一种超声波辅助挤压装置及方法与流程

本发明涉及一种超声挤压装置及方法，具体涉及一种超声波辅助挤压装置及方法，属于材料塑性成型技术领域。

背景技术：

超声振动塑性成形机理的解释主要有：体积效应和表面效应。对于体积效应的解释主要基于位错相关的热致软化，超声波的高能激振促使晶体内部位错迁移和增殖，位错密度增加，微观组织的自我调节能力增强，当晶体内部能量积累到一定程度，就可以脱离约束产生塑性变形。表面效应的解释主要考虑外部的影响，超声振动与模具之间的间歇式接触，使得坯料与加工工具在每个振动周期内会有瞬间的分离，使得摩擦力减小；同时摩擦力方向的周期性变化，使摩擦力不但没有阻碍加工，反而成为加工动力；此外振动造成的局部热效应使得加工过程中的粘焊现象减少。

室温时，镁合金晶体中只有基面能够产生位错滑移，此时的塑性变形能力非常差，然而随着温度的升高，能够激活一些棱柱面和锥面等潜在非基面滑移系，镁合金的塑性变形能力得到很大程度的提高，同时随着变形过程中温度的升高，材料的屈服强度会降低，因此在外部载荷不变的情况下，材料的变形程度会相应的增加。超声波是机械能的一种，当它在固体介质中传播时，能量中的一部分会被吸收或者发生损耗，因为超生波在传播过程中会有热弹性损失、晶体位错之间的内摩擦、磁滞损失等，并且这些损失掉的能量将会转化成热能，造成介质内部温度的升高，因此本装置基于这一现象提出了一种超声波辅助挤压装置，期望能够对镁合金常温挤压成形提供参考。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了克服镁合金常温塑性变形较难的问题，提供了一种超声辅助挤压装置及方法，能够在常温环境下实现镁合金的塑性变形。

方案一：本发明提供了一种超声波辅助挤压装置，包括模具挤压装置，所述模具挤压装置包括：型腔、挤压型芯、型芯固定板和模具垫板；型芯固定板安装在模具垫板上，挤压型芯安装在型芯固定板内，型芯固定板的上端面上固定安装有型腔，型腔与挤压型芯连通，胚料置于型腔内，冲头置于型腔中心的正上方；一种超声波辅助挤压装置还包括超声波辅助系统，所述超声波辅助系统包括：超声波发生器、多个换能器、多个变幅杆和多个换能器固定块；换能器、变幅杆和换能器固定块数量相同；所述多个换能器环形阵列在型芯固定板的周围，每个换能器均通过一个换能器固定块与模具垫板建立连接，超声波发生器与换能器连接，每个换能器的内端均安装有一个变幅杆，型芯固定板上设置有变幅杆安装孔，所述变幅杆插入变幅杆安装孔内。胚料通过超声波辅助装置和挤压型芯的作用，可挤压成板料状棒料或圆柱状棒料。超声波发生器通过换能器将能量转换到的变幅杆，从而完成辅助挤压过程。变幅杆安装孔，便于变幅杆的安装。

进一步地：所述变幅杆水平插入型芯固定板内，且变幅杆的轴线与型芯固定板的中心线垂直相交。

进一步地：所述超声波辅助系统还包括与变幅杆数量一致的变幅杆固定块，每个变幅杆均通过一个变幅杆固定块与模具垫板建立连接。

进一步地：所述挤压型芯为板条挤压型芯或正挤压型芯。型芯固定板上可以安装各种挤压型芯，例如：板条挤压型芯和正挤压型芯，一种模具上可以完成多种方式的超声挤压，可根据需要制成不同形状的棒料。

进一步地：型腔和型芯固定板通过四个螺栓连接在一起。

进一步地：型芯固定板、换能器固定块和变幅杆固定块，通过焊接的方式固定在模具垫板上。

方案二：本发明提出的一种超声波辅助挤压方法，该方法是基于方案一所述的超声波辅助系统和模具挤压装置实现的，具体步骤：

一、将整套装置放置在压力机上；

二、开启超声波辅助系统；

三、将胚料放入模具中；

四、冲头下行，根据凹模型芯的类型，可挤压成圆柱形棒料、板条形状。

本发明用于圆柱形棒料和板条形棒料的挤压。

进一步地：所述胚料为铝合金或镁合金等轻合金材料。

有益效果：

本发明由超声波辅助系统和模具挤压装置构成；胚料通过超声波辅助挤压后能够提高挤压表面的光洁度，并且能够提高挤压表面的细晶层深度，从而提高挤压质量。本发明将整套装置放置在压力机上；开启超声波辅助系统；将胚料放入模具中；冲头下行，根据凹模型芯的类型，可挤压成圆柱形棒料、板条等形状。本发明用于圆柱形棒料和板条形棒料的挤压。

附图说明

图1是本发明的整体剖视图；

图2是本发明的三维示意图；

图3是本发明的模具示意图；

图4是板条挤压型芯俯视图；

图5是图4的a-a剖面图；

图6是正挤压型芯的俯视图；

图7是图6的b-b剖面图；

图8是型芯固定板的俯视图；

图9是图8的c-c剖面图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如附图所示本发明的实施例提供了超声波辅助挤压装置，包括模具挤压装置，所述模具挤压装置包括：型腔4、挤压型芯7、型芯固定板11和模具垫板10；型芯固定板11安装在模具垫板10上，挤压型芯7安装在型芯固定板11内，型芯固定板11的上端面上固定安装有型腔4，型腔4与挤压型芯7连通，胚料6置于型腔4内，冲头5置于型腔4中心的正上方；一种超声波辅助挤压装置还包括超声波辅助系统，所述超声波辅助系统包括：超声波发生器1、多个换能器2、多个变幅杆3和多个换能器固定块8；换能器2、变幅杆3和换能器固定块8数量相同；所述多个换能器2环形阵列在型芯固定板11的周围，每个换能器2均通过一个换能器固定块8与模具垫板10建立连接，超声波发生器1与换能器2连接，每个换能器2的内端均安装有一个变幅杆3，型芯固定板11上设置有变幅杆安装孔，所述变幅杆3插入变幅杆安装孔内。胚料通过超声波辅助装置和挤压型芯的作用，可挤压成板料状棒料或圆柱状棒料。超声波发生器通过换能器将能量转换到的变幅杆，从而完成辅助挤压过程。变幅杆安装孔，便于变幅杆的安装。

更具体地：所述变幅杆3水平插入型芯固定板11内，且变幅杆3的轴线与型芯固定板11的中心线垂直相交。所述超声波辅助系统还包括与变幅杆3数量一致的变幅杆固定块9，每个变幅杆3均通过一个变幅杆固定块9与模具垫板10建立连接。所述挤压型芯7为板条挤压型芯7-1或正挤压型芯7-2。型芯固定板上可以安装各种挤压型芯，例如：板条挤压型芯和正挤压型芯，一种模具上可以完成多种方式的超声挤压，可根据需要制成不同形状的棒料。型腔4和型芯固定板11通过四个螺栓12连接在一起。型芯固定板11、换能器固定块8和变幅杆固定块9，通过焊接的方式固定在模具垫板10上。

一种超声波辅助挤压方法，具体步骤：

一、将整套装置放置在压力机上；

二、开启超声波辅助系统；

三、将胚料放入模具中；

四、冲头下行，根据凹模型芯的类型，可挤压成圆柱形棒料、板条形状。

本发明用于圆柱形棒料和板条形棒料的挤压。所述胚料为铝合金或镁合金等轻合金材料。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。