一种非对称挤压模具及其成形坯料的方法与流程

本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种非对称挤压模具及其成形坯料的方法。

背景技术：
等通道转角挤压（ECAP）是基于剧烈塑性塑性变形的一种新型挤压成形方法，材料经过ECAP模具通道转角时，受到强烈的剪切变形，达到细化材料晶粒、提高材料综合性能的目的。ECAP变形坯料挤出通道时的形状并非整齐端面，而是带有斜角坡度的非整齐端面，可见剪切变形本质就是一种不均匀变形，剪切带组织也是ECAP变性组织的一大特征。尽管ECAP制备超细晶材料的研究得到了大家的共识，但也存在一些不足，例如，模具型腔复杂，加工制造成本高，模具磨损大，挤压吨位要求高等。在中国专利公开号分别为CN101259493、CN1709605、CN2757953、CN2757954和CN2768921的发明专利申请中提出的制备超细晶材料所用的L形、U形、C形、S形转角往复挤压模具和反复镦粗挤压模具都是ECAP方法的延伸改造，并无实质性的工业创新。中国专利CN101134211B公开了一种L形挤压装置在ECAP在转角部设置了横向起偏角2°±10′，减小了挤压力，有效地防止了块体材料的开裂。中国专利CN103639223A公开了一种具有预应力组合凹模结构的ECAP挤压模具，有效地避免凹模的破裂，提高模具寿命。如何设计一种结构简单，制造容易，抗磨损，且对挤压设备吨位要求不高的挤压模具和方法是本发明所要解决的关键问题。

技术实现要素：
本发明旨在提供一种非对称挤压模具及其成形坯料的方法。本发明提供了一种非对称挤压模具，包括凸模、凹模，所述凸模包括顶板、衔接板和挤压棒，所述凹模外部为圆台形结构，内部空心为模具型腔，所述模具型腔从挤压入口开始依次分为挤入段、第一非对称挤压段、均匀挤压段、第二非对称挤压段和挤出段；所述挤压棒为四棱柱，其横截面是边长为M的正方形，四棱柱的长度为L；所述挤入段与凸模的挤压棒配合，挤入段型腔为四棱柱形，其横截面是边长为M的正方形，挤入段的长度为L；所述第一非对称挤压段为平滑过渡的渐缩段，其横截面从正方形平滑过渡为矩形，其纵截面为直角梯形；第一非对称挤压段与挤入段相接端面的横截面是边长为M的正方形，第一非对称挤压段与均匀挤压段相接端面的横截面是矩形，该矩形的长为M、宽为0.6M~0.75M，第一非对称挤压段的长度为L/5~L/4；所述均匀挤压段的型腔为四棱柱形，其横截面是矩形，该矩形的长为M、宽为0.6M~0.75M，均匀挤压段的长度为L/5~L/4；所述第二非对称挤压段为平滑过渡的渐缩段，其横截面从矩形平滑过渡为小矩形，其纵截面为直角梯形；所述第二非对称挤压段与均匀挤压段相接端面的横截面是矩形，该矩形的长为M、宽为0.6M~0.75M，第二非对称挤压段与挤出段相接端面的横截面是小矩形，该小矩形的长为M、宽为0.2M~0.5M，第二非对称挤压段的长度为L/5~L/4；所述挤出段的型腔为四棱柱形，其横截面是小矩形，该小矩形的长为M、宽为0.2M~0.5M，挤入段的长度为L/5~L/4。进一步地，所述第一非对称挤压段的倾斜面向内倾斜，第二非对称挤压段的倾斜面向内倾斜，第一非对称挤压段的倾斜面和第二非对称挤压段的倾斜面相向倾斜，所述挤出段与挤入段在竖直方向的中心线重合。本发明提供了一种非对称挤压模具成形坯料的方法，采用上述非对称挤压模具，包括以下步骤：（1）将模具装配完毕，对非对称挤压模具型腔涂抹冷挤压润滑剂，将第一预制坯料放入模具的挤入段型腔中；（2）凸模以5~10mm/s的挤压速度压入挤入段型腔；（3）当凸模的挤压棒端面与第一预制坯料的上端面贴合时，凸模以1~5mm/s的挤压速度挤压第一预制坯料，在挤压过程中，第一预制坯料在凸模的作用下，从挤入段型腔挤入第一非对称挤压段；（4）继续挤压，第一预制坯料依次进入均匀挤压段、第二非对称挤压段和挤出段；（5）将凸模从挤入段提出，然后将第二预制坯料放入模具的挤入段型腔中，重复以上步骤（2）（3）和（4），通过凸模的挤压作用，第二预制坯料依次进入第一非对称挤压段、均匀挤压段、第二非对称挤压段和挤出段；在第二预制坯料的挤压作用下，第一预制坯料从挤出段挤出，完成第一预制坯料的挤压成形；同样地，继续放入第三预制坯料，第四预制坯料，……，从而完成更多预制坯料的挤压成形。上述成形坯料的方法，所述坯料为四棱柱结构，其横截面是边长为M的正方形，长度为0.6L~0.8L。上述成形坯料的方法，所述模具装配的方法为：所述上垫板通过螺钉固定在上模座下方，凸模通过固定板和螺钉固定在上垫板下方，凹模装在凹模外圈内，凹模通过凹模外圈紧固，凹模外圈下部通过螺钉固定在下垫板上，下垫板通过螺钉固定在下模座上，上模座与下模座分别通过导套和导柱进行定位连接，模具型腔挤出段出口与下垫板的开口和下模座的开口相对，挤出段出口的中心轴线、下垫板开口的中心轴线、下模座的开口的中心轴线重合。本发明的有益效果：本发明采用的非对称挤压模具，可利用非对称挤压通道，使得坯料一侧受挤压作用，而另一侧不发生挤压，从而产生不均匀的剪切变形，在三向压应力作用下，剪切变形有利于材料等轴细小晶粒的形成。由于是光滑的直通道模具型腔，模具型腔的加工相对容易，另外也降低了挤压作用力，模具的磨损也降低。此外，通过两次反方向的非对称挤压作用，最后挤出的坯料形状规整，节约了材料，降低了能耗。附图说明图1为本发明模具型腔的立体结构示意图。图2为本发明模具型腔的平面结构示意图。图3为本发明非对称挤压模具的装配示意图。图4为本发明模具凸模的结构示意图。图5为图4的俯视图。图中，1、上模座，2、上垫板，3、固定板，4、导套，5、凸模，6、导柱，7、凹模外圈，8、凹模，9、模具型腔，10、坯料，11、下垫板，12、下模座，13、顶板，14、衔接板，15、挤压棒，I为挤入段，II为第一非对称挤压段，III为均匀挤压段，IV为第二非对称挤压段，V为挤出段。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。如图1~5所示，一种非对称挤压模具，包括凸模5、凹模8，所述凸模5包括顶板13、衔接板14和挤压棒15，所述凹模8外部为圆台形结构，内部空心为模具型腔9，所述模具型腔9从挤压入口开始依次分为挤入段I、第一非对称挤压段II、均匀挤压段III、第二非对称挤压段IV和挤出段V；所述挤压棒15为四棱柱，其横截面是边长为20mm的正方形，四棱柱的长度为40mm；所述挤入段I与凸模的挤压棒15配合，挤入段型腔为四棱柱形，其横截面是边长为20mm的正方形，挤入段的长度为40mm；所述第一非对称挤压段II为平滑过渡的渐缩段，其横截面从正方形平滑过渡为矩形，其纵截面为直角梯形；第一非对称挤压段II与挤入段I相接端面的横截面是边长为20mm的正方形，第一非对称挤压段II与均匀挤压段III相接端面的横截面是长、宽分别为20mm和15mm的矩形，第一非对称挤压段的长度为10mm；所述均匀挤压段III的型腔为四棱柱形，其横截面是长、宽分别为20mm和15mm的矩形，均匀挤压段的长度为10mm；所述第二非对称挤压段IV为平滑过渡的渐缩段，其横截面从大矩形平滑过渡为小矩形，其纵截面为直角梯形；第二非对称挤压段IV与均匀挤压段III相接端面的横截面是长、宽分别为20mm和15mm的矩形，第二非对称挤压段IV与挤出段V相接端面的横截面是长、宽分别为20mm和10mm的矩形，第二非对称挤压段的长度为10mm；所述挤出段V的型腔为四棱柱形，其横截面是长、宽分别为20mm和10mm的矩形，挤入段的长度为10mm。进一步地，所述第一非对称挤压段II的倾斜面向内倾斜，第二非对称挤压段IV的倾斜面向内倾斜，第一非对称挤压段II的倾斜面和第二非对称挤压段IV的倾斜面相向倾斜，所述挤出段V与挤入段I在竖直方向的中心线重合。本发明提供了一种非对称挤压模具成形坯料的方法，采用上述非对称挤压模具，包括以下步骤：（1）将模具装配完毕，对非对称挤压模具型腔涂抹冷挤压润滑剂，将第一预制坯料放入模具的挤入段型腔中；如图3所示，模具装配的方法为：所述上垫板2通过螺钉固定在上模座1下方，凸模5通过固定板3和螺钉固定在上垫板2下方，凹模8装在凹模外圈7内，凹模8通过凹模外圈7紧固，凹模外圈7下部通过螺钉固定在下垫板11上，下垫板11通过螺钉固定在下模座12上，上模座1与下模座12分别通过导套4和导柱6进行定位连接，模具型腔9挤出段出口与下垫板11的开口和下模座12的开口相对，挤出段出口的中心轴线、下垫板11开口的中心轴线、下模座12的开口的中心轴线重合。（2）凸模以8mm/s的挤压速度压入挤入段型腔；（3）当凸模的挤压棒端面与第一预制坯料的上端面贴合时，凸模以4mm/s的挤压速度挤压第一预制坯料，在挤压过程中，第一预制坯料在凸模的作用下，从挤入段型腔挤入第一非对称挤压段；（4）继续挤压，第一预制坯料依次进入均匀挤压段、第二非对称挤压段和挤出段；（5）将凸模从挤入段提出，然后将第二预制坯料放入模具的挤入段型腔中，重复以上步骤（2）（3）和（4），通过凸模的挤压作用，第二预制坯料依次进入第一非对称挤压段、均匀挤压段、第二非对称挤压段和挤出段；在第二预制坯料的挤压作用下，第一预制坯料从挤出段挤出，完成第一预制坯料的挤压成形；同样地，继续放入第三预制坯料，第四预制坯料，……，从而完成更多预制坯料的挤压成形。上述成形坯料的方法，所述坯料为四棱柱结构，其横截面是边长为20mm的正方形，长度为32mm。本发明的目的在于提出了一种非对称挤压模具及其成形坯料的方法，以满足现代生产的发展需求。与现有的ECAP模具相比，本发明模具结构简单易加工，磨损小，所需吨位设备小，降低了能耗，本发明的成形坯料方法操作简便，与现有的挤压模具与设备衔接好。通过更改模具的形状和尺寸，具体实施方式不变，可满足不同坯料的挤压成形要求，更多的成形实施例不便胜举。