專利名稱：純鈦等通道徑角擠壓的模具及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等通道徑角擠壓的模具及工藝方法，尤其涉及一種純鈦等通道徑角擠壓的模具及工藝方法，屬于塑性加工裝備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通道徑角擠壓技術(shù)(ECAP)是一種劇烈塑性變形引起晶粒細(xì)化和機(jī)械性能提高的方法。經(jīng)過(guò)近幾十年的研究，ECAP方法已發(fā)展成為當(dāng)今科學(xué)界公認(rèn)的行之有效的大塑性變形方法之一，它能夠使材料的晶粒細(xì)化至亞微米甚至納米級(jí)，在提高材料的極限強(qiáng)度的同時(shí)，其塑性基本沒(méi)有降低或者只是輕微的下降。鑒于此技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)，它被越來(lái)越多地應(yīng)用于工程領(lǐng)域，被用來(lái)提高常規(guī)材料的性能。國(guó)內(nèi)外學(xué)者近期熱衷于純鈦的等通道擠壓的研究，純鈦由于具有高的比強(qiáng)度和高的耐腐蝕性是優(yōu)質(zhì)的生物醫(yī)用材料，然而，純鈦的強(qiáng)度和疲勞性能還比較低，難以應(yīng)用于植入體等需要高強(qiáng)度、高耐疲勞的場(chǎng)合，采用ECAP方法對(duì)純鈦進(jìn)行處理滿足了上述要求，而且，由于亞微米晶粒的晶界面積的大幅提高，導(dǎo)致其生物活性的增加，有利于生物相容性的提高，為ECAP技術(shù)成功地應(yīng)用于高性能醫(yī)用植入體的制造創(chuàng)造了條件。ECAP模具是由兩個(gè)互成角度的具有相同形狀和面積的橫截面的通道相交接而成，被加工材料從彎道里被剪切擠出。研究表明，模具角度(包括外角和內(nèi)角)、擠壓道次、擠壓路徑、試驗(yàn)溫度對(duì)材料的細(xì)化效果和均勻程度具有影響作用，而且溫度、通道摩擦、擠壓速度的不同會(huì)對(duì)擠壓力和模具的有效使用產(chǎn)生影響，因此模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的選擇對(duì)于提高模具的壽命最為重要。由于模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)選擇的不足而造成壓頭在通道內(nèi)折彎和斷裂，導(dǎo)致模具失效不乏先例。國(guó)內(nèi)有研究者采用大的ECAP轉(zhuǎn)角在室溫對(duì)純鈦進(jìn)行等通道徑角擠壓，可以推測(cè)，室溫ECAP的擠壓力將非常大，需要配備的壓力機(jī)的噸位也要相應(yīng)地增大，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加。ECAP過(guò)程的潤(rùn)滑能減少摩擦力，從而降低擠壓力，所以便于通道的潤(rùn)滑也是模具設(shè)計(jì)中需要考慮的因素。因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有技`術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種純鈦等通道徑角擠壓的模具及工藝方法，其采用高效和簡(jiǎn)易的純鈦等通道徑角擠壓的模具及工藝方法，對(duì)純鈦成功地進(jìn)行了多道次的擠壓。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種純鈦等通道徑角擠壓的模具，其采用整體凹模設(shè)計(jì)，所述凹模包括有凹模主體、凹模底座及凹模蓋板，所述純鈦等通道徑角擠壓的模具包括有一等徑角通道，所述凹模主體包含有所述等徑角通道，所述凹模蓋板包含有所述等徑角通道的一個(gè)側(cè)面，所述凹模主體和凹模蓋板通過(guò)螺栓和螺母緊固。所述等徑角通道整體埋入模具中。所述純鈦等通道徑角擠壓的模具還包括有設(shè)置于所述等徑角通道一側(cè)的取料銷孔。
所述等徑角通道上形成內(nèi)角和外角兩個(gè)角度,所述內(nèi)角為105° ,外角為90°。所述純鈦等通道徑角擠壓的模具還包括有用以保證所述純鈦等通道徑角擠壓的模具等溫?cái)D壓的隔熱和精度要求的墊塊、隔熱材料和卡位銷。本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種純鈦等通道徑角擠壓的模具的工藝方法，其特征在于:
對(duì)等徑角通道和待擠壓件進(jìn)行表面潤(rùn)滑；
安裝壓頭及輔助裝置；
安裝凹模主體和并調(diào)試模具；
安裝凹模蓋板，通過(guò)螺栓和螺母緊固凹模主體和凹模蓋板；
安裝小型電阻加熱爐，并加熱，到溫后保溫，并放入待擠壓件；
均溫后進(jìn)行慢速擠壓；
擠壓結(jié)束后，卸下凹模蓋板，從取料銷孔將擠壓件頂出。本發(fā)明具有如下有益效果:
(1).采用了新的整體性 凹模的模具結(jié)構(gòu)，使得模具能承受的擠壓力增大；
(2).采用了等溫?cái)D壓技術(shù)，能滿足硬度較高、塑性較低的密排六方結(jié)構(gòu)純鈦及其合金的等通道徑角的擠壓；
(3).模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、便于通道的潤(rùn)滑和故障處理，模具壽命得到了一定程度的提聞。


圖1為本發(fā)明純鈦等通道徑角擠壓的模具中的凹模結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示純鈦等通道徑角擠壓的模具中的凹模結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3為圖1所示純鈦等通道徑角擠壓的模具的加熱裝置以及凹模/壓力機(jī)平臺(tái)的連接示意圖。其中:
1-等徑角通道、2-通孔、3-凹模主體、4-凹模底座、5-凹模蓋板、6-卡位孔、7_夾緊孔、8-取料銷孔、9-墊板、10-小型電阻加熱爐、11-緊固螺栓螺母、12-墊塊、13-卡位銷、14-隔熱材料、15-壓頭、16-待擠壓件,擠壓件、Φ-內(nèi)角、Ψ=-外角。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖2所示，本發(fā)明純鈦等通道徑角擠壓的模具采用了整體凹模的設(shè)計(jì)，即整體加工出凹模的凹模主體3和凹模底座4，凹模設(shè)置在具有隔熱功能的墊板9上，并用緊固螺栓螺母11固定。整個(gè)凹模由兩部分構(gòu)成，一部分為含有等徑角通道I的凹模主體3，另一部分為含有等徑角通道I的一個(gè)側(cè)面的凹模蓋板5 (如圖2所示)，且該兩部分通過(guò)高強(qiáng)度螺栓和螺母緊固(未圖示)。其中含有通道部分的凹模主體3是主要的受力件，此部分與凹模底座4為一整體，這樣的結(jié)構(gòu)增加了純鈦等通道徑角擠壓的模具的剛度。本發(fā)明純鈦等通道徑角擠壓的模具的通道為整體結(jié)構(gòu)，用電火花加工方法制得，整體埋在凹模中，不存在彎道的分割問(wèn)題，此種結(jié)構(gòu)有利于模具承受較大的擠壓力，實(shí)現(xiàn)純鈦的ECAP擠壓。
請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明凹模主體3含有等徑角通道1，其通過(guò)將一整體材料沿等徑角通道I一棱邊剖開(kāi)再將凹模蓋板5沿底座切下而成。其采用彎道鑲嵌的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)電火花加工方法制造，保證了模具結(jié)構(gòu)的整體性。主要的等徑角通道I整體埋入模具，此設(shè)計(jì)使得模具承受的擠壓力增加，模具的剛度增加，可對(duì)純鈦等強(qiáng)度高的材料進(jìn)行擠壓。這些結(jié)構(gòu)的運(yùn)用使模具的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)約，能承受的擠壓力的大幅增加，保證了模具的可靠性，采用這樣的剖面結(jié)構(gòu)也方便了擠壓前工作面的潤(rùn)滑，直接把凹模蓋板5拿開(kāi)就可以操作，無(wú)需借助其它設(shè)備，同時(shí)故障處理也很容易。本發(fā)明中凹模主體3和凹模蓋板5采用十個(gè)高強(qiáng)度螺栓緊固裝置(未圖示)，純鈦等通道徑角擠壓的模具所受擠壓力被平分到各個(gè)緊固裝置，保證了 ECAP過(guò)程的可靠性。請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖2并結(jié)合圖3所示，本發(fā)明純鈦等通道徑角擠壓的模具為了減小擠壓力，增加純鈦的塑性，采用了等溫?cái)D壓技術(shù)。在ECAP凹模的外部裝備了小型電阻加熱爐10，采用凹模和待擠壓件16同時(shí)加熱的等溫?cái)D壓法(在這里需要指出的是，在擠壓之前為待擠壓件16，擠壓之后為擠壓件16)。溫度范圍在400 450° C之間。通過(guò)多次試驗(yàn)表明，此溫度范圍能夠同時(shí)兼顧ECAP擠壓力的減小和細(xì)晶效果。由于純鈦等通道徑角擠壓的模具設(shè)置在液壓機(jī)的工作臺(tái)上，所以增加了凹模(包括凹模主體3、凹模底座4及凹模蓋板5)與工作臺(tái)間的隔熱措施。而壓頭15不加熱，這樣有利于壓頭承受較大的擠壓力，增加了壓頭的壽命。請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，N道次ECAP處理產(chǎn)生的應(yīng)變量由公式
權(quán)利要求
1.一種純鈦等通道徑角擠壓的模具，其采用整體凹模設(shè)計(jì)，所述凹模包括有凹模主體、凹模底座及凹模蓋板，其特征在于所述純鈦等通道徑角擠壓的模具包括有一等徑角通道，所述凹模主體包含有所述等徑角通道，所述凹模蓋板包含有所述等徑角通道的一個(gè)側(cè)面，所述凹模主體和凹模蓋板通過(guò)螺栓和螺母緊固。
2.如權(quán)利要求I所述的純鈦等通道徑角擠壓的模具，其特征在于所述等徑角通道整體埋入模具中。
3.如權(quán)利要求I所述的純鈦等通道徑角擠壓的模具，其特征在于所述純鈦等通道徑角擠壓的模具還包括有設(shè)置于所述等徑角通道一側(cè)的取料銷孔。
4.如權(quán)利要求3所述的純鈦等通道徑角擠壓的模具，其特征在于所述等徑角通道上形成內(nèi)角和外角兩個(gè)角度，所述內(nèi)角為105°，外角為90°。
5.如權(quán)利要求4所述的純鈦等通道徑角擠壓的模具，其特征在于所述純鈦等通道徑角擠壓的模具還包括有用以保證所述純鈦等通道徑角擠壓的模具等溫?cái)D壓的隔熱和精度要求的墊塊、隔熱材料和卡位銷。
6.一種純鈦等通道徑角擠壓的模具的工藝方法，其特征在于 對(duì)等徑角通道和待擠壓件進(jìn)行表面潤(rùn)滑； 安裝壓頭及輔助裝置； 安裝凹模主體和并調(diào)試模具； 安裝凹模蓋板，通過(guò)螺栓和螺母緊固凹模主體和凹模蓋板； 安裝小型電阻加熱爐，并加熱，到溫后保溫，并放入待擠壓件； 均溫后進(jìn)行慢速擠壓； 擠壓結(jié)束后，卸下凹模蓋板，從取料銷孔將擠壓件頂出。
全文摘要
一種純鈦等通道徑角擠壓的模具，其采用整體凹模設(shè)計(jì)，所述凹模包括有凹模主體、凹模底座及凹模蓋板，所述純鈦等通道徑角擠壓的模具包括有一等徑角通道，所述凹模主體包含有該等徑角通道，所述凹模蓋板包含有該等徑角通道的一個(gè)側(cè)面，所述凹模主體和凹模蓋板通過(guò)螺栓和螺母緊固，本發(fā)明純鈦等通道徑角擠壓的模具采用了新的整體性凹模的模具結(jié)構(gòu)，使得模具能承受的擠壓力增大；采用了等溫?cái)D壓技術(shù)，能滿足硬度較高、塑性較低的密排六方結(jié)構(gòu)純鈦及其合金的等通道徑角的擠壓；模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、便于通道的潤(rùn)滑和故障處理，模具壽命得到了一定程度的提高。
文檔編號(hào)B21C23/14GK103252377SQ201310145069
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者周清, 程剛良, 徐軍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)