一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法
【專利摘要】一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法，它涉及一種大塑性變形技術(shù)的裝置及方法，以解決現(xiàn)有擠扭工藝需要在兩側(cè)往復(fù)多次加載后才能達(dá)到晶粒細(xì)化且生產(chǎn)效率低的問題。裝置：第一擠扭模由上至下依次為第一大截面矩形通道、第一棱錐螺旋通道和第一小截面矩形通道，第一棱錐螺旋通道的截面積由上至下逐漸減小，第一棱錐螺旋通道的截面為矩形，第一沖頭同軸設(shè)置在第一擠扭模的上方。方法：一、螺旋角為10°～60°，螺旋通道的長(zhǎng)度為0.5d～3d，擠壓比為4～100；二、坯料在第一沖頭作用下進(jìn)入第一大截面矩形通道內(nèi)；三、坯料的擠扭角為90°～180°；四、完成金屬材料變截面擠扭成形零件。本發(fā)明用于高性能金屬材料的制備或加工成形。
【專利說明】一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大塑性變形技術(shù)的裝置及方法，具體涉及一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷進(jìn)步，航空航天、汽車制造及武器裝備等領(lǐng)域?qū)λ杞饘俨牧系膹?qiáng)度和性能要求也日趨增高。合金強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和固溶-沉淀強(qiáng)化等都是改善材料組織及提高性能的主要途徑。但現(xiàn)有研究結(jié)果表明，僅依靠一兩種強(qiáng)化機(jī)制來實(shí)現(xiàn)材料綜合性能提高的作用效果仍十分有限，如能通過理想加工方法實(shí)現(xiàn)多種機(jī)制有效地結(jié)合，不僅利于充分挖掘材料的使用性能，也是材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)有大塑性變形(Severe plastic deformation, SPD)主要包括高壓扭轉(zhuǎn)(High Pressure Torsion, HPT)、等徑道擠壓(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)、多向鍛造(Mult1-DirectionalForging, MDF)、累積軋制(Accumulative Roll-Bounding, ARB)、反復(fù)折皺壓直法(Repetitive Corrugation and Straightening, RCS)、往復(fù)擠壓(Cyclic ExtrusionCompression, CEC)和擠扭(Twist Extrusion, TE)等。大塑性變形技術(shù)具有強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化能力，可直接將材料內(nèi)部組織細(xì)化到亞微米乃至納米級(jí)，是制備塊體納米超細(xì)晶材料最有前途的方法。
[0003]由于工藝自身特點(diǎn)所限，現(xiàn)有大塑性變形技術(shù)客觀上都存在著一定的不足之處。以擠扭工藝為例，該方法可用來制備在某一維方向上具有較大尺寸且輪廓精度好的高性能擠壓制品，由于擠扭工藝裝置中的兩端部截面積相同，即S1ZiS2=I,材料流經(jīng)型腔通道時(shí)實(shí)際上僅受到了垂直于擠出方向的截面上施加的扭轉(zhuǎn)剪切變形作用。為了達(dá)到晶粒充分細(xì)化的目的，需要在兩側(cè)往復(fù)多次加載來實(shí)現(xiàn)，效率較低，難于在生產(chǎn)實(shí)踐中大量地應(yīng)用。為此，探究和發(fā)展高性能金屬材料的大塑性變形技術(shù)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有擠扭工藝需要在兩側(cè)往復(fù)多次加載后才能達(dá)到一定的晶粒細(xì)化程度且生產(chǎn)效率較低的問題，而提供一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法。
[0005]金屬材料變截面擠扭成形裝置一:包括第一沖頭和第一擠扭模，第一擠扭模由上至下依次為第一大截面矩形通道、第一棱錐螺旋通道和第一小截面矩形通道，第一棱錐螺旋通道的截面積由上至下逐漸減小，第一棱錐螺旋通道的截面為矩形，第一沖頭同軸設(shè)置在第一擠扭模的上方。
[0006]利用裝置一實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法步驟如下:
[0007]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第一棱錐螺旋通道的第一螺旋角為10°?60°，第一棱錐螺旋通道的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第一棱錐螺旋通道入口處矩形截面外接圓的直徑，該該外接圓的直徑d為30mm?100mm，第一大截面矩形通道與第一小截面矩形通道的擠壓比為4?100 ;
[0008]步驟二、第一沖頭下行施載，坯料在第一沖頭的作用下進(jìn)入第一大截面矩形通道內(nèi)；
[0009]步驟三、第一沖頭繼續(xù)向下，坯料進(jìn)入第一棱錐螺旋通道內(nèi)，坯料在第一棱錐螺旋通道內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180° ；
[0010]步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，坯料進(jìn)入第一小截面矩形通道中，并從第一小截面矩形通道被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件。
[0011]金屬材料變截面擠扭成形裝置二:包括第二沖頭和第二擠扭模，第二擠扭模由上至下依次為第二大截面矩形通道、第二大截面矩形螺旋通道、第二棱錐通道和第二小截面矩形通道，第二棱錐通道的截面積由上至下逐漸減小，第二棱錐通道的截面為矩形，第二沖頭同軸設(shè)置在第二擠扭模的上方。
[0012]利用裝置二實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法步驟如下:
[0013]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第二大截面矩形螺旋通道的第二螺旋角為10°?60°，第二大截面矩形螺旋通道的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第二大截面矩形螺旋通道入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm?100mm，所述第二大截面矩形通道與第二小截面矩形通道的擠壓比為4?100 ;
[0014]步驟二、第二沖頭下行施載，坯料在第二沖頭的作用下進(jìn)入第二大截面矩形通道內(nèi)；
[0015]步驟三、第二沖頭繼續(xù)向下，坯料進(jìn)入第二大截面矩形螺旋通道內(nèi)，坯料在第二大截面矩形螺旋通道內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180° ；
[0016]步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，坯料進(jìn)入第二棱錐通道內(nèi)，并在第二棱錐通道產(chǎn)生擠壓變形；
[0017]步驟五、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料進(jìn)入第二小截面矩形通道中，并從第二小截面矩形通道被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件。
[0018]金屬材料變截面擠扭成形裝置三:包括第三沖頭和第三擠扭模，第三擠扭模由上至下依次為第三大截面矩形通道、第三棱錐通道、第三小截面螺旋通道和第三小截面矩形通道，第三棱錐通道的截面積由上至下逐漸減小，第三棱錐通道的截面為矩形，第三沖頭同軸設(shè)置在第三擠扭模的上方。
[0019]利用裝置三實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法步驟如下:
[0020]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第三小截面螺旋通道的第三螺旋角為10°?60°，第三小截面螺旋通道的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第三小截面螺旋通道入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm?100mm，所述第三大截面矩形通道與第三小截面矩形通道的擠壓比為4?100 ；
[0021]步驟二、第三沖頭下行施載，坯料在第三沖頭的作用下進(jìn)入第三大截面矩形通道內(nèi)；
[0022]步驟三、第三沖頭繼續(xù)向下，坯料進(jìn)入第三棱錐通道內(nèi)，坯料在第三棱錐通道內(nèi)產(chǎn)生擠壓變形；
[0023]步驟四、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料進(jìn)入第三小截面螺旋通道內(nèi)，并在第三小截面螺旋通道內(nèi)發(fā)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180° ；[0024]步驟五、隨著擠扭變形的進(jìn)行，坯料進(jìn)入第三小截面矩形通道中，并從第三小截面矩形通道被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件。
[0025]本發(fā)明與傳統(tǒng)擠扭工藝相比具有以下有益效果:
[0026]一、本發(fā)明方法在受力狀態(tài)和剪切變形作用形式等方面，與現(xiàn)有擠扭方法都有顯著差異。利用本發(fā)明裝置可使擠出制品在成形過程中“橫向”和“縱向”同時(shí)施加很大程度的劇烈剪切變形作用，在一個(gè)擠壓道次內(nèi)即可達(dá)到對(duì)擠出制品晶粒組織深度細(xì)化的效果，相對(duì)于傳統(tǒng)擠扭工藝，其效率可提高20%~60%。
[0027]二、本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于擠扭模兩端部截面積不同，即S1Z^S2M,將此截面積的比值定義為擠壓比，也就是材料流經(jīng)整個(gè)型腔通道時(shí)除了沿著截面方向(橫向)發(fā)生扭轉(zhuǎn)剪切變形，同時(shí)沿著擠出方向(縱向)也產(chǎn)生了顯著地剪切變形，制品實(shí)際受到的是擠壓成形+扭轉(zhuǎn)變形的復(fù)合作用。而現(xiàn)有擠扭工藝裝置中的兩端部截面積相同，即S1A2=I,因此，與前者相比，材料流經(jīng)型腔通道時(shí)實(shí)際上僅受到扭轉(zhuǎn)剪切變形作用，晶粒細(xì)化程度及效果自然低于前者。采用本發(fā)明方法，隨著變形過程的進(jìn)行，試樣將產(chǎn)生強(qiáng)烈塑性變形，其橫截面先沿某一方向扭轉(zhuǎn)一定的角度，然后再沿相反方向扭轉(zhuǎn)一定的角度，一道次應(yīng)變幅值大小約為該道次所獲總應(yīng)變量的1/2。這樣可使擠出材料在一個(gè)加工道次內(nèi)即獲得較大變形量，從而達(dá)到致密材料、深度細(xì)化材料組織等實(shí)效，加工效率也更高。
[0028]三、本發(fā)明采用扭轉(zhuǎn)變形與擠壓成形的同時(shí)復(fù)合加載，使擠出坯料受到雙向剪切變形共同作用，材料組織得到深度細(xì)化，力學(xué)性能也隨之提高。
[0029]四、本發(fā)明可通過改變型腔兩側(cè)截面大小(即擠壓比)和擠扭通道結(jié)構(gòu)(螺旋角和扭轉(zhuǎn)角)參數(shù)來調(diào)整擠出坯料的受力狀態(tài)，達(dá)到獲得理想剪切變形量的目的。
[0030]五、由于擠出截面形狀可以改變，因此本發(fā)明可用于制備和加工出輪廓精度較高的異形截面擠壓制品或零件。`
[0031]六、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，工藝流程短，易于在生產(chǎn)中實(shí)施、推廣和應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是【具體實(shí)施方式】一的結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的A-A截面視圖，圖3是圖1的B-B截面視圖，圖4是圖1的C-C截面視圖，圖5是【具體實(shí)施方式】三的結(jié)構(gòu)主視圖，圖6是圖5的D-D截面視圖，圖7是圖5的E-E截面視圖，圖8是圖5的F-F截面視圖，圖9是圖5的G-G截面視圖，圖10是【具體實(shí)施方式】五的結(jié)構(gòu)主視圖，圖11是圖10的H-H截面視圖，圖12是圖10的1-1截面視圖，圖13是圖10的J-J截面視圖，圖14是圖10的K-K截面視圖，圖15是利用【具體實(shí)施方式】一的裝置對(duì)坯料3進(jìn)行擠扭變形過程的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖15說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括第一沖頭I和第一擠扭模2，第一擠扭模2由上至下依次為第一大截面矩形通道2-1、第一棱錐螺旋通道2-2和第一小截面矩形通道2-3，第一棱錐螺旋通道2-2的截面積由上至下逐漸減小，第一棱錐螺旋通道2-2的截面為矩形，第一沖頭I同軸設(shè)置在第一擠扭模2的上方。擠壓比為兩通道截面積比值。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1和圖15說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是利用【具體實(shí)施方式】一的裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法，其步驟如下:
[0035]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第一棱錐螺旋通道2-2的第一螺旋角β I為10°?60°，第一棱錐螺旋通道2-2的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第一棱錐螺旋通道2-2入口處矩形截面外接圓的直徑，該該外接圓的直徑d為30mm?100mm,第一大截面矩形通道2_1與第一小截面矩形通道2-3的擠壓比為4?100 ;
[0036]步驟二、第一沖頭I下行施載，坯料3在第一沖頭I的作用下進(jìn)入第一大截面矩形通道2-1內(nèi)；
[0037]步驟三、第一沖頭I繼續(xù)向下，坯料3進(jìn)入第一棱錐螺旋通道2-2內(nèi)，坯料3在第一棱錐螺旋通道2-2內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180° ;擠扭角是指擠扭變形前后坯料3橫截面的旋轉(zhuǎn)角度，例如:坯料3在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形和擠壓成形前，坯料3上的標(biāo)記點(diǎn)M位于左后位置，坯料3在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形和擠壓成形后，坯料3上的標(biāo)記點(diǎn)M位于左前位置，見圖15。由于該通道為螺旋形及截面積逐漸減小，坯料3在第一棱錐螺旋通道2-2的通道內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形和擠壓變形；第一棱錐螺旋通道2-2起到芯模的作用，從而達(dá)到扭轉(zhuǎn)變形與擠壓成形相結(jié)合的作用效果；
[0038]步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，坯料3進(jìn)入第一小截面矩形通道2-3中，并從第一小截面矩形通道2-3被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件4。
[0039]本實(shí)施方式的第一棱錐螺旋通道2-2使得扭轉(zhuǎn)變形與擠壓成形同時(shí)發(fā)生成為可能，這樣更有利于材料的大塑性變形，從而使得達(dá)到組織細(xì)化，性能提高的目的。
[0040]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1、圖2和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中設(shè)定第一棱錐螺旋通道2-2的第一螺旋角β I為30°，第一大截面矩形通道2-1與第一小截面矩形通道2-3的擠壓比為25。這樣成形零件4的擠扭角為90°。其它步驟與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖5、圖6、圖7、圖8和圖15說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括第二沖頭11和第二擠扭模12，第二擠扭模12由上至下依次為第二大截面矩形通道12-1、第二大截面矩形螺旋通道12-2、第二棱錐通道12-3和第二小截面矩形通道12_4，第二棱錐通道12-3的截面積由上至下逐漸減小，第二棱錐通道12-3的截面為矩形，第二沖頭11同軸設(shè)置在第二擠扭模12的上方。
[0042]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖5和圖15說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是利用【具體實(shí)施方式】五的裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法，其步驟如下:
[0043]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第二大截面矩形螺旋通道12-2的第二螺旋角β 2為10°?60°，第二大截面矩形螺旋通道12-2的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第二大截面矩形螺旋通道12-2入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm?100mm，第二大截面矩形通道12-1與第二小截面矩形通道12-4的擠壓比為4?100 ;
[0044]步驟二、第二沖頭11下行施載，坯料3在第二沖頭11的作用下進(jìn)入第二大截面矩形通道12-1內(nèi)；
[0045]步驟三、第二沖頭11繼續(xù)向下，坯料3進(jìn)入第二大截面矩形螺旋通道12-2內(nèi)，坯料3在第二大截面矩形螺旋通道12-2內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180°，由于該通道為螺旋形，坯料3在第二大截面矩形螺旋通道12-2的通道內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形；
[0046]步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，，坯料3進(jìn)入第二棱錐通道12-3內(nèi)，并在第二棱錐通道12-3產(chǎn)生擠壓變形；第二大截面矩形螺旋通道12-2和第二棱錐通道12-3達(dá)到扭轉(zhuǎn)變形與擠壓成形相復(fù)合的效果；
[0047]步驟五、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料3進(jìn)入第二小截面矩形通道12-4中，并從第二小截面矩形通道12-4被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件4。
[0048]本實(shí)施方式的第二大截面矩形螺旋通道12-2和第二棱錐通道12-3使得成形工件先發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，隨后進(jìn)行擠壓成形，這樣更有利于材料產(chǎn)生大塑性變形，從而使得達(dá)到組織細(xì)化，性能提高的目的。
[0049]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖5、圖6和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中設(shè)定第二大截面矩形螺旋通道12-2的第二螺旋角β2為30°，第二大截面矩形通道12-1與第二小截面矩形通道12-4的擠壓比為25。這樣成形零件4的擠扭角為90°。其它步驟與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0050]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖10、圖11、圖12、圖13和圖14說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括第三沖頭21和第三擠扭模22，第三擠扭模22由上至下依次為第三大截面矩形通道22-1、第三棱錐通道22-2、第三小截面螺旋通道22-3和第三小截面矩形通道22_4，第三棱錐通道22-2的截面積由上至下逐漸減小，第三棱錐通道22-2的截面為矩形，第三沖頭21同軸設(shè)置在第三擠扭模22的上方。
[0051]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖10和圖15說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是利用【具體實(shí)施方式】五的裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形的方法，其步驟如下:
[0052]步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第三小截面螺旋通道22-3的第三螺旋角β 3為10°?60°，第三小截面螺旋通道22-3的長(zhǎng)度為0.5d?3d，其中d為第三小截面螺旋通道22_3入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm?100mm，第三大截面矩形通道22-1與第三小截面矩形通道22-4的擠壓比為4?100 ;
[0053]步驟二、第三沖頭21下行施載，坯料3在第三沖頭21的作用下進(jìn)入第三大截面矩形通道22_1內(nèi)；
[0054]步驟三、第三沖頭21繼續(xù)向下，坯料3進(jìn)入第三棱錐通道22-2內(nèi)，坯料3在第三棱錐通道22-2內(nèi)產(chǎn)生擠壓變形；
[0055]步驟四、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料3進(jìn)入第三小截面螺旋通道22-3內(nèi)，并在第三小截面螺旋通道22-3內(nèi)發(fā)生擠扭變形，其擠扭角為90°?180° ;第三棱錐通道22-2和第三小截面螺旋通道22-3相結(jié)合達(dá)到在擠壓過程中同時(shí)施加扭轉(zhuǎn)變形的效果；
[0056]步驟五、隨著擠扭變形的進(jìn)行，坯料3進(jìn)入第三小截面矩形通道22-4中，并從第三小截面矩形通道22-4被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件4。
[0057]本實(shí)施方式的第三棱錐通道22-2和第三小截面螺旋通道22-3使得成形工件先發(fā)生擠壓成形，隨后進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形，這樣更有利于材料的大塑性變形，從而使得達(dá)到組織細(xì)化，性能提聞的目的。
[0058]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖10、圖11圖14說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一中設(shè)定第三小截面螺旋通道22-3的第三螺旋角β3為30°，所述第三大截面矩形通道22-1與第三小截面矩形通道22-4的擠壓比為25。這樣成形零件4的擠扭角為90°。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】八相同。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬材料變截面擠扭成形裝置，其特征在于:所述裝置包括第一沖頭(I)和第一擠扭模(2)，第一擠扭模(2)由上至下依次為第一大截面矩形通道(2-1)、第一棱錐螺旋通道(2-2 )和第一小截面矩形通道(2-3 )，第一棱錐螺旋通道(2-2 )的截面積由上至下逐漸減小，第一棱錐螺旋通道(2-2)的截面為矩形，第一沖頭(I)同軸設(shè)置在第一擠扭模(2)的上方。
2.一種利用權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第一棱錐螺旋通道(2-2)的第一螺旋角(β I)為10°~60°，第一棱錐螺旋通道(2-2)的長(zhǎng)度為0.5d~3d，其中d為第一棱錐螺旋通道(2-2)入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm~100mm，第一大截面矩形通道(2-1)與第一小截面矩形通道(2-3)的擠壓比為4~100 ; 步驟二、第一沖頭(I)下行施載，坯料(3)在第一沖頭(I)的作用下進(jìn)入第一大截面矩形通道(2-1)內(nèi)； 步驟三、第一沖頭(I)繼續(xù)向下，坯料(3)進(jìn)入第一棱錐螺旋通道(2-2)內(nèi)，坯料(3)在第一棱錐螺旋通道(2-2)內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°~180° ； 步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，坯料(3)進(jìn)入第一小截面矩形通道(2-3)中，并從第一小截面矩形通道(2-3)被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述步驟一中設(shè)定第一棱錐螺旋通道(2-2)的第一螺旋角(β I)為30°，第一大截面矩形通道(2-1)與第一小截面矩形通道(2-3)的擠壓比為25。
4.一種金屬材料變截面擠扭成形裝置，其特征在于:所述裝置包括第二沖頭(11)和第二擠扭模(12)，第二擠扭模(12)由上至下依次為第二大截面矩形通道(12-1)、第二大截面矩形螺旋通道(12-2)、第二棱錐通道(12-3)和第二小截面矩形通道(12-4)，第二棱錐通道(12-3)的截面積由上至下逐漸減小，第二棱錐通道(12-3)的截面為矩形，第二沖頭(11)同軸設(shè)置在第二擠扭模(12)的上方。
5.一種利用權(quán)利要求4所述裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第二大截面矩形螺旋通道(12-2)的第二螺旋角(β 2)為10°~60°，第二大截面矩形螺旋通道(12-2)的長(zhǎng)度為0.5d~3d，其中d為第二大截面矩形螺旋通道(12-2)入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm~100mm，所述第二大截面矩形通道(12-1)與第二小截面矩形通道(12-4)的擠壓比為4~100 ; 步驟二、第二沖頭(11)下行 施載，坯料(3)在第二沖頭(11)的作用下進(jìn)入第二大截面矩形通道(12-1)內(nèi)； 步驟三、第二沖頭(11)繼續(xù)向下，坯料(3)進(jìn)入第二大截面矩形螺旋通道(12-2)內(nèi)，坯料(3)在第二大截面矩形螺旋通道(12-2)內(nèi)產(chǎn)生擠扭變形，其擠扭角為90°~180° ； 步驟四、隨著擠扭過程的進(jìn)行，坯料(3)進(jìn)入第二棱錐通道(12-3)內(nèi)，并在第二棱錐通道(12-3)產(chǎn)生擠壓變形； 步驟五、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料(3)進(jìn)入第二小截面矩形通道(12-4)中，并從第二小截面矩形通道(12-4)被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述步驟一中設(shè)定第二大截面矩形螺旋通道(12-2)的第二螺旋角(β 2)為30°，所述第二大截面矩形通道(12-1)與第二小截面矩形通道(12-4)的擠壓比為25。
7.一種金屬材料變截面擠扭成形裝置，其特征在于:所述裝置包括第三沖頭(21)和第三擠扭模(22)，第三擠扭模(22)由上至下依次為第三大截面矩形通道(22-1)、第三棱錐通道(22-2 )、第三小截面螺旋通道(22-3 )和第三小截面矩形通道(22-4 )，第三棱錐通道(22-2)的截面積由上至下逐漸減小，第三棱錐通道(22-2)的截面為矩形，第三沖頭(21)同軸設(shè)置在第三擠扭模(22)的上方。
8.一種利用權(quán)利要求5所述裝置實(shí)現(xiàn)金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、設(shè)定成形參數(shù):第三小截面螺旋通道(22-3)的第三螺旋角(β 3)為10°~60°，第三小截面螺旋通道(22-3)的長(zhǎng)度為0.5d~3d，其中d為第三小截面螺旋通道(22-3)入口處矩形截面外接圓的直徑，該外接圓的直徑d為30mm~100mm，所述第三大截面矩形通道(22-1)與第三小截面矩形通道(22-4)的擠壓比為4~100 ; 步驟二、第三沖頭(21)下行施載，坯料(3)在第三沖頭(21)的作用下進(jìn)入第三大截面矩形通道(22-1)內(nèi)； 步驟三、第三沖頭(21)繼續(xù)向下，坯料(3 )進(jìn)入第三棱錐通道(22-2 )內(nèi)，坯料(3 )在第三棱錐通道(22-2)內(nèi)產(chǎn)生擠壓變形； 步驟四、隨著擠壓過程的進(jìn)行，坯料(3 )進(jìn)入第三小截面螺旋通道(22-3 )內(nèi)，并在第三小截面螺旋通道(22-3)內(nèi)發(fā)生擠扭變形，其擠扭角為90°~180° ； 步驟五、隨著擠扭變形的進(jìn)行，坯料(3 )進(jìn)入第三小截面矩形通道(22-4 )中，并從第三小截面矩形通道(22-4)被擠出，即完成一個(gè)金屬材料變截面擠扭成形零件(4)。`
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述金屬材料變截面擠扭成形方法，其特征在于:所述步驟一中設(shè)定第三小截面螺旋通道(22-3)的第三螺旋角(β 3)為30°，所述第三大截面矩形通道(22-1)與第三小截面矩形通道(22-4)的擠壓比為25。
【文檔編號(hào)】B21C23/18GK103551415SQ201310571193
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】李峰, 邊楠, 石文勇 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)