一种等通道转角挤压模具及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种等通道转角挤压模具及方法，属于金属材料加工领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，等通道转角挤压（ECAP)已成为剧烈塑性变形（SPD)发展最为快速的技术 之一。ECAP可使材料在塑性变形时不改变试样断面的同时，累积大量的塑性变形，从而实现 材料的重复形变和晶粒细化。
[0003] 传统的ECAP成形技术的主要剪切变形区位于模具通道转角处，并且存在材料变 形不均匀的不足。为克服传统ECAP技术不能连续生产的问题，国内外研宄提出了很多改进 的ECAP技术，如连续剪切工艺、旋转模具ECAP、反复侧边挤压、等径角轧制等方法（中国有 色金属学报，2010，20(4): 587)，但上述ECAP改进技术存在所需工程力大，对设备要求 高等工业问题。如何实现多道次制备组织均匀的超细晶材料，以满足实际科研与生产的需 要是当今材料研宄亟待解决的难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种等通道转角挤压模具及方法，可实现坯料的晶粒细化功 效，本发明具有模具结构简单，挤压方法简便的优点。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的： 本发明提供了一种等通道转角挤压模具，包括螺栓和瓣模，瓣模I和瓣模II在结合面 完全贴合，两个瓣模上分别对应设有螺栓孔，二者通过螺栓紧固；两个瓣模组合成的结构中 心为模具的挤压模腔，所述挤压模腔为转角挤压模腔，转角挤压模腔分为模腔导入段、模腔 弯折一段、模腔弯折二段、模腔导出段； 所述模腔导入段为一等通道型腔，任意横截面形状均为边长为a的正方形，模腔导入 段长度为5a~8a ; 所述模腔弯折一段为一光滑过渡的等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方 形，模腔弯折一段的两个端面平行设置，上端面与模腔导入段接触，下端面与模腔弯折 二段接触，两个端面的中心点在垂直方向不重叠，模腔弯折一段的垂直方向的长度为c， C-O. 5； 所述模腔弯折二段为一光滑过渡的等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方形， 模腔弯折二段的两个端面平行设置，上端面与模腔弯折一段接触，下端面与模腔导出段接 触，模腔弯折二段的垂直方向的长度为c，c=0. 5a~a ; 所述模腔导出段为一等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方形，模腔导出段长 度为2a~3a。
[0006] 所述模腔导入段和模腔导出段均为四棱柱模腔，且二者的中心线同轴。
[0007] 本发明模具采用模具钢制作。
[0008] 所述模腔弯折一段的两个正方形端面存在以下几何关系：将两端面投影到 一个平面内，两正方形各自的一条对角线共线，两正方形的中心点的连线长度为b，b= a/ 2~a D
[0009] 瓣模I和瓣模II依靠螺栓连接定位固定组合成转角挤压通道，挤压杆位于转角挤 压通道的模腔导入段，可以自由进出模腔导入段，挤压杆与挤压动力结构相连接，挤压动力 结构为现有成熟技术。
[0010] 本发明提供了一种等通道转角挤压方法，采用上述模具，包括以下步骤： (1) 将第一根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第一根加工坯料沿模腔导 入段进入模腔弯折一段； (2) 当第一根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，将第二根加工坯料放入模腔导入段， 在挤压杆的作用下，第二根加工坯料沿模腔导入段进入模腔弯折一段； (3) 当第二根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第一根加工坯料从模腔导出段被挤 出，完成第一根加工坯料的第一道次转角挤压变形； (4) 再将第一根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第一根加工坯料沿模腔 导入段进入模腔弯折一段，当第一根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第二根加工坯料 从模腔导出段被挤出，完成第二根加工坯料的第一道次转角挤压变形； (5) 再将第二根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第二根加工坯料沿模腔 导入段进入模腔弯折一段，当第二根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第一根加工坯料 从模腔导出段被挤出，完成第一根加工坯料的第二道次转角挤压变形； (6) 重复步骤（4)完成第二根加工坯料的第二道次转角挤压变形； (7) 重复步骤（5)完成第一根加工坯料的第三道次转角挤压变形； (8) 依次重复步骤（4)和（5)，完成两根加工坯料的多道次转角挤压变形。
[0011] 所述加工坯料的横截面为边长为a的正方形，加工坯料的长度比模腔导入段的长 度短a~2a。
[0012] 本发明提出的等通道转角挤压方法及模具，由于转角挤压模具的挤压通道的模腔 横截面为相同形状尺寸的截面，导入段和模腔导出段的横截面形状和尺寸也不发生变化， 加工坯料变形前后的形状和尺寸也不发生变化，所以加工坯料可进行多道次变形，坯料就 可以获得无限大的应变，得到超细晶坯料，以改善坯料的性能。
[0013] 本发明与传统ECAP的设计原理有很大的不同之处，以传统的ECAP的正方单元体 变形后，两对端面保持正方形不发生变化，仅仅有一对端面由正方形变为菱形，而本发明的 等通道转角挤压方法，正方单元体发生变形后，而是有两对端面发生形状变化，由正方形变 为菱形，仅仅有一对端面不发生形状变化，在投影面的表现就是，传统ECAP是发生端面的 水平或者垂直平移，而本发明是发生端面的对角线平移，相当于在传统ECAP简单剪切的原 理基础上增强了剪切变形，因为比传统的ECAP成形性能更强。
[0014] 此外，本发明模具结构简单，加工容易，实用性强，可以制备纯金属、合金、金属基 复合材料、高分子材料等超细晶材料。此外，可对模具和材料进行一定的加热温度或者增大 模具通道转角的角度，实现难变形材料的制备，如镁合金等。
【附图说明】
[0015] 图1本发明的模具挤压型腔结构示意图。
[0016] 图2为模具的剖视图。
[0017] 图3为图2中沿A-A线的剖面图。
[0018] 图4为图2中沿B-B线的剖面图。
[0019] 图5为模腔弯折一段的两个正方形端面的投影关系图。
[0020] 图6为传统ECAP单元体变形段两正方形端面水平投影位置关系图。
[0021] 图7为利用本发明对纯铜进行转角挤压变形前后的组织图。
[0022] 图中：1.模腔导入段，2.模腔弯折一段，3.模腔弯折二段，4.模腔导出段，5.挤压 杆，6.瓣模I，7.瓣模II，8.螺栓。
[0023] 图7 (a)为变形前的组织图，图7 (b)为1道次变形后的组织图，图7 (c)为3道 次变形后的组织图。
【具体实施方式】
[0024] 实施例： 本实施例利用本发明的成形模具和方法对截面边长为IOmmX 1〇_，长度为50mm的工 业纯铜坯料进行等通道转角挤压变形。
[0025] 本实施例采用的一种等通道转角挤压模具，包括螺栓8和瓣模，瓣模I 6和瓣模 II 7在结合面完全贴合，两个瓣模上分别对应设有螺栓孔，二者通过螺栓8紧固；两个瓣 模组合成的结构中心为模具的挤压模腔，所述挤压模腔为转角挤压模腔，转角挤压模腔分 为模腔导入段1、模腔弯折一段2、模腔弯折二段3、模腔导出段4; 所述模腔导入段1为一等通道型腔，任意横截面形状均为边长为IOmm的正方形，模腔 导入段1长度为65mm ;