技术领域
本实用新型涉及一种制造超细晶材料的半自动挤压模具，适用于金属材料的挤压，尤其适用于轻合金材料的挤压。
背景技术：
等径角挤压工艺（也叫ECAP）是通过使材料在两个等径通道拐角处（一般两通道互成90度角）产生近似理想的剪切变形，达到细化材料的内部组织，从而获得超细晶材料的一种有效方法。近年来，该技术在国内外各科研院所发展迅速，目前主要采用四种路径进行多道次的挤压，每道次的挤压都需要改变材料在挤压通道内的放置角度，以使材料在通道的拐角处获得良好的剪切效果。但该技术的模具一直没有太多的改进，基本停留在普通的两块模板，靠螺栓、螺母、夹板等夹紧，每次挤压制备材料的时候要人工反复操作扳手进行模具的开合，浪费了大量的时间和人力，给试验和生产带来严重的成本浪费。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种制造超细晶材料的半自动挤压模具，采用动、定模、模架、液压锁紧机构、旋转连接机构、可滑动的支撑台等多部件为一体，实现模具的自动开合装卸料，并在材料一次装夹后，可以通过挤压筒和动、定模的独立多角度循环翻转，实现多道次批量化挤压，直到材料达到技术要求才开模取出。另外，模具开模后，也可以通过模具内两支挤压筒互换位置及调整角度进行个性化的挤压。该套挤压模具大大节省了制备超细晶材料的成本和时间。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案为：
一种制造超细晶材料的半自动挤压模具，包括模架，在所述模架上固定相互对接的动模、定模，在所述动模与定模相对接的侧面上分别有两个相互垂直的定位槽，在所述动模及定模各自的两个定位槽之间有拐角通道，所述动模上的两个定位槽与定模上的相应位置的两个定位槽两两对接成两个相互垂直的挤压通道，在所述动模的与定模相对接的侧面上有导柱，在所述定模的与动模相对接的侧面上有与导柱相配合的导套，在所述模架上有支撑台，所述支撑台支撑于动模与定模的下端面，所述模架包括底座、固定于底座两侧的两个相互平行的固定板、垂直固定于两个固定板之间的四根相互平行的拉杆、位于两个固定板之间且与固定板平行的推板，所述拉杆穿过推板的板面且拉杆与推板可相对移动，在所述两个固定板中的一个固定板与所述推板之间连接所述相互对接的动模、定模，所述动模活动连接于推板，所述定模活动连接于固定板，在所述动模面向推板的侧面及定模面向固定板的侧面分别有两个插销孔，在所述推板及固定板上分别穿过插销定位杆，所述穿过推板的插销定位杆可与动模侧面的插销孔相配合，所述穿过固定板的插销定位杆可与定模侧面的插销孔相配合，在所述动模与定模之间的两个挤压通道内分别嵌有挤压筒，所述两个挤压筒分别有一端伸出动模与定模的端面，在所述挤压筒伸出动模与定模端面的一端的圆周表面沿径向至少有一个阶梯豁口，所述挤压筒伸出动模与定模端面的一端穿过一旋转定位套的套孔，所述旋转定位套的一半固定于定模的端面，所述旋转定位套的另一半与动模的端面相接触，所述旋转定位套与挤压筒相配合的套孔沿径向至少有一与阶梯豁口相配合的半圆凸台。这里设计挤压筒与一旋转定位套相配合是为了在多次挤压的过程中可通过转动旋转定位套而将挤压筒连同内部的棒料工件一起被旋转，一般将旋转定位套连同挤压筒旋转90°后，就可以进行下一次的反向挤压棒料工件了，省力省时。
在所述动模及定模各自的定位槽与拐角通道之间有窄半圆槽，在所述动模与定模之间嵌有两个固定圆环，所述两个固定圆环分别嵌入相对接的动模及定模的相对应位置的窄半圆槽内，在所述固定圆环的内圈有阶梯面，所述挤压筒包括两个结构相同的半圆筒，所述两个半圆筒相互对接，所述两个半圆筒分别有一端共同伸出动模与定模的端面，在所述两个半圆筒共同伸出动模与定模端面的一端的圆周表面沿径向分别有一个阶梯豁口，所述旋转定位套与挤压筒相配合的套孔沿径向有两个与阶梯豁口相配合的半圆凸台，所述两个半圆筒的另一端沿径向分别有半圆台阶，所述挤压筒穿过固定圆环，所述半圆筒的半圆台阶扣接在固定圆环内圈的阶梯面上。这里设计挤压筒由两个半圆筒对接而成，是为了安装方便，也为了最终取料时更加方便；而固定圆环对挤压筒则起到定位的作用。
所述支撑台包括两个平行且相对的支撑滑块、丝杠、两个平行且相对的固定座，在所述底座上有一燕尾槽，在所述两个支撑滑块的下端面分别有燕尾凸台，所述两个支撑滑块分别通过燕尾凸台与底座上的燕尾槽相配合，所述两个固定座位于两个支撑滑块之间，所述两个固定座分别固定于底座上，在所述两个支撑滑块的中部分别固定有套管，所述丝杠穿过两个支撑滑块中部的套管及两个固定座，在所述丝杠的中部的周向表面有一个与丝杠同轴的圆盘，所述圆盘位于两个固定座之间，在所述丝杠上有两段旋向相反的螺纹段，所述两段旋向相反的螺纹段位于圆盘的两侧，所述丝杠上的两段螺纹段分别与两个套管螺纹配合，在所述丝杠的一端固定有手柄。这里支撑台起到支撑动模与定模的作用，而支撑台设计为两个可移动的支撑滑块是为了保证动模与定模转动时有足够的空间。
在所述两个固定板中的另一个固定板与所述推板之间连接有液压锁紧机构，所述液压锁紧机构包括液压缸、连接法兰，所述液压缸与固定板固定连接，在所述液压缸的中心活动连接有液压杆，所述液压杆的端部与连接法兰固定连接，所述连接法兰与推板固定连接。这里采用液压锁紧机构可自动的操作动模与定模的对接及开模，省力省时。
所述动模通过旋转连接机构活动连接于推板，所述定模通过旋转连接机构活动连接于固定板，所述旋转连接机构包括两个连接盘，所述两个连接盘通过穿过二者中心的螺栓连接，所述螺栓的端部与一螺母配合连接，在所述两个连接盘之间连接一平面轴承，所述动模与推板之间的旋转连接机构的两个连接盘其中的一个连接盘与推板固定连接，另一个连接盘与动模固定连接，所述定模与固定板之间的旋转连接机构的两个连接盘其中的一个连接盘与定模固定连接，另一个连接盘与固定板固定连接。
所述插销定位杆包括螺旋套管、插销、拉手，所述插销位于螺旋套管的管内，所述拉手为一细长圆柱体，所述拉手沿插销的径向穿过插销，在所述螺旋套管的管表面有相对的两个L形豁口，所述拉手穿过两个L形豁口，在所述螺旋套管的管表面有螺纹段，所述螺纹段与一锁紧螺母螺纹配合，所述穿过推板及固定板的插销定位杆分别通过螺旋套管穿过推板及固定板，两个螺旋套管分别通过锁紧螺母与推板、固定板锁紧，所述穿过推板的插销定位杆通过插销与动模侧面的插销孔相配合，所述穿过固定板的插销定位杆通过插销与定模侧面的插销孔相配合。
在所述旋转定位套的端面沿周向布有多个螺孔，所述旋转定位套通过与螺孔螺纹配合的螺钉固定于定模的端面。这里设计为旋转定位套通过螺钉固定于定模的端面，是为了防止在对动模与定模开模取料时二者内部的挤压筒掉出。
为方便转动旋转定位套，沿所述旋转定位套的周向均布有六个平面。
为方便旋转定位套被旋转后有个角度记号，在所述定模的固定有旋转定位套的端面上以旋转定位套的轴心为中心沿周向均布有多条刻度线，在所述动模的与旋转定位套相接触的端面上以旋转定位套的轴心为中心沿周向均布有多条刻度线。
将棒料工件经过本实用新型制造超细晶材料的半自动挤压模具的挤压，当挤压道次达到了要求，就可以开模卸料了。为了做实验对比分析，有的棒料挤压1次就可以开模取出了（当然就不用转动动模与定模了），有的需要2次（需要转动一次动模与定模），有的棒料需要挤压n次（动模与定模转动n-1次）。做实验分析的时候，将挤压过不同道次的棒料工件切片制作成金属试样，之后经过处理进行光学分析，得到材料内部组织的变化情况，可根据实际制备需要的超细晶材料。
本实用新型实现模具的自动开合装卸料，并在材料一次装夹后，通过挤压筒和挤压模具的独立多角度循环翻转，实现多道次批量化挤压，直到材料达到技术要求才开模取出，大大节省了制备超细晶材料的成本和时间。
附图说明
图1为本实用新型安装上挤压杆后的立体结构示意图。
图2为动模与定模相互对接后的立体结构示意图。
图3为动模与定模开模状态的立体结构示意图。
图4为定模的立体结构示意图。
图5为定模的一个定位槽与固定圆环及挤压筒的一个半圆筒相配合且半圆筒内装有铝合金棒料及挤压杆、另一个定位槽与挤压筒的两个半圆筒及旋转定位套相配合的立体结构示意图。
图6为定模的另一个角度的立体结构示意图。
图7为动模的立体结构示意图。
图8为半圆筒的立体结构示意图。
图9为固定圆环的立体结构示意图。
图10为旋转定位套的立体结构示意图。
图11为支撑台的立体结构示意图。
图12为支撑滑块与套管相配合的截面结构示意图。
图13为旋转连接机构的立体结构示意图。
图14为插销定位杆与锁紧螺母相配合的立体结构示意图。
图中：底座1、燕尾槽1-1、固定板2、拉杆3、推板4、动模5、定位槽5-1、拐角通道5-2、导柱5-3、窄半圆槽5-4、插销孔5-5、定模6、定位槽6-1、拐角通道6-2、导套6-3、窄半圆槽6-4、插销孔6-5、挤压通道7、固定圆环8、阶梯面8-1、挤压筒9、半圆筒9-1、阶梯豁口9-1-1、半圆台阶9-1-2、旋转定位套10、套孔10-1、半圆凸台10-2、螺孔10-3、平面10-4、螺钉11、支撑滑块12、燕尾凸台12-1、丝杠13、圆盘13-1、螺纹段13-2、固定座14、套管15、手柄16、液压缸17、液压杆17-1、连接法兰18、连接盘19、螺栓20、螺母21、平面轴承22、插销定位杆23、螺旋套管23-1、L形豁口23-1-1、螺纹段23-1-2、插销23-2、拉手23-3、锁紧螺母24、刻度线25、铝合金棒料26、挤压杆27。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
参见附图1～附图14，一种制造超细晶材料的半自动挤压模具，包括模架，所述模架包括底座1、固定于底座1两侧的两个相互平行的固定板2、垂直固定于两个固定板2之间的四根相互平行的拉杆3、位于两个固定板2之间的且与固定板2平行的推板4，所述拉杆3穿过推板4的板面且拉杆3与推板4可相对移动，如图1中在右侧的固定板2与推板4之间连接相互对接的动模5、定模6。
在动模5的与定模6相对接的侧面上有两个相互垂直的定位槽5-1，在定模6的与动模5相对接的侧面上有两个相互垂直的定位槽6-1，在动模5的两个定位槽5-1之间有拐角通道5-2，在定模6的两个定位槽6-1之间有拐角通道6-2，动模5上的两个定位槽5-1与定模6上的相应位置的两个定位槽6-1两两对接成两个相互垂直的挤压通道7，在动模5的与定模6相对接的侧面上有四根导柱5-3，在定模6的与动模5相对接的侧面上有与导柱5-3相配合的四个导套6-3。
在动模5的两个定位槽5-1与拐角通道5-2之间分别有窄半圆槽5-4，在定模6的两个定位槽6-1与拐角通道6-2之间分别有窄半圆槽6-4，在动模5与定模6之间嵌有两个固定圆环8，两个固定圆环8分别嵌入相对接的动模5及定模6的相对应位置的两对窄半圆槽5-4、6-4内，在固定圆环8的内圈有阶梯面8-1；在动模5与定模6之间的两个挤压通道7内分别嵌有挤压筒9，挤压筒9包括两个结构相同的半圆筒9-1，两个半圆筒9-1相互对接，两个半圆筒9-1分别有一端共同伸出动模5与定模6的端面，在两个半圆筒9-1共同伸出动模5与定模6端面的一端的圆周表面沿径向分别有一个阶梯豁口9-1-1，挤压筒9的两个半圆筒9-1共同伸出动模5与定模6端面的一端穿过一旋转定位套10的套孔10-1，旋转定位套10与挤压筒9的两个半圆筒9-1相配合的套孔10-1沿径向有两个半圆凸台10-2，两个半圆凸台10-2分别与两个半圆筒9-1的阶梯豁口9-1-1相配合，两个半圆筒9-1的另一端沿径向分别有半圆台阶9-1-2，挤压筒9的两个半圆筒9-1穿过固定圆环8，两个半圆筒9-1的半圆台阶9-1-2分别扣接在固定圆环8内圈的阶梯面8-1上。
在旋转定位套10的端面沿周向布有四个螺孔10-3，旋转定位套10的一半通过一个与螺孔10-3螺纹配合的螺钉11固定于定模6的端面，旋转定位套10的另一半与动模5的端面相接触，当动模5与定模6对接好进行挤压工作时也可以再增加一螺栓将旋转定位套10的另一半固定于动模5的端面。沿旋转定位套10的周向均布有六个平面10-4。
在模架上有支撑于动模5与定模6的下端面的支撑台，支撑台包括两个平行且相对的支撑滑块12、丝杠13、两个平行且相对的固定座14，在底座1上有一燕尾槽1-1，在两个支撑滑块12的下端面分别有燕尾凸台12-1，两个支撑滑块12分别通过燕尾凸台12-1与底座1上的燕尾槽1-1相配合，两个固定座14位于两个支撑滑块12之间，两个固定座14固定于底座1上，在两个支撑滑块12的中部分别固定有套管15，丝杠13穿过两个支撑滑块12中部的套管15及两个固定座14，在丝杠13的中部的周向表面有一个与丝杠13同轴的圆盘13-1，圆盘13-1位于两个固定座14之间，在丝杠13上有两段旋向相反的螺纹段13-2，两段旋向相反的螺纹段13-2位于圆盘13-1的两侧，丝杠13上的两段螺纹段13-2分别与两个套管15螺纹配合，在丝杠13的一端固定有手柄16。
如图1中在左侧的固定板2与推板4之间连接有液压锁紧机构，液压锁紧机构包括液压缸17、连接法兰18，液压缸17与固定板2固定连接，在液压缸17的中心活动连接有液压杆17-1，液压杆17-1的端部与连接法兰18固定连接，连接法兰18与推板4固定连接。
动模5通过旋转连接机构活动连接于推板4，定模6通过旋转连接机构活动连接于模架右侧的固定板2，旋转连接机构包括两个连接盘19，两个连接盘19通过穿过二者中心的螺栓20连接，螺栓20的端部与一螺母21配合连接，在两个连接盘19之间连接一平面轴承22，动模5与推板4之间的旋转连接机构的两个连接盘19中左侧的连接盘19与推板4固定连接，右侧的连接盘19与动模5固定连接，定模6与固定板2之间的旋转连接机构的两个连接盘19中左侧的连接盘19与定模6固定连接，右侧的连接盘19与固定板2固定连接。
在动模5面向推板4的侧面有两个插销孔5-5，在定模6面向模架右侧的固定板2的侧面有两个插销孔6-5，在推板4及右侧的固定板2上分别穿过插销定位杆23，插销定位杆23包括螺旋套管23-1、插销23-2、拉手23-3，插销23-2位于螺旋套管23-1的管内，拉手23-3为一细长圆柱体，拉手23-3沿插销23-2的径向穿过插销23-2，在螺旋套管23-1的管表面有相对的两个L形豁口23-1-1，拉手23-3穿过两个L形豁口23-1-1，在螺旋套管23-1的管表面有螺纹段23-1-2，螺纹段23-1-2与一锁紧螺母24螺纹配合，穿过推板4的插销定位杆23通过螺旋套管23-1穿过推板4，该螺旋套管23-1通过锁紧螺母24与推板4锁紧，穿过右侧的固定板2的插销定位杆23通过螺旋套管23-1穿过固定板2，该螺旋套管23-1通过锁紧螺母24与固定板2锁紧，推板4上的插销定位杆23通过插销23-2与动模5侧面的插销孔5-5相配合，右侧的固定板2上的插销定位杆23通过插销23-2与定模6侧面的插销孔6-5相配合。
在定模6的固定有旋转定位套10的两个端面上各以旋转定位套10的轴心为中心沿周向均布有三条刻度线25，在动模5的与旋转定位套10相接触的两个端面上各以旋转定位套10的轴心为中心沿周向均布有三条刻度线25。
以挤压铝合金棒料26挤压两次为例，使用本实用新型工作时，按图1所示将动模5与定模6对接好后，将铝合金棒料26装于处于竖直方向的挤压筒9内，在该处于竖直方向的挤压筒9内压入一挤压杆27，挤压杆27顶紧在铝合金棒料26的上端面。为了防止挤压铝合金棒料26时动模5与定模6之间发生移位，利用液压锁紧机构压紧对接好的动模5及定模6。启动液压缸17，使得液压杆17-1右移，液压杆17-1带动推板4一起右移，推板4通过旋转连接机构带动动模5一起右移，从而实现动模5与定模6压紧，为防止动模5与定模6发生转动，则推板4上的插销定位杆23的插销23-2沿螺旋套管23-1的L形豁口23-1-1右移直至与动模5上相应位置的插销孔5-5相配合，然后将插销23-2上的拉手23-3偏移至L形豁口23-1-1的转折端，从而将动模5定位。同理，位于右侧的固定板2上的插销定位杆23的插销23-2沿螺旋套管23-1的L形豁口23-1-1左移直至与定模6上相应位置的插销孔6-5相配合，然后将插销23-2上的拉手23-3偏移至L形豁口23-1-1的转折端，从而将定模6定位。动模5、定模6端面的与挤压筒9相配合的旋转定位套10都分别通过螺钉11固定在定模6的端面。以上步骤均做好后，即可启动压力机（图中未示）带动挤压杆27向下挤压铝合金棒料26，动模5与定模6下方的支撑台支撑住动模5、定模6，铝合金棒料26被挤压后经动模5上的拐角通道5-2及定模6上的拐角通道6-2所形成的管道，最终进入处于水平方向的挤压筒9内，然后压力机带动挤压杆27移出挤压筒9，此时完成第一次对铝合金棒料26的挤压过程。
然后进行准备对铝合金棒料26的第二次挤压，首先通过移动推板4上的插销定位杆23的拉手23-3使得插销23-2向左移动直至脱离与动模5上的插销孔5-5的配合，同理通过移动固定板2上的插销定位杆23的拉手23-3使得插销23-2向右移动直至脱离与定模6上的插销孔6-5的配合，然后通过启动液压缸17，使得液压杆17-1稍左移，只要保证动模5与动模6仍然处于对接状态但能相对固定于推板4上的连接盘19及固定于固定板2上的连接盘19自由转动即可。为使得相互对接的动模5与动模6能逆时针转动90°，需摇动手柄16，则手柄16带动丝杠13转动，丝杠13驱使两个支撑滑块12向相反方向移动，即位于前侧的支撑滑块12向前移动，位于后侧的支撑滑块12向后移动，两个支撑滑块12之间离开有一段距离，此时可将相互对接的动模5与动模6逆时针转动90°，则第一次挤压时处于水平方向的挤压筒9此时处于竖直方向，第一次挤压时处于竖直方向的挤压筒9此时处于水平方向。然后反向摇动手柄16，丝杠13驱使两个支撑滑块12相向移动，直至两个支撑滑块12之间距离最小（即不能再移动为止），此时两个支撑滑块12支撑于动模5与定模6的下端面。接下来移动推板4上的插销定位杆23的拉手23-3使得插销23-2向右移动直至与动模5上的相应位置的插销孔5-5相配合，将插销23-2上的拉手23-3偏移至L形豁口23-1-1的转折端，从而将动模5定位。同理通过移动固定板2上的插销定位杆23的拉手23-3使得插销23-2向左移动直至与定模6上的相应位置的插销孔6-5相配合，然后将插销23-2上的拉手23-3偏移至L形豁口23-1-1的转折端，从而将定模6定位。接下来将与处于竖直方向的挤压筒9相配合的旋转定位套10上的螺钉11旋下，将旋转定位套10参照刻度线25逆时针旋转90°（或顺时针旋转也可以），则旋转定位套10带动与其相配合的挤压筒9逆时针旋转90°，该挤压筒9内的铝合金棒料26由于第一次的挤压而变形膨胀，这将会与挤压筒9紧密配合，所以挤压筒9会带动其内的铝合金棒料26一起逆时针旋转90°，然后选择旋转定位套10上的一个合适的螺孔10-3，旋入螺钉11，将旋转定位套10固定在动模6的端面。接下来通过启动液压缸17，使得液压杆17-1带动推板4、动模5右移，实现动模5与定模6压紧。以上步骤均做好后，即可启动压力机（图中未示）带动挤压杆27向下挤压铝合金棒料26，铝合金棒料26被挤压后经动模5上的拐角通道5-2及定模6上的拐角通道6-2所形成的管道，最终再进入处于水平方向的挤压筒9内，然后压力机带动挤压杆27移出挤压筒9，此时完成第二次对铝合金棒料26的挤压过程。
两次对铝合金棒料26的挤压过程结束后即进行开模取料。首先通过操纵推板4及固定板2上的插销定位杆23，使两个插销定位杆23解除对动模5及定模6的定位（参照对铝合金棒料26的第二次挤压过程的初始步骤），然后通过启动液压缸17，使得液压杆17-1带动推板4、动模5一起左移，直至动模5与定模6处于开模状态，此时将与处于竖直方向的挤压筒9相配合的旋转定位套10上的螺钉11旋松，取下旋转定位套10及与其相配合的挤压筒9及固定圆环8，拆下旋转定位套10，将固定圆环8从挤压筒9拆下，分开挤压筒9的两个半圆筒9-1，即取出内部的挤压好的铝合金棒料26。然后将两个半圆筒9-1、固定圆环8、旋转定位套10装配好再放入定模6的定位槽6-1内，旋紧旋转定位套10上的螺钉11使其固定在定模6的端面，启动液压缸17使动模5、定模6对接好即可。
下面即可根据实际需要对挤压好的铝合金棒料26进行金相分析等实验操作步骤。