一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬大塑性變形技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超細(xì)晶材料是指晶粒尺寸在10nm?Ium的亞微米級(jí)或納米級(jí)材料。超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料常常表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度和良好的韌性、耐磨性，因此廣泛應(yīng)用于航空航天、高層建筑、大跨度重載橋梁、輕量節(jié)能汽車(chē)、大型工程機(jī)械。
[0003]在眾多細(xì)化方法中，劇烈塑性變形作為一種獨(dú)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(xì)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(yīng)用前景的技術(shù)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(guān)鍵在于純剪切變形，剪切變形的交互作用導(dǎo)致晶粒細(xì)化，被擠壓材料的微觀組織演變可通過(guò)擠壓過(guò)程中加工硬化、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶來(lái)控制，最終達(dá)到細(xì)化晶粒、提尚材料綜合力學(xué)性能的目的。ECAP變形制備塊體超細(xì)晶金屬材料的技術(shù)已表現(xiàn)出誘人的市場(chǎng)前景，如生物醫(yī)學(xué)材料、高技術(shù)精密鍛件、貴金屬濺射靶材、超塑性成形材料、高技術(shù)武器裝備等都是ECAP制備超細(xì)晶金屬材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]現(xiàn)有的ECAP模具有三個(gè)缺點(diǎn):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(xì)晶材料在尺度上很難達(dá)到200nm以下。因此，制造一套合適的等徑角擠壓實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于開(kāi)展金屬材料的ECAP研究是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有等徑角擠壓技術(shù)中的不足，提供一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，將超聲波應(yīng)用到等徑角擠壓模具中，超聲波在固體材料中傳播時(shí)能夠增加材料位錯(cuò)密度、降低材料的內(nèi)摩擦力并產(chǎn)生熱，在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場(chǎng)與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)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(xì)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(xì)化和組織的均勾性，制備出尚質(zhì)量的擠壓件。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、壓力柱、導(dǎo)套、應(yīng)力圈、凹模、導(dǎo)柱、下模板、液壓柱塞以及凸模。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接，導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接，凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間安裝有超聲波振動(dòng)裝置。
[0007]所述的超聲波振動(dòng)裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器通過(guò)螺桿與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過(guò)電纜與超聲波發(fā)生器連接。
[0008]所述凹模為對(duì)稱(chēng)兩分體，對(duì)稱(chēng)兩分體凹模下端固定在下模板上，對(duì)稱(chēng)兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，應(yīng)力圈分成兩個(gè)部分，與對(duì)稱(chēng)兩分體凹模對(duì)應(yīng)。
[0009]所述安裝上模板和下模板可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述超聲波放大器，用螺帽將超聲波放大器固定在壓力柱的下端。
[0011]所述的超聲振動(dòng)凸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，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動(dòng)的頻率和擠壓件的長(zhǎng)度，確定凸模的長(zhǎng)度，
[0013]2)將擠壓件放入凹模內(nèi)；
[0014]3)啟動(dòng)液壓機(jī)，上模板和下模板在液壓機(jī)作用下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)壓力柱和凸模運(yùn)動(dòng)；
[0015]4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模產(chǎn)生高頻振動(dòng)；
[0016]5)液壓機(jī)的液壓柱塞下行，推動(dòng)凸模下行，推動(dòng)擠壓件向下通過(guò)凹模，制備出工件；
[0017]6)打開(kāi)應(yīng)力圈，分開(kāi)凹模，取出擠壓件。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]通過(guò)將高強(qiáng)度超聲波輸入到凸模中，在凸模表面產(chǎn)生高頻周期振動(dòng)位移。因此，在等徑角擠壓過(guò)程中凸模與擠壓件之間由于振動(dòng)而產(chǎn)生瞬間分離，從而使擠壓件產(chǎn)生強(qiáng)烈的“體積效應(yīng)”和“表面效應(yīng)”，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)振動(dòng)改變傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為及金屬流動(dòng)行為，有利于變形加工；2)振動(dòng)增加材料位錯(cuò)密度、降低材料的內(nèi)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(yīng)力場(chǎng)與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用下，是材料發(fā)生劇烈塑性變形，提高組織的均勻性和細(xì)化材料晶粒；4)振動(dòng)改善加工潤(rùn)滑條件。因此，通過(guò)超聲波高頻振動(dòng)，提高擠壓件均勻化和細(xì)化晶粒，有效克服現(xiàn)有等徑角擠壓模具所存在的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置的擠壓件示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置的凹模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置發(fā)明所述的應(yīng)力圈結(jié)果示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置的超聲波放大器示意圖。
[0025]圖中標(biāo)記為:1-上模板、2-壓力柱、3-導(dǎo)套、4-螺帽、5-應(yīng)力圈、6-凹模、7-導(dǎo)柱、8-下模板、9-液壓柱塞、10-電纜、11-超聲波換能器、12-超聲波放大器、13-凸模、14-擠壓件、15-超聲波發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0027]如圖1至圖5所示，本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板1、壓力柱2、導(dǎo)套3、螺帽4、應(yīng)力圈5、凹模6、導(dǎo)柱7、下模板8、液壓柱塞9以及凸模13 ;具體結(jié)構(gòu)和連接方式為:上模板I和下模板8可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，壓力柱2上端固定在上模板I上，上模板I上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞9相連接；導(dǎo)套3的上端與上模板I固定連接，導(dǎo)套3的下端和導(dǎo)柱7連接，導(dǎo)柱7的下端與下模板8固定連接。凸模13的上端與上模板I之間安裝有超聲波振動(dòng)裝置。
[0028]所述的超聲波振動(dòng)裝置包括超聲波放大器12、超聲波換能器11和超聲波發(fā)生器15 ;超聲波放大器12通過(guò)螺釘或定位銷(xiāo)與凸模13相連，超聲波放大器I通過(guò)螺桿2與超聲波換能器11連接，超聲波換能器11通過(guò)電纜10與超聲波發(fā)生器15連接；超聲波換能器11置于超聲波放大器12上，超聲波放大器12通過(guò)壓力柱2固定在上模板I上。
[0029]為了固定超聲波振動(dòng)裝置，超聲波放大器12與4根壓力柱2的下端分別由螺帽4固定；4根壓力柱2的上端分別固定于上模板I上。
[0030]為了能夠方便地取出擠壓件，采用兩對(duì)稱(chēng)分體凹模6，兩對(duì)稱(chēng)分體凹模6下端固定在下模板8上，兩對(duì)稱(chēng)分體凹模6側(cè)面采用應(yīng)力圈11固定，應(yīng)力圈11有兩部分組成，兩部分應(yīng)力圈11相互連接。
[0031]工作原理及過(guò)程:
[0032]I)根據(jù)擠壓件14的尺寸，確定凸模13的外徑，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動(dòng)的頻率和擠壓件14的長(zhǎng)度，確定凸模13的長(zhǎng)度，使凸模13在輸入的超聲波作用下能產(chǎn)生共振；
[0033]2)將擠壓件14放入凹模6內(nèi)；
[0034]3)啟動(dòng)液壓機(jī)，模具的上模板I和下模板8在液壓機(jī)作用下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)壓力柱2和凸模13運(yùn)動(dòng)；
[0035]4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模產(chǎn)生振幅為微米級(jí)的尚頻振動(dòng)；
[0036]5)液壓機(jī)的液壓柱塞下行，推動(dòng)凸模13下行，推動(dòng)擠壓件14向下通過(guò)凹模6，從而制備出高質(zhì)量的工件；
[0037]6)打開(kāi)應(yīng)力圈11，分開(kāi)凹模6，取出擠壓件14。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、壓力柱、導(dǎo)套、應(yīng)力圈、凹模、導(dǎo)柱、下模板、液壓柱塞以及凸模，其特征在于，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接，導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接，凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間安裝有超聲波振動(dòng)裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述的超聲波振動(dòng)裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器通過(guò)螺桿與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過(guò)電纜與超聲波發(fā)生器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述凹模為對(duì)稱(chēng)兩分體，對(duì)稱(chēng)兩分體凹模下端固定在下模板上，對(duì)稱(chēng)兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，應(yīng)力圈分成兩個(gè)部分，與對(duì)稱(chēng)兩分體凹模對(duì)應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述上模板和下模板可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述超聲波放大器，用螺帽將超聲波放大器固定在壓力柱的下端。6.權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凸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，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動(dòng)的頻率和擠壓件的長(zhǎng)度，確定凸模的長(zhǎng)度， 2)將擠壓件放入凹模內(nèi)； 3)啟動(dòng)液壓機(jī)，上模板和下模板在液壓機(jī)作用下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)壓力柱和凸模運(yùn)動(dòng)； 4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模的產(chǎn)生振幅為微米級(jí)的尚頻振動(dòng)； 5)液壓機(jī)的液壓柱塞下行，推動(dòng)凸模下行，推動(dòng)擠壓件向下通過(guò)凹模，制備出工件； 6)打開(kāi)應(yīng)力圈，分開(kāi)凹模，取出擠壓件。
【專(zhuān)利摘要】一種超聲振動(dòng)凸模的等徑角擠壓裝置，該裝置的壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接；導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接；凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間固定連接有超聲波振動(dòng)裝置。本發(fā)明通過(guò)將高強(qiáng)度超聲波輸入到凸模中，在凸模表面產(chǎn)生高頻周期振動(dòng)位移，提高擠壓件均勻化和細(xì)化晶粒，有效克服等徑角擠壓模具存在的晶粒細(xì)化不均勻、擠壓件有裂紋的問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】B21C25/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105080992
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510639661
【發(fā)明人】鄭戰(zhàn)光, 朱帥, 楊興, 馮強(qiáng), 黃龍貴
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日