一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置及方法与流程

本发明涉及一种复合的大塑性变形成型装置及方法，具体涉及一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置及方法，属于挤压加工技术领域。

背景技术：

当今世界随着航空航天技术、军事装备和交通工具等领域的迅猛发展，对高性能金属材料特别是对高比强材料的需求日益增长.制备具有高比强度和良好塑性相匹配的材料，一直是各国材料科学和材料工程研究的热点，也是国际材料领域竞争最激烈的领域之一.就目前各国的研究现状来看，合金化强化、形变强化、细晶强化和固溶—沉淀强化是常用的提升材料组织性能的主要途径.近年来，国际上本领域的大量研究成果证明，单纯依赖某一两种强化机制来提升材料的综合性能是十分有限的，将多种机制有机组合，不仅能充分挖掘材料的性能，也是材料科学发展的必然趋势。

大塑性变形技术作为一种制备超细晶材料的有效方式而出现。传统的大塑性变形技术有等通道转角挤压、高压扭转、多向锻造、往复挤压、累积叠轧等。但这些工艺的局限性也很明显，如每次加工获得的塑性变形量较小，需要多次加工，才能获得更大的塑性变形量。因此，设计一种高效制备超细晶材料的装置及方法具有非常重要的意义。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了克服上述现有的大塑性变形方法工序众多、工艺要求较高的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置及方法，型腔由两个等通道转角挤压型腔和一个挤扭型腔组成，能够加工出力学性能良好的超细晶材料。

方案一：本发明提出的一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置，包括冲头、模套、垫板和型腔；所述模套安装在垫板上，模套上开设有多个加热棒安装孔，所述型腔设置在模套内，型腔开设有等通道转角挤压通道一、挤扭通道和等通道转角挤压通道二，所述等通道转角挤压通道一、挤扭通道和等通道转角挤压通道二构成U字形复合挤压通道，等通道转角挤压通道一、挤扭通道、等通道转角挤压通道二的横截面均为正方形，且横截面积不变，所述挤扭通道的横截面沿着挤压方向发生了90度的扭转，冲头与等通道转角挤压通道一和等通道转角挤压通道二配合。

胚料反复的经过等通道转角挤压通道一、挤扭通道和等通道转角挤压通道二，随着胚料经过挤压通道到的次数增加，胚料的晶粒逐步的细化，最后达到要求晶粒大小。

进一步地：所述等通道转角挤压通道一和等通道转角挤压通道二的模具内角模具外角相等，等通道转角挤压通道一和等通道转角挤压通道二的模具内角半径Rint和模具外角半径Rext相等；模具内角为90°；模具内角半径Rint为10mm。

进一步地：所述型腔是由两个半模拼合而成。

进一步地：所述模套上设置有十二个加热棒安装孔。模具挤压过程中靠加热棒保持恒定的温度。

进一步地：所述模套的内表面和型腔的外表面均为斜面，两者通过一个楔紧斜面来进行装配。

方案二：本发明提出的一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形方法，该方法是基于方案一所述一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置实现的，具体步骤：

一、将等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置、胚料放置在压力机上，并利用加热棒将成形装置及胚料加热到指定温度，并保持温度恒定；

二、冲头下行，首先在等通道转角挤压通道一的转角处胚料由于镦粗剪切作用，胚料实现晶粒的第一次细化；

三、冲头继续下行，在挤扭通道，胚料由于滑移和孪生作用发生晶粒的再次细化；

四、冲头继续下行，在等通道转角挤压通道二转角处胚料由于镦粗剪切作用，胚料实现晶粒的第三次细化；

五、冲头到达行程极限，压力机复位，将冲头取出放在等通道转角挤压通道二处，冲头再次下行依次经过等通道转角挤压通道二、挤扭通道和等通道转角挤压通道一，完成胚料晶粒的进一步细化；

六、如此往复的进行下去，以得到所需的超细晶材料。

进一步地：所述胚料为轻合金材料。

进一步地：所述胚料为镁合金或铝合金材料。

本发明所达到的效果为：

一、本发明将等通道转角挤压和挤扭两种塑性变形技术集合到同一装置上，相较于传统的分别采用单独的加工装置进行单独方式的加工，其效率可提高3倍以上。

二、本发明由两个等通道转角挤压通道和一个挤扭通道构成，能够增强胚料加工的连续性，提高生产效率。

三、本发明的装置可以根据要求，往复进行，直到或得所需的细晶材料。

四、本发明成本较为低廉，且生产效率高，可用于超细晶材料的制备

附图说明

图1是本发明的半剖结构图；

图2是本发明的整体结构立体图；

图3是等通道转角挤压通道和往复式挤扭复合成型的的一个半模的分体图；

图4是本发明的U字形复合挤压通道立体结构图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如附图所示本发明的实施例提供了一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置，包括冲头1、模套3、垫板4和型腔5；所述模套3安装在垫板4上，模套3上开设有多个加热棒安装孔6，所述型腔5设置在模套3内，型腔5开设有等通道转角挤压通道一5-1、挤扭通道5-2和等通道转角挤压通道二5-2，所述等通道转角挤压通道一5-1、挤扭通道5-2和等通道转角挤压通道二5-2构成U字形复合挤压通道，等通道转角挤压通道一5-1、挤扭通道5-2、等通道转角挤压通道二5-2的横截面均为正方形，且横截面积不变，所述挤扭通道5-2的横截面沿着挤压方向发生了90度的扭转，冲头1与等通道转角挤压通道一5-1和等通道转角挤压通道二5-2配合。胚料反复的经过等通道转角挤压通道一5-1、挤扭通道5-2和等通道转角挤压通道二5-2，随着胚料经过挤压通道到的次数增加，胚料的晶粒逐步的细化，最后达到要求晶粒大小。所述等通道转角挤压通道一5-1和等通道转角挤压通道二5-2的模具内角和模具外角相等、等通道转角挤压通道一5-1和等通道转角挤压通道二5-2的模具内角半径Rint和模具外角半径Rext相等；模具内角为90°；模具内角半径Rint为10mm。所述型腔5是由两个半模拼合而成。所述模套3上设置有十二个加热棒安装孔6。所述模套3的内表面和型腔5的外表面均为斜面，两者通过一个楔紧斜面来进行装配。

一种等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形方法，具体步骤：

一、将等通道转角挤压与往复式挤扭复合成形装置、胚料2放置在压力机上，并利用加热棒将成形装置及胚料加热到指定温度，并保持温度恒定；

二、冲头1下行，首先在等通道转角挤压通道一5-1的转角处胚料由于镦粗剪切作用，胚料实现晶粒的第一次细化；

三、冲头1继续下行，在挤扭通道5-2，胚料2由于滑移和孪生作用发生晶粒的再次细化；

四、冲头1继续下行，在等通道转角挤压通道二5-3转角处胚料由于镦粗剪切作用，胚料实现晶粒的第三次细化；

五、冲头1到达行程极限，压力机复位，将冲头1取出放在等通道转角挤压通道二5-3处，冲头再次下行依次经过等通道转角挤压通道二5-3、挤扭通道5-2和等通道转角挤压通道一5-1，完成胚料晶粒的进一步细化；

六、如此往复的进行下去，以得到所需的超细晶材料。

所述胚料为镁合金或铝合金材料。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。