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一種超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置的制造方法

文檔序號(hào):8953158閱讀:225來源:國(guó)知局
一種超聲振動(dòng)凹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)凹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、耐磨性等,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、大型工程機(jī)械等。
[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擠壓過程中加工硬化、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶來控制,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。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,研制一套合適的等徑角擠壓實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)于開展金屬材料的ECAP研究是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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)凹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。
[0005]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)凹模的等徑角擠壓裝置,包括上模板、墊塊、擋圈、應(yīng)力圈、下模板、液壓柱塞、凸模、導(dǎo)套、凹模、導(dǎo)柱以及超聲波振動(dòng)裝置。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接,墊塊上端與上模板連接,墊塊下端與凸模連接,凸模固定在擋圈內(nèi),擋圈上端與墊塊固定連接,導(dǎo)套的上端與上模板固定連接,導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱的上端相接,導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接;凹模下端固定在下模板上,凹模側(cè)面用分體應(yīng)力圈固定,超聲波振動(dòng)裝置固定連接在凹模的側(cè)面。
[0006]為了能夠方便地取出擠壓件,所述凹模分為對(duì)稱兩分體,對(duì)稱兩分體凹模下端通過定位銷固定在下模板上,對(duì)稱兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定。
[0007]所述應(yīng)力圈分為兩部分,與對(duì)稱兩分體凹模相配合,兩部分應(yīng)力圈通過螺栓相互連接。
[0008]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,超聲波放大器與超聲波換能器連接,超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。
[0009]所述超聲波放大器通過螺釘或定位銷與凹模連接。
[0010]所述超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接。
[0011]所述的超聲振動(dòng)凹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;
[0013]2)將擠壓件放入凹模內(nèi);
[0014]3)啟動(dòng)液壓機(jī),模具的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)墊塊和擋圈運(yùn)動(dòng);
[0015]4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置,使凹模在超聲波作用下產(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)擠壓件向下通過凹模,從而制備出高質(zhì)量的工件;
[0017]6)打開應(yīng)力圈,分開凹模,取出擠壓件。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]針對(duì)等徑角擠壓過程中存在的問題,本發(fā)明提出將超聲波應(yīng)用到等徑角擠壓技術(shù)中。通過將高強(qiáng)度超聲波輸入到凹模中,在凹模表面產(chǎn)生高頻周期振動(dòng)位移。因此,在超聲波輔助等徑角擠壓過程中凹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,使材料發(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題。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的擠壓件示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凹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)凹模的等徑角擠壓裝置的應(yīng)力圈結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖中標(biāo)記為:1-上模板、2-墊塊、3-擋圈、4-應(yīng)力圈、5-超聲波放大器、6-超聲波換能器、7-電纜、8-下模板、9-液壓柱塞、10-凸模、11-導(dǎo)套、12-凹模、13-導(dǎo)柱、14-擠壓件、15-超聲波發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0026]如圖1所示,本發(fā)明所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,包括上模板1、墊塊2、擋圈3、應(yīng)力圈4、超聲波放大器5、超聲波換能器6、電纜7、下模板8、液壓柱塞9、凸模10、導(dǎo)套11、凹模12以及導(dǎo)柱13。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:上模板I和下模板8作相對(duì)運(yùn)動(dòng),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,墊塊2上端與上模板I連接,墊塊2下端與凸模10連接,凸模10固定在擋圈3內(nèi),擋圈3上端與墊塊2固定連接,導(dǎo)套11的上端與上模板I固定連接,導(dǎo)套11的下端和導(dǎo)柱13的上端相接,導(dǎo)柱13的下端與下模板8固定連接;凹模12下端通過定位銷固定在下模板8上,凹模12側(cè)面采用分體應(yīng)力圈4固定,分體應(yīng)力圈4之間相互連接,超聲波放大器5固定連接在凹模12的側(cè)面,超聲波放大器5與超聲波換能器6固定連接,超聲波換能器6通過電纜7與超聲波發(fā)生器15連接。
[0027]工作原理及過程:
[0028]I)根據(jù)擠壓件14的尺寸,確定凸模10的外徑;
[0029]2)將擠壓件14放入凹模12內(nèi);
[0030]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)墊塊2和擋圈3運(yùn)動(dòng);
[0031]4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置,使凹模12在超聲波作用下產(chǎn)生高頻振動(dòng);
[0032]5)液壓機(jī)的液壓柱塞9下行,推動(dòng)凸模10下行,推動(dòng)擠壓件14向下通過凹模12,從而制備出高質(zhì)量的工件;
[0033]6)打開應(yīng)力圈4,分開凹模12,取出擠壓件14。
[0034]為了能夠方便地取出擠壓件,所述凹模12分為對(duì)稱兩分體,對(duì)稱兩分體凹模12下端通過定位銷固定在下模板8上,對(duì)稱兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈4固定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,包括上模板、墊塊、擋圈、應(yīng)力圈、下模板、液壓柱塞、凸模、導(dǎo)套、凹模、導(dǎo)柱以及超聲波振動(dòng)裝置,其特征在于,具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接,墊塊上端與上模板連接,墊塊下端與凸模連接,凸模固定在擋圈內(nèi),擋圈上端與墊塊固定連接,導(dǎo)套的上端與上模板固定連接,導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱的上端相接,導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接;凹模下端固定在下模板上,凹模側(cè)面用分體應(yīng)力圈固定,超聲波振動(dòng)裝置固定連接在凹模的側(cè)面。2.權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凹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; 2)將擠壓件放入凹模內(nèi); 3)啟動(dòng)液壓機(jī),模具的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)墊塊和擋圈運(yùn)動(dòng); 4)啟動(dòng)超聲波振動(dòng)裝置,使凹模在超聲波作用下產(chǎn)生高頻振動(dòng); 5)液壓機(jī)的液壓柱塞下行,推動(dòng)凸模下行,推動(dòng)擠壓件向下通過凹模,從而制備出高質(zhì)量的工件; 6)打開應(yīng)力圈,分開凹模,取出擠壓件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,其特征在于,所述凹模為對(duì)稱兩分體,對(duì)稱兩分體凹模下端通過定位銷固定在下模板上,對(duì)稱兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,其特征在于,所述應(yīng)力圈分為兩部分,與對(duì)稱兩分體凹模相配合,兩部分應(yīng)力圈通過螺栓相互連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)凹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,超聲波放大器與超聲波換能器連接,超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,其特征在于,所述超聲波放大器通過螺釘或定位銷與凹模連接。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,其特征在于,所述超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接。
【專利摘要】一種超聲振動(dòng)凹模的等徑角擠壓裝置,該裝置由上模板和下模板組成,上模板上端的螺紋孔與液壓機(jī)上的液壓柱塞相連接,墊塊上端與上模板連接,墊塊下端與凸模連接,凸模固定在擋圈內(nèi),擋圈上端與墊塊固定連接,導(dǎo)套的上端與上模板固定連接,導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱的上端相接,導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接;凹模下端固定在下模板上,凹模側(cè)面用分體應(yīng)力圈固定,超聲波振動(dòng)裝置固定連接在凹模的側(cè)面。通過將高強(qiáng)度超聲波輸入到凹模中,在凹模表面產(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、擠壓件有裂紋的問題。
【IPC分類】B06B1/00, B21C25/02
【公開號(hào)】CN105170681
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【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)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日
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