一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬大塑性變形技術領域，具體是一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置。
【背景技術】
[0002]超細晶材料是指晶粒尺寸在10nm?Ium的亞微米級或納米級材料。超細晶結構材料常常表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學性能，如高強度和良好的韌性、耐磨性等，因此廣泛應用于航空航天、高層建筑、大跨度重載橋梁、輕量節(jié)能汽車、大型工程機械等。
[0003]在眾多細化方法中，劇烈塑性變形作為一種獨特的、以組織控制為目的的塑性加工方法可直接獲得亞微晶和納米晶組織。等徑角擠壓是目前制備高性能塊狀超細晶材料最有效的劇烈塑性變形方法，也是目前最具工業(yè)化應用前景的技術之一。等徑角擠壓法(ECAP)最早由Segal提出并得到許多研究者的重視，ECAP關鍵在于純剪切變形，剪切變形的交互作用導致晶粒細化，被擠壓材料的微觀組織演變可通過擠壓過程中加工硬化、動態(tài)回復和動態(tài)再結晶來控制，最終達到細化晶粒、提尚材料綜合力學性能的目的。ECAP變形制備塊體超細晶金屬材料的技術已表現(xiàn)出誘人的市場前景，如生物醫(yī)學材料、高技術精密鍛件、貴金屬濺射靶材、超塑性成形材料、高技術武器裝備等都是ECAP制備超細晶金屬材料的潛在應用領域?，F(xiàn)有的ECAP模具有三個缺點:1)制備的擠壓件表面易產(chǎn)生裂紋或劃痕；2)制備的試樣組織的均勻性和塑性變形區(qū)的分布不好；3)現(xiàn)有的ECAP模具制備的超細晶材料在尺度上很難達到200nm以下。因此，研制一套合適的等徑角擠壓實驗裝置，對于開展金屬材料的ECAP研究是十分必要的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有等徑角擠壓技術中的不足，提供一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，將超聲波應用到等徑角擠壓模具中，超聲波在固體材料中傳播時能夠增加材料位錯密度、降低材料的內摩擦力并產(chǎn)生熱，在超聲波產(chǎn)生的交變應力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應力場的耦合作用下，使坯料發(fā)生劇烈塑性變形，提高組織的均勻性和細化材料晶粒，制備塊體納米晶。本發(fā)明能有效提尚擠壓件晶粒的細化和組織的均勾性，制備出尚質量的擠壓件。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是:一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、墊塊、擋圈、應力圈、下模板、液壓柱塞、凸模、導套、凹模、導柱以及超聲波振動裝置。具體結構和連接關系為:所述上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接，墊塊上端與上模板連接，墊塊下端與凸模連接，凸模固定在擋圈內，擋圈上端與墊塊固定連接，導套的上端與上模板固定連接，導套的下端和導柱的上端相接，導柱的下端與下模板固定連接；凹模下端固定在下模板上，凹模側面用分體應力圈固定，超聲波振動裝置固定連接在凹模的側面。
[0006]為了能夠方便地取出擠壓件，所述凹模分為對稱兩分體，對稱兩分體凹模下端通過定位銷固定在下模板上，對稱兩分體凹模側面用應力圈固定。
[0007]所述應力圈分為兩部分，與對稱兩分體凹模相配合，兩部分應力圈通過螺栓相互連接。
[0008]所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。
[0009]所述超聲波放大器通過螺釘或定位銷與凹模連接。
[0010]所述超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接。
[0011]所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的施工方法，包括如下步驟:
[0012]I)根據(jù)擠壓件的尺寸，確定凸模的外徑；
[0013]2)將擠壓件放入凹模內；
[0014]3)啟動液壓機，模具的上模板和下模板在液壓機作用下作相對運動并帶動墊塊和擋圈運動；
[0015]4)啟動超聲波振動裝置，使凹模在超聲波作用下產(chǎn)生高頻振動；
[0016]5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模下行，推動擠壓件向下通過凹模，從而制備出高質量的工件；
[0017]6)打開應力圈，分開凹模，取出擠壓件。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]針對等徑角擠壓過程中存在的問題，本發(fā)明提出將超聲波應用到等徑角擠壓技術中。通過將高強度超聲波輸入到凹模中，在凹模表面產(chǎn)生高頻周期振動位移。因此，在超聲波輔助等徑角擠壓過程中凹模與擠壓件之間由于振動而產(chǎn)生瞬間分離，從而使擠壓件產(chǎn)生強烈的“體積效應”和“表面效應”，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)振動改變傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為及金屬流動行為，有利于變形加工；2)振動增加材料位錯密度、降低材料的內摩擦力并產(chǎn)生熱，減少局部黏焊現(xiàn)象；3)在超聲波產(chǎn)生的交變應力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應力場的耦合作用下，使材料發(fā)生劇烈塑性變形，提高組織的均勻性和細化材料晶粒；4)振動改善加工潤滑條件。因此，通過超聲波高頻振動，提高擠壓件均勻化和細化晶粒，有效克服現(xiàn)有等徑角擠壓模具所存在的問題。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的結構示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的擠壓件示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的凹模結構示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的應力圈結構示意圖
[0024]圖中標記為:1-上模板、2-墊塊、3-擋圈、4-應力圈、5-超聲波放大器、6-超聲波換能器、7-電纜、8-下模板、9-液壓柱塞、10-凸模、11-導套、12-凹模、13-導柱、14-擠壓件、15-超聲波發(fā)生器。
【具體實施方式】
[0025]以下通過實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，包括上模板1、墊塊2、擋圈3、應力圈4、超聲波放大器5、超聲波換能器6、電纜7、下模板8、液壓柱塞9、凸模10、導套11、凹模12以及導柱13。具體結構和連接關系為:上模板I和下模板8作相對運動，上模板I上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞9相連接，墊塊2上端與上模板I連接，墊塊2下端與凸模10連接，凸模10固定在擋圈3內，擋圈3上端與墊塊2固定連接，導套11的上端與上模板I固定連接，導套11的下端和導柱13的上端相接，導柱13的下端與下模板8固定連接；凹模12下端通過定位銷固定在下模板8上，凹模12側面采用分體應力圈4固定，分體應力圈4之間相互連接，超聲波放大器5固定連接在凹模12的側面，超聲波放大器5與超聲波換能器6固定連接，超聲波換能器6通過電纜7與超聲波發(fā)生器15連接。
[0027]工作原理及過程:
[0028]I)根據(jù)擠壓件14的尺寸，確定凸模10的外徑；
[0029]2)將擠壓件14放入凹模12內；
[0030]3)啟動液壓機，模具的上模板I和下模板8在液壓機作用下作相對運動并帶動墊塊2和擋圈3運動；
[0031]4)啟動超聲波振動裝置，使凹模12在超聲波作用下產(chǎn)生高頻振動；
[0032]5)液壓機的液壓柱塞9下行，推動凸模10下行，推動擠壓件14向下通過凹模12，從而制備出高質量的工件；
[0033]6)打開應力圈4，分開凹模12，取出擠壓件14。
[0034]為了能夠方便地取出擠壓件，所述凹模12分為對稱兩分體，對稱兩分體凹模12下端通過定位銷固定在下模板8上，對稱兩分體凹模側面用應力圈4固定。
【主權項】
1.一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、墊塊、擋圈、應力圈、下模板、液壓柱塞、凸模、導套、凹模、導柱以及超聲波振動裝置，其特征在于，具體結構和連接關系為:所述上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接，墊塊上端與上模板連接，墊塊下端與凸模連接，凸模固定在擋圈內，擋圈上端與墊塊固定連接，導套的上端與上模板固定連接，導套的下端和導柱的上端相接，導柱的下端與下模板固定連接；凹模下端固定在下模板上，凹模側面用分體應力圈固定，超聲波振動裝置固定連接在凹模的側面。2.權利要求1所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)根據(jù)擠壓件的尺寸，確定凸模的外徑； 2)將擠壓件放入凹模內； 3)啟動液壓機，模具的上模板和下模板在液壓機作用下作相對運動并帶動墊塊和擋圈運動； 4)啟動超聲波振動裝置，使凹模在超聲波作用下產(chǎn)生高頻振動； 5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模下行，推動擠壓件向下通過凹模，從而制備出高質量的工件； 6)打開應力圈，分開凹模，取出擠壓件。3.根據(jù)權利要求1所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述凹模為對稱兩分體，對稱兩分體凹模下端通過定位銷固定在下模板上，對稱兩分體凹模側面用應力圈固定。4.根據(jù)權利要求1所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述應力圈分為兩部分，與對稱兩分體凹模相配合，兩部分應力圈通過螺栓相互連接。5.根據(jù)權利要求1所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。6.根據(jù)權利要求4所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述超聲波放大器通過螺釘或定位銷與凹模連接。7.根據(jù)權利要求4所述的超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接。
【專利摘要】一種超聲振動凹模的等徑角擠壓裝置，該裝置由上模板和下模板組成，上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接，墊塊上端與上模板連接，墊塊下端與凸模連接，凸模固定在擋圈內，擋圈上端與墊塊固定連接，導套的上端與上模板固定連接，導套的下端和導柱的上端相接，導柱的下端與下模板固定連接；凹模下端固定在下模板上，凹模側面用分體應力圈固定，超聲波振動裝置固定連接在凹模的側面。通過將高強度超聲波輸入到凹模中，在凹模表面產(chǎn)生高頻周期振動位移，提高擠壓件均勻化和細化晶粒，有效克服等徑角擠壓模具存在的晶粒細化不均勻、擠壓件有裂紋的問題。
【IPC分類】B06B1/00, B21C25/02
【公開號】CN105170681
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】鄭戰(zhàn)光, 朱帥, 楊興, 馮強, 黃龍貴
【申請人】廣西大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月30日