本發(fā)明涉及一種復(fù)合的大塑性變形成型裝置及方法，具體涉及一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置及方法，屬于擠壓加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)今世界隨著航空航天技術(shù)、軍事裝備和交通工具等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)高性能金屬材料特別是對(duì)高比強(qiáng)材料的需求日益增長(zhǎng).制備具有高比強(qiáng)度和良好塑性相匹配的材料，一直是各國(guó)材料科學(xué)和材料工程研究的熱點(diǎn)，也是國(guó)際材料領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)最激烈的領(lǐng)域之一.就目前各國(guó)的研究現(xiàn)狀來(lái)看，合金化強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和固溶—沉淀強(qiáng)化是常用的提升材料組織性能的主要途徑.近年來(lái)，國(guó)際上本領(lǐng)域的大量研究成果證明，單純依賴某一兩種強(qiáng)化機(jī)制來(lái)提升材料的綜合性能是十分有限的，將多種機(jī)制有機(jī)組合，不僅能充分挖掘材料的性能，也是材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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，如每次加工獲得的塑性變形量較小，需要多次加工，才能獲得更大的塑性變形量。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(jiǎn)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(jiǎn)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(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置及方法，型腔由兩個(gè)等通道轉(zhuǎn)角擠壓型腔和一個(gè)擠扭型腔組成，能夠加工出力學(xué)性能良好的超細(xì)晶材料。

方案一：本發(fā)明提出的一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置，包括沖頭、模套、墊板和型腔；所述模套安裝在墊板上，模套上開(kāi)設(shè)有多個(gè)加熱棒安裝孔，所述型腔設(shè)置在模套內(nèi)，型腔開(kāi)設(shè)有等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一、擠扭通道和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二，所述等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一、擠扭通道和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二構(gòu)成U字形復(fù)合擠壓通道，等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一、擠扭通道、等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二的橫截面均為正方形，且橫截面積不變，所述擠扭通道的橫截面沿著擠壓方向發(fā)生了90度的扭轉(zhuǎn)，沖頭與等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二配合。

胚料反復(fù)的經(jīng)過(guò)等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一、擠扭通道和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二，隨著胚料經(jīng)過(guò)擠壓通道到的次數(shù)增加，胚料的晶粒逐步的細(xì)化，最后達(dá)到要求晶粒大小。

進(jìn)一步地：所述等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二的模具內(nèi)角模具外角相等，等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二的模具內(nèi)角半徑Rint和模具外角半徑Rext相等；模具內(nèi)角為90°；模具內(nèi)角半徑Rint為10mm。

進(jìn)一步地：所述型腔是由兩個(gè)半模拼合而成。

進(jìn)一步地：所述模套上設(shè)置有十二個(gè)加熱棒安裝孔。模具擠壓過(guò)程中靠加熱棒保持恒定的溫度。

進(jìn)一步地：所述模套的內(nèi)表面和型腔的外表面均為斜面，兩者通過(guò)一個(gè)楔緊斜面來(lái)進(jìn)行裝配。

方案二：本發(fā)明提出的一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形方法，該方法是基于方案一所述一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置實(shí)現(xiàn)的，具體步驟：

一、將等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置、胚料放置在壓力機(jī)上，并利用加熱棒將成形裝置及胚料加熱到指定溫度，并保持溫度恒定；

二、沖頭下行，首先在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一的轉(zhuǎn)角處胚料由于鐓粗剪切作用，胚料實(shí)現(xiàn)晶粒的第一次細(xì)化；

三、沖頭繼續(xù)下行，在擠扭通道，胚料由于滑移和孿生作用發(fā)生晶粒的再次細(xì)化；

四、沖頭繼續(xù)下行，在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二轉(zhuǎn)角處胚料由于鐓粗剪切作用，胚料實(shí)現(xiàn)晶粒的第三次細(xì)化；

五、沖頭到達(dá)行程極限，壓力機(jī)復(fù)位，將沖頭取出放在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二處，沖頭再次下行依次經(jīng)過(guò)等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二、擠扭通道和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一，完成胚料晶粒的進(jìn)一步細(xì)化；

六、如此往復(fù)的進(jìn)行下去，以得到所需的超細(xì)晶材料。

進(jìn)一步地：所述胚料為輕合金材料。

進(jìn)一步地：所述胚料為鎂合金或鋁合金材料。

本發(fā)明所達(dá)到的效果為：

一、本發(fā)明將等通道轉(zhuǎn)角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3倍以上。

二、本發(fā)明由兩個(gè)等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道和一個(gè)擠扭通道構(gòu)成，能夠增強(qiáng)胚料加工的連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率。

三、本發(fā)明的裝置可以根據(jù)要求，往復(fù)進(jìn)行，直到或得所需的細(xì)晶材料。

四、本發(fā)明成本較為低廉，且生產(chǎn)效率高，可用于超細(xì)晶材料的制備

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的半剖結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖3是等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道和往復(fù)式擠扭復(fù)合成型的的一個(gè)半模的分體圖；

圖4是本發(fā)明的U字形復(fù)合擠壓通道立體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在說(shuō)明書(shū)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(kāi)發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過(guò)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(kāi)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(huì)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(kāi)發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這種開(kāi)發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說(shuō)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)施例提供了一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置，包括沖頭1、模套3、墊板4和型腔5；所述模套3安裝在墊板4上，模套3上開(kāi)設(shè)有多個(gè)加熱棒安裝孔6，所述型腔5設(shè)置在模套3內(nèi)，型腔5開(kāi)設(shè)有等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1、擠扭通道5-2和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2，所述等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1、擠扭通道5-2和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2構(gòu)成U字形復(fù)合擠壓通道，等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1、擠扭通道5-2、等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2的橫截面均為正方形，且橫截面積不變，所述擠扭通道5-2的橫截面沿著擠壓方向發(fā)生了90度的扭轉(zhuǎn)，沖頭1與等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2配合。胚料反復(fù)的經(jīng)過(guò)等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1、擠扭通道5-2和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2，隨著胚料經(jīng)過(guò)擠壓通道到的次數(shù)增加，胚料的晶粒逐步的細(xì)化，最后達(dá)到要求晶粒大小。所述等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2的模具內(nèi)角和模具外角相等、等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-2的模具內(nèi)角半徑Rint和模具外角半徑Rext相等；模具內(nèi)角為90°；模具內(nèi)角半徑Rint為10mm。所述型腔5是由兩個(gè)半模拼合而成。所述模套3上設(shè)置有十二個(gè)加熱棒安裝孔6。所述模套3的內(nèi)表面和型腔5的外表面均為斜面，兩者通過(guò)一個(gè)楔緊斜面來(lái)進(jìn)行裝配。

一種等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形方法，具體步驟：

一、將等通道轉(zhuǎn)角擠壓與往復(fù)式擠扭復(fù)合成形裝置、胚料2放置在壓力機(jī)上，并利用加熱棒將成形裝置及胚料加熱到指定溫度，并保持溫度恒定；

二、沖頭1下行，首先在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1的轉(zhuǎn)角處胚料由于鐓粗剪切作用，胚料實(shí)現(xiàn)晶粒的第一次細(xì)化；

三、沖頭1繼續(xù)下行，在擠扭通道5-2，胚料2由于滑移和孿生作用發(fā)生晶粒的再次細(xì)化；

四、沖頭1繼續(xù)下行，在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-3轉(zhuǎn)角處胚料由于鐓粗剪切作用，胚料實(shí)現(xiàn)晶粒的第三次細(xì)化；

五、沖頭1到達(dá)行程極限，壓力機(jī)復(fù)位，將沖頭1取出放在等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-3處，沖頭再次下行依次經(jīng)過(guò)等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道二5-3、擠扭通道5-2和等通道轉(zhuǎn)角擠壓通道一5-1，完成胚料晶粒的進(jìn)一步細(xì)化；

六、如此往復(fù)的進(jìn)行下去，以得到所需的超細(xì)晶材料。

所述胚料為鎂合金或鋁合金材料。

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(shū)限定的范圍為準(zhǔn)。