专利名称：一种用于制备超细晶材料的挤压装置的制作方法
技术领域：
一种用于制备超细晶材料的挤压装置
一、 技术领域-
本发明属于材料挤压装置，具体说是一种用于制备超细晶材料的挤压装置。
二、 背景技术-
20世纪80年代由前苏联科学家Segal提出等径通道挤压技术(Equal Channel Angle Pressing/Extrusion,简称ECAP/E)，利用该技术他们对材料进行多次加工从而获得特殊 的变形织构。ECAP/E方法采用的模具是由两个等截面通道相互交截而成的，这两个 通道的截面几何形状完全相同，按照一定的角度完全连接。挤压过程中，将与模具尺 寸紧密配合并与通道壁润滑良好的试样放入通道，用带有冲头的液压机向下挤压试样， 当试样经过两通道的交角时，试样就会产生近似于纯剪切的变形。进入20世纪90年 代后，Valiev发现利用该技术可以使材料产生大应变从而细化多晶材料的晶粒。由于 模具的几何特点，挤压过程中试样的横截面形状和面积都不会发生改变，因此可以反 复挤压，使试样经过多次挤压后的变形可以累加到相当大的总应变量，晶粒尺寸将被 细化到亚微米级甚至纳米量级(当晶粒平均尺寸在100nm~lpm范围内时通常称为超 细晶材料(Ultrafme Grained, UFG))。与其他一些制备超细晶材料的方法相比，该方 法克服了其他方法带来的材料致密度差、缺陷多、易污染、组分要求严格等缺点，工 艺要求简单，以获得洁净的超细晶材料。
采用ECAP/E方法获得超细晶材料的关键在于设计加工合适的挤压装置。特别是 挤压长径比较大的试样时，由于挤压凸模较长，为了防止挤压过程中其倾斜导致的挤 压凸模折断，需要为挤压装置配置具有导柱、导套的模架实施导向，或要求挤压试验 机的导向机构具有很高的精度，这就大大地增加了实验的成本。
三、 发明内容
为克服现有技术中挤压装置因导向要求而带来的成本高的缺点，本发明提出一种 用于制备超细晶材料的挤压装置。
本发明包括同轴安装的凹模、凸模，挤压冲头、凹模外套和上压板。其中，凹模 置于凹模外套内，顶部露出凹模外套，并使挤压孔与出料孔的位置相对应；上压板套 压在凹模上，并通过紧固螺钉固定在凹模外套的上表面。将凸模的挤压部分装入凹模 细长孔内，凸模顶端的导向头处于上压板的导向套通孔内。挤压冲头位于上压板的导
向套通孔内，且压在凸模的顶端端面；挤压冲头的顶部露在上压板外。
凸模顶端为导向头，与上压板的导向套通孔之间间隙配合；凸模的挤压部分与凹
模内孔之间间隙配合，长度略大于凹模中心细长孔的深度。凸模的顶部加工有螺纹孔。 凹模外套的中心有凹模的安装孔，该安装孔的直径同凹模的外径，深度小于凹模
的高度，孔底部的中心开有通孔；凹模外套的一侧壁的中部开有出料孔，该出料孔的 位置与凹模上的挤压孔的位置相对应。凹模外套的壁上有螺纹紧固孔。
凹模的中心有与凸模挤压部分相配合的孔；在孔底部的凹模侧壁上，有一贯通凹 模壁的挤压孔，该挤压孔与凹模外套上的侧壁中部的出料孔相接，横截面尺寸与凹模 中心细长孔的横截面尺寸相同。
上压板包括基座和导向套，为阶梯状的中空结构；基座的外径同凹模外套的外径， 表面上环圆周均布有连接孔和导向杆的加强筋板。导向套位于基座之上。导向套内孔 和基座内孔的上部分均与凸模导向头间隙配合，这两部分内孔的总深度大于凸模的总 长度；基座内孔的下部分与凹模配合安装，该部分基座内孔的深度略小于凹模外露在 凹模外套外的高度。
挤压冲头为轴向剖面为"T"字形的圆柱体，其下部为与上压板的导向套通孔相 配合的圆柱，长度大于导向套部分通孔深度。
为了将凹模压紧，通过上压板和凹模外套上对应分布的连接孔将上压板和凹模外 套固连为一体。同时为了防止使用过程中凹模在凹模外套中转动，通过凹模外套壁上 的紧固孔固定凹模。
为了便于向凹模内装入挤压试样，本发明还设计一个圆筒形装料辅具，该辅具的 外径与导向套的通孔内径相配合，内径与凹模中心的直孔内径相同，长度大于上压板 的导向套通孔的深度。
与现有技术相比，本发明的上压板具有导向作用，因而无需为挤压装置单独设计 导向机构，也不需要精度很高的挤压试验机，从而达到了降低挤压装置成本的目的， 同时也具有设计原理简单、容易实现、操作简便、试验过程安全的特点。
附图1是用于制备超细晶材料的挤压装置的结构示意图。 附图2是上压板的俯视图。
附图3是上压板的剖视图。其中-
I. 挤压冲头2.上压板 3.紧固螺栓 4.凹模 5.试样
6.凸模 7.凹模紧固螺钉8.凹模外套 9.装料顶杆 10.装料辅具
II. 拔出螺栓
五具体实施方式
如图1所示，用于超细晶材料的挤压装置包括凸模6、凹模4、凹模外套8、上压 板2、试样5、挤压冲头l、紧固螺栓4、凹模紧固螺钉7、装料辅具IO、装料顶杆9 和拔出螺栓ll。
凸模6为圆形的杆状，顶端为导向头，其直径小于上压板导向套的内径，并且两 者之间间隙配合，长度略大于凹模中心细长孔的深度；导向头以下的挤压杆是凸模6 的挤压杆，其直径亦略小于凹模内孔的直径，两者之间间隙配合。为了便于使用时将 凸模6由上压板2和凹模4中取出，在凸模6顶端中心有一个螺纹孔。
凹模外套8为圆形，其中心为凹模4的安装孔，该安装孔的直径同凹模4的外径， 深度小于凹模4的高度；孔底部的中心开有直径为安装孔直径二分之一的通孔；凹模 外套的一侧壁的中部开有一斜开的出料孔，该出料孔的位置与凹模4上的挤压孔的位 置相对应，直径亦大于挤压孔。在凹模外套8另一侧侧壁中部有凹模紧固螺钉的孔。
凹模4为圆柱形，其中心有一个与凸模6挤压部分相配合的细长孔；在孔底部的 凹模侧壁上，有一贯通凹模壁的斜开的挤压孔，该挤压孔与凹模外套8上的侧壁中部 的出料孔相接，横截面尺寸与凹模4中心细长孔的横截面尺寸相同。由于凹模外套8 直孔的深度小于凹模4的高度，因此凹模4上部外露在凹模外套8外。
为便于取出凸模6，采用普通螺栓作为拔出螺栓ll，其螺纹与凸模6顶部螺纹孔 相配合，长度大于上压板2顶部通孔的深度，它用来将凸模6由凹模4和上压板2中 拔出。
如图2、 3所示，上压板2为有内孔的阶梯状圆柱，其轴向剖面为下边大、上边小 的"T"字形，其大直径端为上压板2的基座，小直径端为凸模6的导向套。上压板 基座的外径同凹模外套8的外径，基座的表面上环圆周均布有四个紧固螺栓的连接孔 和四个导向套的加强筋板。
上压板2的内孔亦为阶梯状导向套内孔和基座内孔的上部分均与凸模导向头间
隙配合，这两部分内孔的总长度大于凸模的总长度；基座内孔的下部分与凹模4过盈 配合，该部分基座内孔的深度略小于凹模4外露在凹模外套8外的高度；
挤压冲头1为轴向剖面为"T"字形的圆柱体，其下部为与上压板2的导向套通 孔相配合的圆柱，长度大于导向套部分通孔深度。
为了将凹模4压紧，上压板2和凹模外套8上分别开有对称分布的螺栓通孔和内 螺纹，用紧固螺栓3将上压板2和凹模外套8固连为一体。同时为了防止使用过程中 凹模4在凹模外套8中转动，凹模外套8壁上开有紧固孔，该紧固孔侧壁为内螺纹， 凹模紧固螺钉7拧入该紧固孔后可以顶紧凹模4，从而起到防止其转动的作用。
圆筒形装料辅具10的外径与上压板2上阶梯部分的通孔内径相配合，内径与凹模 4中心的直孔内径相同，长度大于上压板2的上阶梯部分的通孔的深度。
将凹模4置于凹模外套8内，顶部露出凹模外套8，并使挤压孔与出料孔的位置 相对应；上压板2套压在凹模4上，并通过紧固螺钉固定在凹模外套8的上表面。将 凸模6的挤压部分装入凹模4细长孔内，凸模顶端的导向头处于上压板2的导向孔内。 挤压冲头1位于上压板2的导向孔内，且压在凸模6的顶端端面；挤压冲头l的顶部 露在上压板2外。
试样5的长度略短于凹模4中心直孔深度，横截面尺寸与凹模4中心直孔相配合。
权利要求1.一种用于超细晶材料的挤压装置，包括挤压模具和挤压冲头，其特征在于还包括凹模外套和上压板，挤压模具包括同轴安装的凹模和凸模；其中，凹模置于凹模外套内，顶部露出凹模外套，并使挤压孔与出料孔的位置相对应；上压板(2)套压在凹模(6)上，并通过紧固螺钉固定在凹模外套的上表面；凸模的挤压部分装入凹模细长孔内，凸模顶端的导向头处于上压板的导向套通孔内；挤压冲头(1)位于上压板(2)的导向套通孔内，其下端压在凸模(6)顶端的端面；
2. 如权利要求l所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于凸模(6)包括导向头 和挤压杆；凸模(6)顶端的导向头与上压板(2)的导向套通孔之间间隙配合，挤 压杆与凹模(4)内孔之间间隙配合，长度略大于凹模中心细长孔的深度。
3. 如权利要求l所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于凹模外套(8)的中心 有凹模(4)的安装孔，该安装孔的直径同凹模的外径，深度小于凹模的高度，孔 底部的中心开有通孔；凹模外套的一侧壁的中部开有出料孔，该出料孔的位置与凹 模上的挤压孔的位置相对应。凹模外套的壁上有螺纹紧固孔。
4. 如权利要求1所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于凹模(4)的中心有与 凸模(6)挤压部分相配合的孔；在孔底部的凹模侧壁上，有贯通凹模壁的挤压孔， 该挤压孔与凹模外套(8)上的侧壁中部的出料孔相接，横截面尺寸与凹模中心细 长孔的横截面尺寸相同。
5. 如权利要求l所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于上压板(2)的内孔为"T"字形，并且小内径孔与凸模(6)的导向头间隙配合，大内径孔套在凹模(4) 上；
6. 如权利要求l所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于挤压冲头(1)为轴向 剖面为"T"字形的圆柱体，其下部为与上压板的导向套通孔相配合的圆柱，长度 大于导向套部分通孔深度。
7. 如权利要求l所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于将上压板(2)和凹模 外套(8)固连为一体；通过凹模外套壁上的紧固孔固定凹模(4)。
8. 如权利要求5所述用于超细晶材料的挤压装置，其特征在于上压板(2)与凸模(6) 的导向头配合部分内孔的总深度大于凸模的总长度，与凹模(4)配合部分内孔深 度略小于凹模外露在凹模外套外的高度。
专利摘要本实用新型是一种用于超细晶材料的挤压装置，包括同轴安装的凹模(4)、凸模(6)，挤压冲头(1)、凹模外套(8)和上压板(2)。凹模(4)置于凹模外套(8)内，顶部露出凹模外套，并使挤压孔与出料孔的位置相对应；上压板(2)套压在凹模(4)上，并固定在凹模外套(8)的上表面。将凸模(6)的挤压部分装入凹模(4)内，凸模(6)顶端的导向头处于上压板(2)的导向套通孔内。挤压冲头(1)位于上压板的通孔内，且压在凸模(6)的顶端端面。本发明无需为挤压装置单独设计导向机构和精度很高的挤压试验机，从而达到了降低挤压装置成本的目的，具有设计原理简单、容易实现、操作简便、试验过程安全的特点。
文档编号B21C23/00GK201186305SQ200820029000
公开日2009年1月28日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者李玉龙, 涛 索, 峰 赵, 郝江南, 郭伟国 申请人:西北工业大学