專(zhuān)利名稱(chēng)：大型等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料改性加工模具，尤其是一種利用等通道擠壓變形改變材
料組織結(jié)構(gòu)的大直徑通道擠壓模具，具體地說(shuō)是一種推擠式連續(xù)擠壓的大型等通道轉(zhuǎn)角大 應(yīng)變擠壓模具。
背景技術(shù)：
眾所周知，自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal Channel Angular Pressing,簡(jiǎn)稱(chēng)ECAP)技術(shù)受到全球材料界的高度重視，現(xiàn)已發(fā)展成為制備高性能金屬材 料的一個(gè)重要方法。ECAP技術(shù)對(duì)材料的加工具有剪切力大、剪切應(yīng)變大、能高效細(xì)化材料組 織與夾雜物、消除孔洞缺陷的特點(diǎn)，而且加工出來(lái)的材料具有幾何形狀基本不變、強(qiáng)度高、 塑性好、成形性能好、疲勞性能好、抗腐蝕性好、超精密切削及陽(yáng)極氧化表面質(zhì)量高等許多 性能。 但是，迄今為止，ECAP技術(shù)加工出來(lái)的材料其尺寸都很小(橫截面尺寸不超過(guò) 20mmX 20mm(長(zhǎng)方體)或①20mm(圓柱體))，嚴(yán)重阻礙了 ECAP技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。ECAP技 術(shù)在加工材料的過(guò)程中，前道工件需要后道工件的推擠才能出模，即才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、量化 生產(chǎn)。由于前道工件對(duì)后道工件的反向作用力大于加工材料的塑性流變應(yīng)力，因此后道工 件在發(fā)生擠壓下行之前已經(jīng)發(fā)生了鍛粗，對(duì)模具表面產(chǎn)生了很大的壓力，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效、摩 擦力急劇升高、擠壓載荷急劇增大，使得擠壓過(guò)程難以進(jìn)行，對(duì)于低硬度、易發(fā)生塑性變形 的材料如3003A1、6063A1等尤為如此。對(duì)于小型ECAP而言，擠壓載荷對(duì)擠壓設(shè)備的噸位要 求和對(duì)模具的強(qiáng)韌性要求等可以忽略，但對(duì)于大型ECAP而言，此要求已成為限制其產(chǎn)業(yè)化 應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。 因此，要在工業(yè)上推廣應(yīng)用ECAP技術(shù)，必須處理好大型模具強(qiáng)韌性、工件大應(yīng)變 變形質(zhì)量(應(yīng)變大小、應(yīng)變均勻性等)、工件連續(xù)量化大應(yīng)變加工生產(chǎn)之間的矛盾，這除了 要對(duì)模具整體進(jìn)行強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)外，還必須對(duì)模具的工作腔(模芯型腔)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行選 擇與優(yōu)化。到目前為止，尚未有一種可供實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)使用的大型、連續(xù)等通道轉(zhuǎn)角擠壓變 形制備高性能金屬材料的模具可供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工缺乏大型模具而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)
化生產(chǎn)及對(duì)低硬度材料不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能連續(xù)批量進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角
擠壓加工的大型等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工模具，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)利用等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工大
幅提高金屬材料的組織與性能提供必需的裝備。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種大型等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓模具，包括上模座7、凸模墊板6、凸模固定板12、 凹模套2、凸模10、前模芯15、后模芯18和下模座4，其特征是上模座7固定于加載機(jī)械的 上工作臺(tái)上，凸模10的上端固定安裝于凸模固定板12內(nèi)，上模座7、凸模墊板6、凸模固定板12之間用銷(xiāo)釘8定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘5緊固相連形成一個(gè)整體后與加載機(jī)械的上 工作臺(tái)相連；前模芯15和后模芯18用銷(xiāo)13和16定位后鑲嵌于凹模套2內(nèi)，凸模10的下 端插裝在前模芯15和后模芯18之間形成的擠壓腔19中，凹模套2上設(shè)有與所述的擠壓腔 19相通的斜置的擠出通道20，凹模套2鑲嵌于下模座4內(nèi)，前模芯15、后模芯18和凹模套2 之間為錐度配合，下模座4和凹模套2相連(用銷(xiāo)釘1定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘17緊固)， 下模座4安裝于加載機(jī)械(如液壓機(jī))的下工作臺(tái)上，在下模座4上設(shè)有與凹模套2上的 擠出通道20相通的出料腔21。 所述的前模芯15和后模芯18之間形成的擠壓腔19由兩個(gè)相交的圓柱形等通道 組成，所述圓柱形等通道的直徑為20-90mm、兩個(gè)圓柱形等通道軸線(xiàn)的內(nèi)角小為100 120 度，兩個(gè)圓柱形等通道轉(zhuǎn)角過(guò)渡段外角V為24 30度。 本發(fā)明的模具可對(duì)低硬度金屬3003A1和6063A1實(shí)施推擠式連續(xù)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng) 變擠壓加工并將其夾雜物AlFeMnSi碎化至3微米以下。 所述的前模芯15、后模芯18和凹模套2之間的配合錐度的錐角為4 8度。
所述的上模座7、凸模墊板6、凸模固定板12之間通過(guò)銷(xiāo)釘8定位并通過(guò)內(nèi)六角圓 柱頭螺釘5緊固連成一個(gè)可拆卸的整體結(jié)構(gòu)。 所述的模座4和凹模套2通過(guò)銷(xiāo)釘1定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘17緊固。
本發(fā)明的有益效果 (1)本發(fā)明為等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法提供了一種可工業(yè)化生產(chǎn)的大型模具，解 決了理論與實(shí)際結(jié)合的難題。
(2)本發(fā)明通過(guò)模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是通過(guò)對(duì)內(nèi)角和外角角度的控制，很好
地解決了大型模具強(qiáng)韌性、工件大應(yīng)變變形質(zhì)量(應(yīng)變大小、應(yīng)變均勻性等)、工件連續(xù)量
化大應(yīng)變加工生產(chǎn)之間的矛盾，使得擠出流暢無(wú)阻滯，保證了連接擠壓的進(jìn)行。 (3)本發(fā)明可對(duì)直徑20 90mm的3003A1、6063A1等低硬度金屬材料實(shí)施等通道
轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓加工并碎化其夾雜物至3微米以下。 (4)本發(fā)明模具所有零件都可拆卸，模具保養(yǎng)維護(hù)方便。


圖1是本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是鑄態(tài)3003A1經(jīng)本發(fā)明的模具擠壓后夾雜物被碎化至小于3 y m的金相圖。 圖4是鑄態(tài)6063A1經(jīng)本發(fā)明的模具擠壓后夾雜物被碎化至小于3 y m的金相圖。 圖5是利用本發(fā)明的模具擠壓后的產(chǎn)品實(shí)物照片圖。 圖中1、8、13、16為定位銷(xiāo)；2為凹模套；3、9、 11、 14為起吊用螺釘孔；4為下模座；
5、17為內(nèi)六角頭螺釘；6為凸模墊板；7為上模座；10為凸模；12為凸模固定板；15為前模 芯；18為后模芯；19為擠壓腔；20為擠出通道；21為出料腔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1、2所示。
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—種大型等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓模具，包括上模座7、凸模墊板6、凸模固定板12、 凹模套2、凸模10、前模芯15、后模芯18 (見(jiàn)圖2)和下模座4，上模座7固定于加載機(jī)械(如 液壓機(jī))的上工作臺(tái)上，凸模10的上端固定安裝于凸模固定板12內(nèi)，上模座7、凸模墊板6、 凸模固定板12之間用銷(xiāo)釘8定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘5緊固相連形成一個(gè)整體后與加載 機(jī)械的上工作臺(tái)相連；前模芯15和后模芯18用銷(xiāo)13和16定位后鑲嵌于凹模套2內(nèi)，凸模 10的下端插裝在前模芯15和后模芯18之間形成的擠壓腔19中，該擠壓腔19由兩個(gè)相交 的圓柱形等通道組成，所述圓柱形等通道的直徑為20-90mm、兩個(gè)圓柱形等通道軸線(xiàn)的內(nèi)角 小為100 120度，兩個(gè)圓柱形等通道轉(zhuǎn)角過(guò)渡段外角u/為24 30度。凹模套2上設(shè)有 與所述的擠壓腔19相通的斜置的擠出通道20，凹模套2鑲嵌于下模座4內(nèi)，前模芯15、后 模芯18和凹模套2之間為錐度配合，配合的錐角可為4 8度，下模座4和凹模套2相連， 具體實(shí)施時(shí)可用銷(xiāo)釘1定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘17緊固，下模座4安裝于加載機(jī)械(如液 壓機(jī))的下工作臺(tái)上，在下模座4上設(shè)有與凹模套2上的擠出通道20相通的出料腔21，如 圖l所示。 本發(fā)明的模具的安裝過(guò)程為將凹模套2鑲嵌于下模座4內(nèi)，用銷(xiāo)l和內(nèi)六角頭螺 釘17進(jìn)行定位和緊固；將前后模芯15、 18)用銷(xiāo)13、 16定位后放入凹模套2內(nèi)；將凸模10 安裝于凸模固定板12內(nèi)；將上模座7、凸模墊板6、凸模固定板12用銷(xiāo)釘8定位和內(nèi)六角圓 柱頭螺釘5緊固；將以上裝配好的模具的凸模部分和凸模部分合模后，安裝到加載機(jī)械(如 液壓機(jī))上。 大應(yīng)變擠壓工作過(guò)程為將工件放入垂直通道中，工件在加載機(jī)械(液壓機(jī))的壓 力作用下，經(jīng)過(guò)模芯內(nèi)的相交轉(zhuǎn)角發(fā)生大應(yīng)變變形；當(dāng)工件上端下行到模芯轉(zhuǎn)角處時(shí)，停止 加載，反向開(kāi)動(dòng)加載機(jī)械上行凸模，放入后續(xù)工件至垂直通道中，再次加載，利用后續(xù)工件 將先前工件推擠出模具；如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)等通道大應(yīng)變擠壓加工。 以下是按照本發(fā)明的方法進(jìn)行連續(xù)等通道大應(yīng)變擠壓加工的實(shí)例，但不僅僅限于 這些實(shí)例，對(duì)于不同成分的坯料，只要采用本發(fā)明所述方法，均可達(dá)到本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的模具可廣泛應(yīng)用于3003A1、6063A1等低硬度金屬實(shí)施推擠式連續(xù)等通 道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓加工并將其夾雜物(AlFeMnSi)碎化至3微米以下。以下是利用本發(fā)明 的模具加工的具體實(shí)例。 實(shí)例1 :等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的通道直徑為90mm、模具內(nèi)角小為120度、模具外角 V角為30度。能很順利對(duì)直徑90mm的鑄態(tài)3003A1和6063A1進(jìn)行連續(xù)等通道大應(yīng)變擠壓 加工，碎化夾雜物(AlFeMnSi)至小于3 y m，并將其分散開(kāi)(見(jiàn)圖3、4)。
實(shí)例2 :等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的通道直徑為20mm、模具內(nèi)角小為110度、模具外角 V為25度。能很順利地對(duì)直徑20mm的鑄態(tài)3003A1和6063A1進(jìn)行連續(xù)等通道大應(yīng)變擠壓 加工，6063A1的硬度從58. 8Hv提高到94. 2Hv。 實(shí)例3 :等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的通道直徑為20mm、模具內(nèi)角小為100度、模具外角 V為24度。能很順利地對(duì)直徑20mm的鑄態(tài)3003A1和6063A1進(jìn)行連續(xù)等通道大應(yīng)變擠壓 加工，6063A1的硬度從58. 8Hv提高到96Hv。 實(shí)例4 :等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的通道直徑為20mm、模具內(nèi)角小為100度、模具外角 V為70度。雖然能非常順利地對(duì)直徑20mm的鑄態(tài)3003A1和6063A1進(jìn)行連等通道擠壓加 工，但應(yīng)變量較小且不均勻，應(yīng)用價(jià)值不大。
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實(shí)例5 :等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的通道直徑為20mm、模具外角V為90度、模具內(nèi)角 小為90度。第一個(gè)鑄態(tài)3003A1坯料末端進(jìn)入模具拐角后，放入第二個(gè)坯料，第二個(gè)坯料不 能把第一個(gè)坯料推擠出來(lái)，等通道轉(zhuǎn)角擠壓不能連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種大型等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓模具，包括上模座(7)、凸模墊板(6)、凸模固定板(12)、凹模套(2)、凸模(10)、前模芯(15)、后模芯(18)和下模座(4)，其特征是凸模(10)的上端固定安裝于凸模固定板(12)內(nèi)，上模座(7)、凸模墊板(6)和凸模固定板(12)緊固相連形成一個(gè)整體；前模芯(15)和后模芯(18)鑲嵌于凹模套(2)內(nèi)，凸模(10)的下端插裝在前模芯(15)和后模芯(18)之間形成的擠壓腔(19)中，凹模套(2)上設(shè)有與所述的擠壓腔(19)相通的斜置的擠出通道(20)，凹模套(2)鑲嵌于下模座(4)內(nèi)，前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套(2)之間為錐度配合，下模座(4)和凹模套(2)相連，在下模座(4)上設(shè)有與凹模套(2)上的擠出通道(20)相通的出料腔(21)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模具，其特征是所述的前模芯(15)和后模芯(18)之間形成 的擠壓腔(19)由兩個(gè)相交的圓柱形等通道組成，所述圓柱形等通道的直徑為20-90mm、兩 個(gè)圓柱形等通道軸線(xiàn)的內(nèi)角小為100 120度，兩個(gè)圓柱形等通道轉(zhuǎn)角過(guò)渡段外角V為 24 30度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是它可對(duì)低硬度金屬3003A1和6063A1實(shí)施推 擠式連續(xù)等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓加工并將其夾雜物AlFeMnSi碎化至3微米以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模具，其特征是所述的前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套 (2)之間的配合錐度的錐角為4 8度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模具，其特征是所述的上模座(7)、凸模墊板(6)、凸模固定 板(12)之間通過(guò)銷(xiāo)釘(8)定位并通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘(5)緊固連成一個(gè)可拆卸的整體 結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是所述的模座(4)和凹模套(2)通過(guò)銷(xiāo)釘(1) 定位和內(nèi)六角圓柱頭螺釘(17)緊固。
全文摘要
一種大型等通道轉(zhuǎn)角大應(yīng)變擠壓模具，包括上模座(7)、凹模套(2)、凸模(10)和下模座(4)，其特征是凸模(10)的上端固定安裝于凸模固定板(12)內(nèi)，上模座(7)、凸模墊板(6)和凸模固定板(12)緊固相連形成一個(gè)整體；前模芯(15)和后模芯(18)鑲嵌于凹模套(2)內(nèi)，凸模(10)的下端插裝在前模芯(15)和后模芯(18)之間形成的擠壓腔(19)中，凹模套(2)上設(shè)有與所述的擠壓腔(19)相通的斜置的擠出通道(20)，凹模套(2)鑲嵌于下模座(4)內(nèi)，前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套(2)之間為錐度配合，下模座(4)和凹模套(2)相連，在下模座(4)上設(shè)有與凹模套(2)上的擠出通道(20)相通的出料腔(21)。本發(fā)明具有強(qiáng)度大，擠壓流暢，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21C25/00GK101693264SQ20091003609
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者劉桂玲, 姜銀方, 張?jiān)隼? 戈曉嵐, 成城, 戴亞春, 樊曙天, 潘勵(lì), 王宏宇, 程曉農(nóng), 袁國(guó)定, 許曉靜 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué);