本发明涉及塑性成形技术领域，具体涉及一种快速镦压大塑性变形装置及其镦压方法。
背景技术：
大塑性变形技术是多向反复镦压是制备超细晶和纳米晶的有效手段之一，制备过程中需对边长成一定比例的长方形块体材料沿x、y、z方向依次多次镦压累积较大的变形量达到大塑性变形目的，进而细化材料。但目前使用的镦压塑性成形装置和方法较为原始，通常设备一个行程只能完成一个方向镦压，然后手工翻转工件更换方向，进行下一道次镦压，效率很低，也不安全，无法满足大规模的工业化生产需要，成为该技术应用的一个显著的制约因素。本发明提出的一种快速镦压大塑性变形装置及其镦压方法在一个工作行程内即可以完成x、y、z轴三个方向的镦压工作，即一个镦压循环，每道次镦压之间也无需工件换向，可实现自动化生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种快速镦压大塑性变形装置及其镦压方法，用以解决现有的镦压塑性成形装置一个行程只能完成一个方向镦压、需手工翻转工件、机械化程度低、生产效率低、安全性差、无法满足大规模的工业化生产需要的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：所述快速镦压大塑性变形装置包括上模组件和下模组件，所述上模组件在动力机构驱动下相对下模组件上下往复运动；
所述上模组件包括上模座、上压头、四组斜楔支撑以及四组弹性斜楔，所述上压头和四组斜楔支撑均安装在上模座上，所述上压头设置在上模座下方中心处，四组斜楔支撑包括安装在上压头两侧的位于x轴方向的第一斜楔支撑和第二斜楔支撑以及安装在上压头两侧的位于y轴方向的第三斜楔支撑和第四斜楔支撑，四组弹性斜楔包括分别对应嵌设在四组斜楔支撑下方的第一弹性斜楔、第二弹性斜楔、第三弹性斜楔和第四弹性斜楔，每组弹性斜楔上端朝上模座中心轴线方向倾斜并延伸出斜楔支撑本体，所述弹性斜楔下端通过斜楔弹簧安装在相应的斜楔支撑内部，所述弹性斜楔能在斜楔弹簧作用下在斜楔支撑的滑槽内来回滑动；
所述下模组件包括下模座、下压头、四组侧压头、四组侧支撑以及复位机构，所述下压头、四组侧压头和四组侧支撑均安装在下模座上方，所述下模座位于上模座正下方，所述下压头设置在下模座中心处并位于上压头正下方，四组侧压头包括安装在下压头两侧的位于x轴方向的第一侧压头和第二侧压头以及安装在下压头两侧的位于y轴方向的第三侧压头和第四侧压头，四组侧压头的外侧分别对应设置有一组侧支撑，位于同侧的侧支撑与侧压头之间围成方形孔，四组斜楔支撑与四组方形孔上下正对并能在上模座带动下向下伸入到方形孔中，所述侧压头两端连接有两组复位机构，所述复位机构设置在与侧压头同侧的侧支撑内。
优选的，所述第一斜楔支撑和第二斜楔支撑下端所在的水平面位于第三斜楔支撑和第四斜楔支撑下端所在的水平面的下方，所述第一弹性斜楔和第二弹性斜楔的上端所在的水平面位于第三弹性斜楔和第四弹性斜楔的上端所在的水平面的下方。
优选的，所述复位机构包括复位弹簧和复位螺栓，所述复位弹簧一端通过复位螺栓固定在侧支撑内，所述复位弹簧另一端连接至侧压头的端部。
优选的，所述上模座下方安装有上固定板，所述上压头和四组斜楔支撑均安装在在上固定板下方。
优选的，所述上模座与上固定板之间设置有上垫板。
优选的，所述下模座上方安装有下固定板，所述下压头、四组侧压头和四组侧支撑均安装在下固定板上方。
优选的，所述下模座与下固定板之间设置有下垫板。
优选的，所述下固定板上设置有导槽，四组侧压头的下部分别安装在导槽内并能沿导槽来回滑动。
优选的，所述斜楔弹簧下端固定在螺母上，所述螺母安装在斜楔支撑内。
本发明还提出了一种基于快速镦压大塑性变形装置的镦压方法，所述镦压方法包括：
将边长呈一定比例的工件放置在下压头上，上模组件在动力机构驱动下下行，四组弹性斜楔分别对应伸入到下方侧支撑与侧压头之间的方形孔中；
位于第一斜楔支撑和第二斜楔支撑上的第一弹性斜楔和第二弹性斜楔分别与下方对应的第一侧压头和第二侧压头相接触，并推动第一侧压头和第二侧压头向工件方向移动，同时第一侧压头和第二侧压头两端的复位弹簧被拉伸，在第一侧压头和第二侧压头的共同作用下完成对工件的x轴方向的第一道次镦压；
上模组件继续下行，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔分别越过第一侧压头和第二侧压头，第一侧压头和第二侧压头分别在与其相对应的复位弹簧的弹力作用下回复到初始位置；
上模组件继续下行，位于第三斜楔支撑和第四斜楔支撑上的第三弹性斜楔和第四弹性斜楔分别与第三侧压头和第四侧压头相接触，并推动第三侧压头和第四侧压头向工件方向移动，同时第三侧压头和第四侧压头两端的复位弹簧被拉伸，在第三侧压头和第四侧压头的共同作用下完成对工件的y轴方向的第二道次镦压；
上模组件继续下行，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔分别越过第三侧压头和第四侧压头，第三侧压头和第四侧压头分别在与其相对应的复位弹簧的弹力作用下回复到初始位置；
上模组件继续下行，上压头与工件接触并对工件施加压力，在上压头和下压头的共同作用下完成对工件的z轴方向的第三道次镦压，此时工件恢复到原始尺寸；
上模组件在动力机构的驱动下回复上行，上压头与工件脱离；
上模组件继续上行，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔分别与第三侧压头和第四侧压头再次接触，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔下端的两组斜楔弹簧被压缩，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔分别被压入到第三斜楔支撑和第四斜楔支撑内部；
上模组件继续上行，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔分别越过第三侧压头和第四侧压头，第三弹性斜楔和第四弹性斜楔在与其相对应的两组斜楔弹簧的弹力作用下分别复位并延伸出第三斜楔支撑和第四斜楔支撑；
上模组件继续上行，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔分别与第一侧压头和第二侧压头再次接触，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔下端的两组斜楔弹簧被压缩，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔分别被压入第一斜楔支撑和第二斜楔支撑内部；
上模组件继续上行，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔分别越过第一侧压头和第二侧压头，第一弹性斜楔和第二弹性斜楔在与其相对应的两组斜楔弹簧的弹力作用下复位并延伸出第一斜楔支撑和第二斜楔支撑；
四组弹性斜楔由与其相对应的侧支撑与侧压头之间的方形孔中伸出，上模组件在动力机构的驱动下回复到初始位置，完成一个镦压行程；
上模组件在动力机构的驱动下循环往复，完成对工件的镦压。
本发明具有如下优点：本发明提出的一种快速镦压大塑性变形装置及其镦压方法在上模组件下行的过程中依次完成对工件的x轴、y轴、z轴向的镦压，即在一个工作行程内变可完成x、y、z轴三个方向的镦压工作，即一个镦压循环，每道次镦压之间也无需工件换向，反复多个循环，即可获得所需的大变形量，制备出超细晶甚至纳米晶材料，可实现自动化生产，机械化程度高、生产效率高、安全高效。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种快速镦压大塑性变形装置的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例1的一种快速镦压大塑性变形装置的上模组件的左视示意图。
图3为本发明实施例1的一种快速镦压大塑性变形装置的上模组件的右视示意图。
图4为本发明实施例1的一种快速镦压大塑性变形装置的下模组件的俯视示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例中提出的一种快速镦压大塑性变形装置包括上模组件1和下模组件2，上模组件1在动力机构驱动下相对下模组件2上下往复运动。
如图2和3所示，上模组件1包括上模座11、上压头12、四组斜楔支撑13以及四组弹性斜楔14，上模座11下方安装有上固定板15，上模座11与上固定板15之间设置有上垫板16，上压头12和斜楔支撑13的镦压反作用力可由上垫板16分散后再传递给上模座11，上压头12和四组斜楔支撑13均安装在上固定板15下方，上压头12设置在上模座11下方中心处，四组斜楔支撑13包括安装在上压头12两侧的位于x轴方向的第一斜楔支撑131和第二斜楔支撑132以及安装在上压头12两侧的位于y轴方向的第三斜楔支撑133和第四斜楔支撑134，四组弹性斜楔14包括分别对应嵌设在四组斜楔支撑13下方的第一弹性斜楔141、第二弹性斜楔142、第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144，每组弹性斜楔上端朝上模座11中心轴线方向倾斜并延伸出斜楔支撑13本体，弹性斜楔下端通过斜楔弹簧17安装在相应的斜楔支撑13内部，弹性斜楔能在斜楔弹簧17作用下在斜楔支撑的滑槽内来回滑动，斜楔弹簧17下端固定在螺母18上，螺母18安装在斜楔支撑内，斜楔弹簧17对弹性斜楔的推力可以通过螺母18调节。
如图4所示，下模组件2包括下模座21、下压头22、四组侧压头23、四组侧支撑24以及复位机构25，下模座21位于上模座11正下方，下模座21上方安装有下固定板26，下模座21与下固定板26之间设置有下垫板27，下压头22镦压的反作用力可由下垫板27分散后再传递给下模座21，下压头22、四组侧压头23和四组侧支撑24均安装在下固定板26上方，下固定板26上设置有导槽，四组侧压头23的下部分别安装在导槽内并能沿导槽来回滑动，下压头22设置在下模座21中心处并位于上压头12正下方，下压头22上放置有工件3，四组侧压头23包括安装在下压头22两侧的位于x轴方向的第一侧压头231和第二侧压头232以及安装在下压头22两侧的位于y轴方向的第三侧压头233和第四侧压头234，四组侧压头23的上端超出下压头22所在的水平面，四组侧压头23的外侧分别对应设置有一组侧支撑24，位于同侧的侧支撑与侧压头之间围成方形孔28，四组斜楔支撑13与四组方形孔28上下正对并能在上模座11带动下向下伸入到方形孔28中，侧压头23两端连接有两组复位机构25，复位机构25端部设置在与侧压头同侧的侧支撑内，复位机构25包括复位弹簧251和复位螺栓252，复位弹簧251一端通过复位螺栓252固定在侧支撑24内，复位弹簧251另一端连接侧压头23的端部。
第一斜楔支撑131和第二斜楔132支撑下端所在的水平面位于第三斜楔支撑133和第四斜楔支撑134下端所在的水平面的下方，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142的上端所在的水平面位于第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144的上端所在的水平面的下方，这样，当上模组件1下行时，处于下方的第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142先与第一侧压头231和第二侧压头232接触并能推动第一侧压头231和第二侧压头232向中心移动镦压工件3，处于上方的第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144在第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142之后与第三侧压头233和第四侧压头234发生作用，同时在回程时，由于弹性斜楔14受到的分力与斜楔弹簧17的轴线一致，使得斜楔弹簧17被压缩，弹性斜楔14被压入斜楔支撑13，因此不会推动侧压头23进行镦压。
本实施例的一种基于快速镦压大塑性变形装置的镦压方法包括：
将边长呈一定比例的工件3放置在下压头22上，上模组件1在动力机构驱动下下行，四组斜楔支撑13分别对应伸入到下方侧支撑24与侧压头23之间的方形孔28中；
第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142分别与下方对应的第一侧压头231和第二侧压头232相接触，并推动第一侧压头231和第二侧压头232向工件3方向移动，同时第一侧压头231和第二侧压头232两端的复位弹簧251被拉伸，在第一侧压头231和第二侧压头232的共同作用下完成对工件3的x轴方向的第一道次镦压；
上模组件1继续下行，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142分别越过第一侧压头231和第二侧压头232，第一侧压头231和第二侧压头232分别在与其相对应的复位弹簧251的弹力作用下回复到初始位置；
上模组件1继续下行，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144分别与第三侧压头233和第四侧压头234相接触，并推动第三侧压头233和第四侧压头234向工件3方向移动，同时第三侧压头233和第四侧压头234两端的复位弹簧251被拉伸，在第三侧压头233和第四侧压头234的共同作用下完成对工件3的y轴方向的第二道次镦压；
上模组件1继续下行，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144分别越过第三侧压头233和第四侧压头234，第三侧压头233和第四侧压头234分别在与其相对应的复位弹簧251的弹力作用下回复到初始位置；
上模组件1继续下行，上压头12与工件3接触并对工件3施加压力，在上压头12和下压头22的共同作用下完成对工件3的z轴方向的第三道次镦压，此时工件3恢复到原始尺寸；
上模组件1在动力机构的驱动下回复上行，上压头12与工件3脱离；
上模组件1继续上行，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144分别与第三侧压头233和第四侧压头234再次接触，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144下端的两组斜楔弹簧17被压缩，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144分别被压入到第三斜楔支撑133和第四斜楔支撑134内部；
上模组件1继续上行，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144分别越过第三侧压头233和第四侧压头234，第三弹性斜楔143和第四弹性斜楔144在与其相对应的两组斜楔弹簧17的弹力作用下分别复位并延伸出第三斜楔支撑133和第四斜楔支撑134；
上模组件1继续上行，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142分别与第一侧压头231和第二侧压头232再次接触，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142下端的两组斜楔弹簧17被压缩，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142分别被压入第一斜楔支撑131和第二斜楔支撑132内部；
上模组件1继续上行，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142分别越过第一侧压头231和第二侧压头232，第一弹性斜楔141和第二弹性斜楔142在与其相对应的两组斜楔弹簧17的弹力作用下复位并延伸出第一斜楔支撑131和第二斜楔支撑132；
四组斜楔支撑13由与其相对应的侧支撑与侧压头之间的方形孔28中伸出，上模组件1在动力机构的驱动下回复到初始位置，完成一个镦压行程；
上模组件1在动力机构的驱动下循环往复，完成对工件3的镦压。
本发明提出的一种快速镦压大塑性变形装置及其镦压方法在一个工作行程内先对工件在x轴方向进行第一道次镦压，然后在y轴方向进行第二道次镦压，最后在z轴方向的第三道次镦压，由此即可以完成x、y、z轴三个方向的镦压工作，即一个镦压循环，每道次镦压之间也无需工件换向，反复多个循环，即可获得所需的大变形量，制备出超细晶甚至纳米晶材料，可实现自动化生产，机械化程度高、生产效率高、安全高效。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。