等，水平通道的末端设有挤压模口，挤压模口的截面为矩形，挤压模口的截面尺寸小于水平通道的截面尺寸，挤压模口的末端设有水平出口，水平出口的截面为矩形，水平出口的截面尺寸大于挤压模口的截面尺寸。
[0009]本实用新型的有益效果是:
[0010]1、变形过程中，螺旋通道和入口通道与水平通道构成的L形通道给变形提供了强大的“双重剪切”作用。同时，挤压模口在增大材料内部静水压力的同时，也增加了其塑性应变累积量和材料有效利用长度，显著细化了金属晶粒组织，改善了材料整体变形均匀性和综合力学性能，降低了超细晶材料制备成本，提闻其有效制备率。
[0011]2、一次挤压过程中，材料在螺旋通道、L形转角通道、挤压模口依次发生三次变形，变形阻力将起到类似反向背压力作用，提高变形细晶能力。
[0012]3、模具结构简单，装拆方便，套筒限位，操作简单，放料、取料容易，成形效率高，材料变形连续、协调、稳定，变形后组织和性能更好。
[0013]4、采用不同大小的螺旋角和挤压比，可实现不同效果的塑性应变积累，以满足不同晶粒细化效果和材料性能改善程度要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图；
[0015]图2是图1的A-A剖视图；
[0016]图3是图1的B-B剖视图；
[0017]图4是组合凹模结构示意图；
[0018]图5是图4的A-A剖视图；
[0019]图6是图4的B-B剖视图；
[0020]图7是上凹模结构示意图；
[0021]图8是图7的A-A剖视图；
[0022]图9是图7的B-B剖视图；
[0023]图10是下凹模结构示意图；
[0024]图11是图10的A-A剖视图；
[0025]图12是图10的B-B剖视图；
[0026]图13是螺旋通道示意图。
[0027]图中:1、下模板，2、下凹模，3、上凹模，4、上模板，5、冲头，6、导套，
[0028]7、导柱，8、内六角螺钉，9、定位销，10、套筒，11、螺钉，12、入口通道，13、螺旋通道，14、水平通道，15、挤压模口，16、水平出口。
【具体实施方式】
[0029]如图1-12所示，一种复合挤压模具，包括下模板1、下凹模2、上凹模3、上模板4和冲头5。下凹模2固定在下模板I上，由两个定位销9定位。所述的冲头5安装在上模板4上。所述的上模板4上固定有导套6，所述的下模板I设有与导套6相配合的导柱7，导套6与下模板I上的导柱7对应完成整副模具的导向定位。上凹模3和下凹模2的外壁设有套筒10，在上凹模3的中心设置有与冲头5相配合的入口通道12，入口通道12下端设有一段由螺旋状型槽构成且与入口通道12具有相同横截面形状和尺寸的螺旋通道13，上凹模3和下凹模2由锁扣导向定位，上凹模3与下凹模2采用水平分模构成组合凹模，上凹模3和下凹模2之间形成水平通道14，水平通道14和入口通道12构成L形通道，L形通道转角为90°，水平通道14和入口通道12的截面为矩形且尺寸相等，水平通道14的尾端设有挤压模口 15，挤压模口 15的截面为圆形，挤压模口 15的截面直径小于水平通道14的截面直径，挤压模口 15的尾端设有水平出口 16。
[0030]本实施例中，所述的套筒10由上套筒和下套筒两部分构成，上套筒的外表面安装有两个螺钉11，方便抬起；此外，套筒10也可以是一个整体式套筒。所述的上凹模3和下凹模2由内六角螺钉8连接紧固。所述的冲头5采用整体式结构固定连接上模板4上。所述的水平出口 16的截面为矩形，水平出口 16的截面尺寸大于挤压模口 15的截面尺寸，方便取料。
[0031]如图13所示，螺旋通道采取矩形横截面旋转一定角度α，螺旋角β与螺距P具有如下关系:
TtD
[0032]tanβ=——;其中，D为矩形横截面螺旋通道的外接圆直径，P为螺距，β为螺旋角，
P
横截面旋转角α为Ν*90°，其中N为整数且I《N《8，故螺距P与螺旋通道长度L的关系为:P=4XL/N 。
[0033]工作过程:通过导柱7和导套6完成导向定位。工件放入入口通道12中，挤压冲头5向下挤压，工件依次通过螺旋通道13和模具L形转角后进入水平通道14和挤压模口15，挤压后的工件从水平出口 16取出；挤压冲头5向下挤压到位后抬起，放入下一根工件，如此继续直至挤压结束。套筒10套住组合凹模，在挤压过程中起承压和限位作用，同时防止挤压材料或模具破损飞出伤人，套筒10采用上、下两部分组合结构，挤压时放入上部分即可。挤压完成后，取出套筒上部分，松开并取出内六角螺钉，凹模上部分向上抬起就可分开上下凹模，方便取出最后一根工件并对凹模内部型腔进行清理维护。
[0034]本实用新型所述的复合挤压模具将ECAP技术与TE工艺和传统挤压工艺进行有机结合，充分发挥各自优势，实现“一次挤压，两次剪切，三次变形”的目的。利用TE工艺增大材料单道次ECAP变形量，利用传统挤压原理提高ECAP工艺过程中材料内部的静水压力，减小材料的变形缺陷和模具的磨损程度，同时增大变形材料可利用的有效长度，从而使ECAP工艺的适用范围及细化能力得到进一步扩展。
【权利要求】
1.一种复合挤压模具，包括下模板(I)、下凹模(2)、上凹模(3)、上模板(4)和冲头(5)，下凹模(2)安装在下模板(I)上，所述的上模板(4)上固定有导套(6)，所述的下模板(1)设有与导套(6)相配合的导柱(7)，上凹模(3)和下凹模(2)的外壁设有套筒(10)，在上凹模(3)的中心设置有与冲头(5)相配合的入口通道(12)，在入口通道(12)中部设有一段由螺旋状型槽构成且与入口通道(12)具有相同横截面形状和尺寸的螺旋通道(13)，所述的冲头(5)安装在上模板(4)上，上凹模(3)和下凹模(2)由锁扣导向定位，上凹模(3)与下凹模(2)采用水平分模构成组合凹模，上凹模(3)和下凹模(2)之间形成水平通道(14)，水平通道(14)和入口通道(12)构成L形通道，L形通道转角为90°，其特征在于:水平通道(14)和入口通道(12)的截面为矩形且尺寸相等，水平通道(14)的末端设有挤压模口( 15)，挤压模口( 15)的截面为矩形，挤压模口( 15)的截面尺寸小于水平通道(14)的截面尺寸，挤压模口(15)的末端设有水平出口(16)。
2.根据权利要求1所述的一种复合挤压模具，其特征在于:所述的套筒(10)由上套筒和下套筒两部分构成，上套筒的外表面安装有两个螺钉(11)。
3.根据权利要求1所述的一种复合挤压模具，其特征在于:所述的上凹模(3)和下凹模(2)由内六角螺钉连接紧固。
4.根据权利要求1所述的一种复合挤压模具，其特征在于:所述的冲头(5)采用整体式结构固定连接上模板(4)上。
5.根据权利要求1所述的一种复合挤压模具，其特征在于:所述的水平出口(16)的截面为矩形，水平出口(16)的截面尺寸大于挤压模口(15)的截面尺寸。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种复合挤压模具，其特征在于:螺旋通道采取矩形横截面旋转一定角度α，螺旋角β与螺距P具有如下关系:
η? tan,5=——;其中，D为矩形横截面螺旋通道的外接圆直径，P为螺距，β为螺旋角，横
P截面旋转角α为Ν*90°，其中N为整数且I《N《8，故螺距P与螺旋通道长度L的关系为:P=4XL/N 。
【文档编号】B21C25/02GK203972509SQ201420235434
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】王晓溪, 张翔, 刘忆, 何敏 申请人:徐州工程学院