一种转角叠挤模具及其成形材料方法与流程

本发明属于金属材料挤压技术领域，具体涉及一种累积转角叠挤模具及其成形材料方法。

背景技术：

近年来，作为剧烈塑性变形(spd)技术最具代表的等通道角挤压(ecap)方法越来越受到关注，ecap可实现材料多道次的剪切塑性变形来细化组织晶粒，改善材料的综合力学性能。公开号分别为cn101259493、cn1709605、cn2757953、cn2757954、cn104874631、cn104874630、cn104307912和cn2768921的发明专利在原有ecap的基础上进行了改进，此外，累积叠轧焊(arb)技术是spd的另外一种技术，它具有工艺简单、变形量大、设备载荷大、可实现连续性地生产大体积超细晶材料等优点，但是arb存在的变形材料易开裂的缺点。

由此，技术启示能否将ecap和arb相结合可实现两者扬长避短的技术优势，实现材料的高效细化功效。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种转角叠挤模具及其成形材料方法，可实现金属材料的大塑性挤压成形，通过细化材料晶粒，改善材料的组织性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种转角叠挤模具，由上冲头，凹模和下冲头组成，转角叠挤模具的凹模的型腔是一型的空腔，由上竖通道，上转通道，下竖通道和下转通道组成；

所述上冲头和下冲头均为一横截面为正方形的柱体，正方形的边长为d，柱体的长度为5l/4；

所述上竖通道的横截面为正方形，正方形的边长为d，上竖通道的长度为l，上竖通道的下端面一直角边为倒圆角边，圆角半径为r；

所述上转通道的一个端面为正方形，正方形的边长为d，另一个端面为矩形，矩形的长边为d，短边为d/2，上转通道的长度为l/2；

所述下竖通道的结构和形状与上竖通道的结构和形状相同；

所述下转通道的结构和形状与上转通道的结构和形状相同；

所述上竖通道和上转通道组成一型的空腔，下竖通道和下转通道组成一型的空腔；

所述上竖通道与下竖通道关于水平面对称分布，上转通道与下转通道关于水平面对称分布，两水平面为同一水平面。

一种转角叠挤成形材料方法，采用上述的转角叠挤模具来实现的成形材料方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对转角叠挤模具的凹模的型腔涂抹挤压润滑剂，将1代棒材i放入凹模的上竖通道内，将1代棒材ii放入凹模的下竖通道内，将上冲头放入凹模的上竖通道内，将下冲头放入凹模的下竖通道内；

(2)上冲头和下冲头同时分别以5～10mm/s的挤压速度挤压上竖通道的1代棒材i和下竖通道的1代棒材ii；

(3)当上冲头的下端面运行到距上竖通道上端面l-r时，停止上冲头的挤压运行，当下冲头的上端面运行到距下竖通道下端面l-r时，停止下冲头的挤压运行，将上冲头和下冲头分别从上竖通道和下竖通道提升出；

(4)将1代棒材iii放入凹模的上竖通道内，将1代棒材iv放入凹模的下竖通道内，将上冲头放入凹模的上竖通道内，将下冲头放入凹模的下竖通道内；

(5)重复步骤(2)和(3)，1代棒材i和1代棒材ii由于挤压贴合形成2代棒材i，2代棒材i从上转通道和下转通道挤出，完成2代棒材i的挤压；

(6)依照上述步骤，可完成2代棒材，3代棒材，4代棒材以及道次更多和代数更高的棒材的挤压成形。

上述转角叠挤成形材料方法，所述1代棒材的横截面为正方形的柱体，正方形的边长为d，柱体的长度为b，d＜b≤0.9l/n，n为棒材的代数，n取≥2的整数。

本发明提出了一种用于转角叠挤模具，1代棒材在模具的三向压应力状态下，在转角叠挤模具的上竖通道，上转通道和下竖通道，下转通道之间变形，在转角处实现剪切变形，并利用两个1代棒材的挤压贴合形成2代棒材，2代棒材还可以重复挤压，实现多道次挤压，形成代数更高的棒材，从而完成大塑性的变形。转角叠挤大的成形方式有利于细化材料组织，改善材料的综合力学性能。

附图说明

图1是转角叠挤模具的剖面结构示意图；

图2是转角叠挤模具的通道的结构示意图；

图3是转角叠挤模具的通道的主视图；

图4是转角叠挤模具的通道的右视图；

图中：1.上冲头，2.凹模，3.下冲头，4.上竖通道，5.上转通道，6.下竖通道，7.下转通道

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：正方形横截面的边长为10mm的柱体，柱体的长度为15mm的1代棒材的转角叠挤模具及其成形材料方法，最终要实现的棒材代数n为2。

图1～3示出了转角叠挤模具的结构示意图，转角叠挤模具，由上冲头，凹模和下冲头组成，转角叠挤模具的凹模的型腔是一型的空腔，由上竖通道，上转通道，下竖通道和下转通道组成；

所述上冲头和下冲头均为一横截面为正方形的柱体，正方形的边长为10mm，柱体的长度为75mm；

所述上竖通道的横截面为正方形，正方形的边长为10mm，上竖通道的长度为60mm，上竖通道的下端面一直角边为倒圆角边，圆角半径为3mm；

所述上转通道的一个端面为正方形，正方形的边长为10mm，另一个端面为矩形，矩形的长边为10mm，短边为5mm，上转通道的长度为30mm；

所述下竖通道的结构和形状与上竖通道的结构和形状相同；

所述下转通道的结构和形状与上转通道的结构和形状相同；

所述上竖通道和上转通道组成一型的空腔，下竖通道和下转通道组成一型的空腔；

所述上竖通道与下竖通道关于水平面对称分布，上转通道与下转通道关于水平面对称分布，两水平面为同一水平面。

本发明采用上述的转角叠挤模具来实现的成形材料方法，包括以下步骤：

(1)对转角叠挤模具的凹模的型腔涂抹挤压润滑剂，将1代棒材i放入凹模的上竖通道内，将1代棒材ii放入凹模的下竖通道内，将上冲头放入凹模的上竖通道内，将下冲头放入凹模的下竖通道内；

(2)上冲头和下冲头同时分别以8mm/s的挤压速度挤压上竖通道的1代棒材i和下竖通道的1代棒材ii；

(3)当上冲头的下端面运行到距上竖通道上端面l-r时，停止上冲头的挤压运行，当下冲头的上端面运行到距下竖通道下端面l-r时，停止下冲头的挤压运行，将上冲头和下冲头分别从上竖通道和下竖通道提升出；

(4)将1代棒材iii放入凹模的上竖通道内，将1代棒材iv放入凹模的下竖通道内，将上冲头放入凹模的上竖通道内，将下冲头放入凹模的下竖通道内；

(5)重复步骤(2)和(3)，1代棒材i和1代棒材ii由于挤压贴合形成2代棒材i，2代棒材i从上转通道和下转通道挤出，完成2代棒材i的挤压。

本发明的目的在于提出了一种转角叠挤模具及其成形材料方法，可实现棒材转角叠挤的大塑性挤压成形，通过细化材料晶粒，改善材料性能，满足材料科学工程中科研和生产的需求。通过更改模具的形状和尺寸，具体实施方式不变，满足不同规格尺寸棒材的成形要求，更多的成形实施例不便胜举。