本發(fā)明涉及一種大塑性變形復(fù)合成型裝置及方法，具體涉及一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置及方法，屬于材料塑性成型技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂合金因其質(zhì)輕且儲量豐富，在作為結(jié)構(gòu)材料與功能材料等方面存在著巨大的潛力，鎂合金具備可降解性和良好的生物相容性，使其在醫(yī)用植入材料中的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢，鎂合金本身的密度和彈性模量與人骨相近，自然降解后避免二次手術(shù)取出，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)骨接合材料。為獲得具有優(yōu)異性能的生物鎂合金接骨板材料，在純鎂中加入有益于人體的Zn、Ca和Mn三種合金化元素，制備了Mg-2Zn-1.0Mn-0.5Ca合金，為了提高所制備的生物鎂合金的強(qiáng)度和韌性，需要細(xì)化晶粒，以改善組織和力學(xué)性能。

大塑性變形技術(shù)作為一種制備超細(xì)晶材料的有效方式而出現(xiàn)。傳統(tǒng)的大塑性變形技術(shù)有等通道轉(zhuǎn)角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)、多向鍛造、往復(fù)擠壓、累積疊軋等。但這些工藝的局限性也很明顯，如加工出最終材料需要循環(huán)若干次工藝過程，并且循環(huán)加工造成加工過程不連續(xù)，生產(chǎn)效率低下。因此，設(shè)計(jì)一種高效制備超細(xì)晶材料的裝置及方法具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，為了克服上述現(xiàn)有的大塑性變形方法工序眾多、工藝要求較高的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置及方法，其集三次正擠壓與擠扭方式于一體，能夠加工出力學(xué)性能良好的鎂合金棒材。

方案一：本發(fā)明提出的一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置，包括沖頭、連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模及模套；所述連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模設(shè)于模套內(nèi)，連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模的模腔由上至下依次為垂直通道、三級擠壓通道及出料通道，每級擠壓通道分別由一個(gè)正擠壓通道和一個(gè)擠扭通道構(gòu)成，胚料置于垂直通道內(nèi)，沖頭的下端置于垂直通道內(nèi)，胚料及連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模的模腔的橫截面形狀都是正方形，三級擠壓通道由上至下橫截面逐漸變小。胚料經(jīng)過每級擠壓通道后，首先在正擠壓通道處橫截面積減小，實(shí)現(xiàn)晶粒的一次細(xì)化，然后經(jīng)過擠扭通道，織晶進(jìn)一步破碎，實(shí)現(xiàn)晶粒的再次細(xì)化。

進(jìn)一步地：定義三級擠壓通道由上至下依次為第一級擠壓通道、第二級擠壓通道和第三級擠壓通道；第一級擠壓通道由第一正擠壓通道和第一擠扭通道構(gòu)成；第二級擠壓通道由第二正擠壓通道和第二擠扭通道構(gòu)成；第三級擠壓通道由第三正擠壓通道和第三擠扭通道構(gòu)成；第一擠扭通道的擠扭曲線半徑、第二擠扭通道的擠扭曲線半徑、第三擠扭通道的擠扭曲線半徑均為30mm；第一擠扭通道、第二擠扭通道和第三擠扭通道豎直方向上的長度均為15mm；第一正擠壓通道、第二正擠壓通道和第三正擠壓通道的擠壓比分別為1.33、1.5和2，總的擠壓比為4；第一正擠壓通道、第二正擠壓通道和第三正擠壓通道豎直方向上的長度均為5mm。胚料經(jīng)過每一級擠壓通道，先完成正擠壓，使胚料的橫截面減小，然后完成扭擠，使枝晶破碎。胚料經(jīng)過三級擠壓通道，橫截面積逐漸減小，晶粒逐漸細(xì)化。

進(jìn)一步地：所述連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模是由兩個(gè)半模拼合而成。以便于模具的加工，并且方便余料的取出。

進(jìn)一步地：所述模套上設(shè)置有多個(gè)加熱棒安裝孔和一個(gè)熱電偶測溫孔，每個(gè)加熱棒安裝孔上方都設(shè)置有加熱棒導(dǎo)線孔。以便于對模具溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量，并且通過控溫箱，使模具的溫度維持在指定的值。加熱棒導(dǎo)線孔的設(shè)計(jì)，便于加熱棒的順線，避免在壓力機(jī)下行時(shí)，電線與壓力機(jī)的接觸。

進(jìn)一步地：所述模套的下面設(shè)置墊板。

進(jìn)一步地：所述模套與連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模通過限位釘進(jìn)行限位。

方案二：本發(fā)明提出的一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型方法，該方法是基于方案一所述一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置實(shí)現(xiàn)的，具體步驟：

一、將一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置放置在壓力機(jī)上，并加熱到指定溫度；

二、將加熱到指定溫度的胚料放入擠扭復(fù)合成型凹模中，放入沖頭；

三、沖頭下行，在第一級擠壓通道的第一正擠壓通道實(shí)現(xiàn)胚料橫截面積的減小，第一次細(xì)化晶粒，然后在第一擠扭通道實(shí)現(xiàn)胚料晶粒的進(jìn)一步細(xì)化；

四、沖頭繼續(xù)下行，依次在第二級擠壓通道和第三級擠壓通道實(shí)現(xiàn)胚料橫截面積的減小，晶粒的逐步細(xì)化；

五、經(jīng)過三級擠壓通道，晶粒完成了六次晶粒的細(xì)化過程，最終加工出具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)的正方形棒材。

進(jìn)一步地：所述胚料為輕合金材料。

進(jìn)一步地：所述胚料為鎂合金、鋁合金或鈦合金材料。

本發(fā)明所達(dá)到的效果為：

一、本發(fā)明將正擠壓和擠扭兩種塑性變形技術(shù)集合到同一裝置上，相較于傳統(tǒng)的分別采用單獨(dú)的加工裝置進(jìn)行單獨(dú)方式的加工，其效率可提高50％以上。

二、本發(fā)明由三級連續(xù)的正擠壓和扭擠通道構(gòu)成，一次擠壓完成多個(gè)工步，減少了循環(huán)加工的不連續(xù)性。

三、本發(fā)明所需的設(shè)備簡單，并且生產(chǎn)工序少，成本低，易于在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模的兩個(gè)半模分體圖；

圖4是連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成形凹模的模腔立體圖。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

如附圖所示本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置，包括沖頭1、連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模7及模套9；所述連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模7設(shè)于模套9內(nèi)，并通過限位釘2進(jìn)行限位，連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模7的模腔由上至下依次為垂直通道7-7、三級擠壓通道及出料通道7-8，每級擠壓通道分別由一個(gè)正擠壓通道和一個(gè)擠扭通道構(gòu)成，胚料3置于垂直通道7-7內(nèi)，沖頭1的下端置于垂直通道7-7內(nèi)，胚料3及連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模7的模腔的橫截面形狀都是正方形，三級擠壓通道由上至下橫截面逐漸變小。定義三級擠壓通道由上至下依次為第一級擠壓通道、第二級擠壓通道和第三級擠壓通道；第一級擠壓通道由第一正擠壓通道7-1和第一擠扭通道7-2構(gòu)成；第二級擠壓通道由第二正擠壓通道7-3和第二擠扭通道7-4構(gòu)成；第三級擠壓通道由第三正擠壓通道7-5和第三擠扭通道7-6構(gòu)成；第一擠扭通道7-2的擠扭曲線半徑R₁、第二擠扭通道7-4的擠扭曲線半徑R₂、第三擠扭通道7-6的擠扭曲線半徑R₃均為30mm；第一擠扭通道7-2、第二擠扭通道7-4和第三擠扭通道7-6豎直方向上的長度均為15mm；第一正擠壓通道7-1、第二正擠壓通道7-3和第三正擠壓通道7-5的擠壓比分別為1.33、1.5和2,總的擠壓比為4；第一正擠壓通道7-1、第二正擠壓通道7-3和第三正擠壓通道7-5豎直方向上的長度均為5mm。所述連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型凹模7是由兩個(gè)半模拼合而成。所述模套9上設(shè)置有六個(gè)加熱棒安裝孔4和一個(gè)熱電偶測溫孔5，每個(gè)加熱棒安裝孔4上方都設(shè)置有加熱棒導(dǎo)線孔8。所述模套9的下面設(shè)置墊板6。

一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型方法，該方法是基于上述一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置實(shí)現(xiàn)的，具體步驟：

一、將一種連續(xù)正擠壓和擠扭復(fù)合成型裝置放置在壓力機(jī)上，并加熱到指定溫度；

二、將加熱到指定溫度的胚料放入擠扭復(fù)合成型凹模7中，放入沖頭1；

三、沖頭1下行，在第一級擠壓通道的第一正擠壓通道7-1實(shí)現(xiàn)胚料橫截面積的減小，第一次細(xì)化晶粒，然后在第一擠扭通道7-2實(shí)現(xiàn)胚料晶粒的進(jìn)一步細(xì)化；

四、沖頭1繼續(xù)下行，依次在第二級擠壓通道和第三級擠壓通道實(shí)現(xiàn)胚料橫截面積的減小，晶粒的逐步細(xì)化；

五、經(jīng)過三級擠壓通道，晶粒完成了六次晶粒的細(xì)化過程，最終加工出具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)的正方形棒材。

雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。