一种管材的大塑性成形模具及其成形方法与流程

本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种管材的大塑性成形模具及其成形方法。

背景技术：

管材在工业生产中广泛使用，管材的塑性加工技术具有低能耗、省材料、高效率等优点，成为管材加工的一种重要手段。基于传统的管材成形方法，大塑性成形衍生出一系列的新型管材成形方式，例如，高压扭转(hpt)系列的high-pressuretubetwisting(hptt)，tubechannelpressing(tcp)，paralleltubularchannelangularpressing(ptcap)及等径角挤压(ecap)系列的tubularchannelangularpressing(tcap)等(scichinatechsci，2012，55：1-6)，此外，申请公布号为cn104307908a和cn102430609a的申请专利也提出在传统的管材挤压变形的基础上增加其他扭转变形方式实现材料的大塑性变形，从而提高管材的成形效率。

通过大塑性成形实现管材的成形是当今管材塑性加工的一个研究方向，基于ecap的管材成形技术可有效地提高管材的成形效率和改善材料的组织及性能。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种管材的大塑性成形模具及其成形方法，可实现管材的大塑性挤压成形，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：

一种管材的大塑性成形模具，由上内环冲头，下内环冲头，上外环冲头，下外环冲头，主轴，隔环和外环组成，由上述部件可组成管材的大塑性成形模具的通道，通道包括：内通道，横通道和外通道；

所述上内环冲头和下内环冲头均为一圆环，内径为2r，壁厚为m，高度为h/2～3h/4；

所述上外环冲头和上外环冲头均为一圆环，内径为2(r+2m)，壁厚为m，高度为h/2～3h/4；

所述主轴为一圆柱体，直径为2r，高度为h；

所述隔环为两个圆环，每个圆环的内径为2(r+m)，壁厚为m，高度为(h-m)/2；

所述外环为一圆环，内径为2(r+3m)，高度为h。

一种管材的大塑性成形方法，采用上述的管材的大塑性成形模具来实现的成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，准备：对管材内外壁进行清洁处理，清洁管材的大塑性成形模具的上内环冲头，下内环冲头，上外环冲头，下外环冲头和隔环的内外壁，清洁管材的大塑性成形模具的外环的内壁，清洁管材的大塑性成形模具的主轴的外壁，在管材内外壁和管材的大塑性成形模具的上内环冲头，下内环冲头，上外环冲头，下外环冲头和隔环的内外壁上涂抹挤压润滑剂，在管材内外壁和管材的大塑性成形模具的主轴的外壁和外环的内壁上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：下内环冲头，管材和上内环冲头依次套在主轴上，使管材处于下内环冲头和上内环冲头之间，隔环套在下内环冲头，管材和上内环冲头上，上外环冲头和下外环冲头套在隔环上，上外环冲头的下端面和下外环冲头的上端面相接触，外环套在上外环冲头和下外环冲头上；

步骤三，挤压成形i：开启上内环冲头和下内环冲头的挤压运行，上内环冲头和下内环冲头同时以1～5mm/s的挤压速度挤压管材，当管材充满管材的大塑性成形模具的横通道时，停止上内环冲头和下内环冲头的挤压运行；

步骤四，挤压成形ii：开启上内环冲头和下内环冲头的挤压运行，上内环冲头和下内环冲头同时以1～10mm/s的挤压速度挤压管材，当上内环冲头的下端面和下内环冲头的上端面接触时，停止上内环冲头和下内环冲头的挤压运行；

步骤五，挤压成形iii：开启上外环冲头和下外环冲头的挤压运行，上外环冲头和下外环冲头同时以1～10mm/s的挤压速度挤压管材，当上外环冲头的下端面和下外环冲头的上端面接触时，停止上外环冲头和下外环冲头的挤压运行；

步骤六，重复挤压：步骤四和步骤五为一道次管材的大塑性成形，重复步骤四和步骤五，完成多道次的管材的大塑性成形；

步骤七，结束挤压：开启上内环冲头的挤压运行，上内环冲头以1～5mm/s的挤压速度挤压管材，当上内环冲头的上端面与主轴的上端面持平时，停止上内环冲头的挤压运行，将下内环冲头放在上内环冲头上，使上内环冲头的上端面和下内环冲头的下端面完全重合，开启下内环冲头的挤压运行，下内环冲头以1～5mm/s的挤压速度挤压管材，当管材完全从内通道挤出时，停止上内环冲头的挤压运行。

上述管材的大塑性成形方法，所述管材的内径为2r，壁厚为m，长度为h/3～3h/4。

本发明提出了一种用于管材的大塑性成形模具，利用本发明使管材在管材的大塑性成形模具的内通道、横通道和外通道之间变形。

本发明采取的管材的大塑性成形的技术方案，实现了管材的剪切挤压成形，管材受到模具的三向压应力状态，在内通道和横通道，横通道和外通道两个直角转角处剪切应力的作用下，极大地改善了材料内部的应力应变分布，材料的内部组织发生剪切应变，多道次管材的大塑性成形能够使管材累积大的塑性变形，有利于细化材料组织，改善材料的综合力学性能。该发明设计合理可靠，具有成形方法简单，操作简便等优点，提高管材的成形效果。

附图说明

图1是管材的大塑性成形模具的剖面结构示意图；

图2是图1中a-a位置的剖视图；

图3是管材的大塑性成形模具的通道示意图；

图4是管材的大塑性成形模具的通道平面示意图；

图中：1.上内环冲头，2.下内环冲头，3.上外环冲头，4.下外环冲头，5.主轴，6.隔环，7.外环，8.内通道，9.横通道，10.外通道

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：内径为10mm，壁厚为5mm，长度为25mm的管材的大塑性成形模具及其成形方法。

图1～3示出了管材的大塑性成形模具的结构示意图，管材的大塑性成形模具由上内环冲头1，下内环冲头2，上外环冲头3，下外环冲头4，主轴5，隔环6和外环7组成，由上述部件可组成管材的大塑性成形模具的通道，通道包括：内通道，横通道和外通道；

所述上内环冲头1和下内环冲头2均为一圆环，内径为10mm，壁厚为5mm，高度为30mm；

所述上外环冲头3和上外环冲头3均为一圆环，内径为30mm，壁厚为5mm，高度为30mm；

所述主轴5为一圆柱体，直径为10mm，高度为50mm；

所述隔环6为两个圆环，每个圆环的内径为20mm，壁厚为5mm，高度为22.5mm；

所述外环7为一圆环，内径为80mm，高度为50mm。

本发明采用上述的管材的大塑性成形模具来实现的成形方法，包括以下步骤：

步骤一，准备：对管材内外壁进行清洁处理，清洁管材的大塑性成形模具的上内环冲头1，下内环冲头2，上外环冲头3，下外环冲头4和隔环6的内外壁，清洁管材的大塑性成形模具的外环7的内壁，清洁管材的大塑性成形模具的主轴5的外壁，在管材内外壁和管材的大塑性成形模具的上内环冲头1，下内环冲头2，上外环冲头3，下外环冲头4和隔环6的内外壁上涂抹挤压润滑剂，在管材内外壁和管材的大塑性成形模具的主轴5的外壁和外环7的内壁上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：下内环冲头2，管材和上内环冲头1依次套在主轴5上，使管材处于下内环冲头2和上内环冲头1之间，隔环6套在下内环冲头2，管材和上内环冲头1上，上外环冲头3和下外环冲头4套在隔环6上，上外环冲头3的下端面和下外环冲头4的上端面相接触，外环7套在上外环冲头3和下外环冲头4上；

步骤三，挤压成形i：开启上内环冲头1和下内环冲头2的挤压运行，上内环冲头1和下内环冲头2同时以2mm/s的挤压速度挤压管材，当管材充满管材的大塑性成形模具的横通道时，停止上内环冲头1和下内环冲头2的挤压运行；

步骤四，挤压成形ii：开启上内环冲头1和下内环冲头2的挤压运行，上内环冲头1和下内环冲头2同时以8mm/s的挤压速度挤压管材，当上内环冲头1的下端面和下内环冲头2的上端面接触时，停止上内环冲头1和下内环冲头2的挤压运行；

步骤五，挤压成形iii：开启上外环冲头3和下外环冲头4的挤压运行，上外环冲头3和下外环冲头4同时以8mm/s的挤压速度挤压管材，当上外环冲头3的下端面和下外环冲头4的上端面接触时，停止上外环冲头3和下外环冲头4的挤压运行；

步骤六，重复挤压：步骤四和步骤五为一道次管材的大塑性成形，重复步骤四和步骤五，完成多道次的管材的大塑性成形；

步骤七，结束挤压：开启上内环冲头1的挤压运行，上内环冲头1以2mm/s的挤压速度挤压管材，当上内环冲头1的上端面与主轴5的上端面持平时，停止上内环冲头1的挤压运行，将下内环冲头2放在上内环冲头1上，使上内环冲头1的上端面和下内环冲头2的下端面完全重合，开启下内环冲头2的挤压运行，下内环冲头2以2mm/s的挤压速度挤压管材，当管材完全从内通道挤出时，停止上内环冲头1的挤压运行。

本发明的目的在于提出了一种管材的大塑性成形模具及其成形方法，可实现管材的大塑性挤压成形，通过细化材料晶粒，改善材料的组织性能，可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，满足不同管材的成形要求，更多的成形实施例不便胜举。