往复挤镦装置及其使用方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种塑性成形技术领域的方法，具体是一种制备超细晶饼状材料的往复挤镦装置及其加工方法。
【背景技术】
[0002]超细晶材料是集优异的强度与良好的塑韧性于一体的高性能材料。而大塑性变形技术(SPD)具有显著的晶粒细化能力，是一种公认的制备超细晶(晶粒大小为10nm-1um)和块体纳米(晶粒小于10nm)材料最有前途的方法。
[0003]经过对现有技术的文献检索发现，实用新型专利“制备超细晶材料的往复挤压装置”(专利号:ZL200720075526.1)公布了一种往复挤压装置，该装置能够显著细化晶粒，但是模具结构决定了该往复挤压装置仅限于生产长径比小于某特定值的短棒材，难以生产板材或体积较大的块体材料；当道次挤压比大时，坯料容易失稳，故道次变形量受到限制；同时，挤压死区难以避免，位于挤压死区的材料在加工过程中流动缓慢而不充分，应变量明显小于其他区域。
[0004]进一步检索发现，发明专利“多向复合式循环镦压装置及镦压方法”(专利号:ZL201010595910.0)提供了一种生产体积较大的超细晶块体材料的大塑性变形加工方法。该方法先利用正向镦压装置将方形截面棒材加工为块体试样，然后将该块状试样于侧向镦压装置中重新挤压为与初始坯料等截面的棒材，如此反复，从而实现超细晶块体材料的制备。该方法最明显的缺点是需要两套模具配合才能实现，相应的，在塑性加工过程中也需要两台压机同时作业，生产设备利用率低，难以扩大生产。此外，利用该装置加工坯料时，坯料在正向镦压装置中可达360°周向流动，实现在三维空间中充分流动。但是，此时坯料的周向流动属于无背压式自由流动，在塑性流动分型面处容易开裂，即用该装置生产的块体材料无可避免的存在着宏观裂纹。上述两个缺点严重制约了该方法在超细晶块体材料中的应用。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种新型且适于大体积饼状材料生产的大塑性变形装置及具体加工方法，该方法凹模缩颈区采用圆弧过渡，有效的避免了常规挤压中流动缓慢而不均匀的挤压死区，应变分布更加均匀；同时下凸模端部的凹形圆弧型腔能够提供一定的等效背压，降低材料在左右分型面处开裂的倾向；可用于制备纯金属、合金、金属间化合物、复合材料、高分子材料、半导体材料等多种超细晶饼状材料。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]第一方面，本发明公开了一种制备超细晶饼状材料的往复挤镦装置，其包括上凸模、凹模、下凸模和底座，所述底座可拆卸地设置于凹模的底部，所述凹模内设有相互连通的上型腔和下型腔，且所述上型腔的底部内侧呈具有挤压口的弧形，所述下型腔的内侧也为弧形，上型腔内侧的弧形与下型腔内侧的弧形的具有相等的半径。
[0008]作为优选方案，所述凹模的下部还活动设有用于调节下凸模高度的垫块。
[0009]作为优选方案，所述凹模通过底座上的卡位槽嵌设在底座上。
[0010]第二方面，本发明公开了一种基于前述的往复挤镦装置的往复挤镦方法，其包括如下步骤:
[0011]S1、预热坯料、凹模以及上、下凸模后，将坯料、上凸模和下凸模置于凹模型腔之内；
[0012]S2、对上凸模施压，将所述坯料由上模腔压入下模腔内进行挤墩操作，直至充型完整；
[0013]S3、抽离垫块，取出下凸模和坯料，完成第一道次加工；
[0014]S4、重复步骤SI?S3，实现多道次往复挤墩。
[0015]作为优选方案，步骤S2中，所述挤墩操作包括如下阶段:
[0016]墩挤前期，坯料在上型腔中发生充型，同时通过挤压口进入下型腔；
[0017]坯料在下型腔充型完整后，发生无死区挤压变形，直至坯料接触下凸模；
[0018]待坯料接触下凸模后，在下凸模的作用下向左右两侧流动，发生镦粗变形，直至充型完整。
[0019]作为优选方案，所述多道次加工过程通过不同的加工路径得以实现。
[0020]作为优选方案，所述路径包括:
[0021 ] 路径A，坯料在相邻两道次间不进行转动；
[0022]路径B，坯料在相邻两道次间绕其中心轴线旋转90° ;
[0023]路径C，坯料在相邻两道次间绕其中心轴线旋转180°。
[0024]第三方面，本发明公开了一种如前述的往复挤镦装置在纯金属、合金、金属间化合物、复合材料、高分子材料、半导体材料超细晶饼状材料制备中的用途。
[0025]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0026]1、本发明专利给出一种新型且适于大体积饼状材料生产的大塑性变形装置及具体加工方法；
[0027]2、本发明专利的凹模缩颈区采用圆弧过渡，有效的避免了常规挤压中流动缓慢而不均匀的挤压死区，应变分布均匀，晶粒分散性小；
[0028]3、本发明专利在坯料镦粗过程中，下凸模端部的凹形圆弧型腔能够提供一定的等效背压，降低材料在左右分型面处开裂的倾向；
[0029]4、挤镦的道次真应变可通过两圆的半径以及圆心距的大小进行调控。
【附图说明】
[0030]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0031]图1为往复挤镦模具结构外形图；
[0032]图2为往复挤镦模具纵向半剖剖面图；
[0033]图3为凹模、坯料、上凸模和下凸模配合截面图；
[0034]图中:1、上凸模；2、凹模；3、下凸模；4、底座；5、垫块；6、坯料；7、上型腔；8、下型腔；9、台阶；10、卡位槽。
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思