一种棒材螺旋挤压模具及其使用方法与流程

本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种棒材螺旋挤压模具及其使用方法。

背景技术：

挤压方法是对通过冲头或凸模对凹模中的材料施加压力，使之产生塑性变形的一种加工方法。材料挤压过程中，产生三向压应力，即使是塑性较低的坯料，也可被挤压成形。基于传统的挤压方法，剧烈塑性变形衍生出一系列的新型挤压方式，例如，等通道挤压，沙漏挤压，扭挤等，此外，申请公布号为cn103447341a和cn104475475a的申请专利也在传统的挤压变形增加其他变形方式，通过复合变形实现材料的大塑性变形，变形效率更高。

通过大塑性变形实现材料的组织细化和性能提高是当今塑性加工的一个研究方向，采用复合加载方式可有效地提高材料的成形效率，挤压和扭转相结合是一种很有潜力的成形方式，基于上述考虑，参考海螺的螺旋线形态启发，提出新的挤压方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种棒材螺旋挤压模具及使用方法，实现材料的挤压和扭转相结合的复合成形方式，提高材料组织性能和成形效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种棒材螺旋挤压模具，包括冲头1、凹模2和垫块3；凹模2内设置有成型腔；所述的成型腔包括导入段4，冲头设置在导入段4内；导入段4的底部通过螺旋段5连接导出段6；所述的垫块3内设置有与导出段6对应的导出腔7。

进一步的，所述的导入段6的横截面是直径为d的圆形，导入段的长度为l；冲头1为一圆柱形的柱体，圆形横截面的直径为d，冲头的长度为5l/4；螺旋段6的上端横截面为大圆形，大圆形的直径为d，螺旋段6下端横截面为小圆形，小圆形的直径为d1，d1<d，螺旋段的长度为l/4，螺旋段的螺旋线的水平投影为部分的斐波那契螺旋线，在水平投影上，大圆形和小圆形分别与斐波那契螺旋线相切；垫块3的导出腔7直径径为5d/4。

一种棒材螺旋挤压模具的使用方法，其步骤为：

步骤一，准备：清洁凹模的成形型腔，所述的成型腔包括导入段，冲头设置在导入段内；导入段的底部通过螺旋段连接导出段，在第一预成形棒材外表面和凹模的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：将凹模放置在垫块上，所述的垫块内设置有与导出段对应的导出腔，使凹模的中心轴和垫块的中心轴同轴，将第一预成形棒材放置于凹模的成形型腔的导入段中，第一预成形棒材的下端面与螺旋段的上端面相接触，第一预成形棒材的上端面为挤压端面，冲头的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形棒材的挤压端面相接触；

步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形棒材，当冲头的挤压工作端面与凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行；

步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，当冲头完全从凹模的成形型腔出来时，将第二预变形棒材放置于凹模的成形型腔的导入段中，开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预变形棒材，当冲头的挤压端面与凹模的成形型腔的导入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，第二预变形棒材会将第一预变形棒材挤出凹模的成形型腔，第一预变形棒材依次经过凹模的导入段、螺旋段、导出段的变形，完成第一预成形棒材的偏轴旋挤变形；

步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，冲头完全从螺旋挤压模具的凹模的成形型腔出来。

进一步的，所述的导入段6的横截面是直径为d的圆形，导入段的长度为l；冲头1为一圆柱形的柱体，圆形横截面的直径为d，冲头的长度为5l/4；螺旋段6的上端横截面为大圆形，大圆形的直径为d，螺旋段6下端横截面为小圆形，小圆形的直径为d1，d1<d，螺旋段的长度为l/4，螺旋段的螺旋线的水平投影为部分的斐波那契螺旋线，在水平投影上，大圆形和小圆形分别与斐波那契螺旋线相切；垫块3的导出腔7直径径为5d/4。

本发明的有益效果：

本发明采用的螺旋挤压成形的技术方案，可实现棒材的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式。棒材受到模具成形型腔的限制，处于强烈的三向压应力状态，在剪切应力的作用下，材料的内部组织发生挤压变形和扭转变形，材料能够获得比传统单纯挤压成形更大的变形程度，有利于细化材料组织和提高材料性能。

本发明提供的一种用于棒材的螺旋挤压模具及其成形材料方法，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，极大地改善了材料内部的应力应变分布，提高了材料的综合性能。该发明设计合理可靠，成形方法简单，有利于提高生产效率。

附图说明

图1是螺旋挤压模具的结构示意图；

图2是螺旋挤压模具的凹模的成形型腔结构示意图；

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。

参照图1和图2所示，一种棒材螺旋挤压模具，包括冲头1、凹模2和垫块3；凹模2内设置有成型腔；所述的成型腔包括导入段4，冲头设置在导入段4内；导入段4的底部通过螺旋段5连接导出段6；所述的垫块3内设置有与导出段6对应的导出腔7。

所述的冲头1为，圆形横截面的直径为20mm，冲头1的长度为100mm；导入段4的横截面是直径为20mm的圆形，导入段4的长度为80mm；螺旋段5的上端面为大圆形，大圆形的直径为20mm，侠端面为小圆形，小圆形的直径为16mm，螺旋段5的长度为20mm，螺旋段5的螺旋线的水平投影为部分的斐波那契螺旋线，在水平投影上，大圆形和小圆形分别与斐波那契螺旋线相切；导出段6的横截面是直径为15mm的圆形，导出段6的长度为20mm；

垫块3为中导出腔的7内径为20mm。

本发明采用上述螺旋挤压模具成形材料的方法步骤为：

步骤一，准备：清洁螺旋挤压模具的凹模2的成形型腔，在第一预成形棒材外表面和的凹模2的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：凹模2放置在垫块3上，使凹模2的中心轴和垫块3的中心轴同轴，将第一预成形棒材放置于凹模2的成形型腔的导入段4中，第一预成形棒材的下端面与螺旋段5的上端面相接触，第一预成形棒材的上端面为挤压端面，冲头1的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形棒材的挤压端面相接触；

步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头1以8mm/s的挤压速度挤压第一预成形棒材，当冲头1的挤压工作端面与凹模2的成形型腔的导入段4的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行；

步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，当冲头1完全从凹模2的成形型腔出来时，将第二预变形棒材放置于凹模2的成形型腔的导入段4中，开启挤压装置，冲头1以8mm/s的挤压速度挤压第二预变形棒材，当冲头1的挤压端面与凹模2的成形型腔的导入段4的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行，第二预变形棒材会将第一预变形棒材挤出螺旋挤压模具的凹模2的成形型腔，第一预变形棒材依次经过凹模2的导入段4、螺旋段5、导出段6的变形，完成第一预成形棒材的偏轴旋挤变形；步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，冲头1完全从螺旋挤压模具的凹模2的成形型腔出来，得到的形棒材的直径为20mm，长度为60mm。