[发明专利]一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法

说明书

本发明公开了一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法，属于金属塑性加工技术领域。该转角扩径挤压模具包括上模板、挤压芯棒、上垫板、芯棒固定板、卸料板、凹模、凹模支撑板、弹簧、凸模支撑板、下垫板、下模板、内导柱、挤压凸模；该模具采用浮动式凹模，挤压芯棒前端采用锥形结构，利于材料流动，降低挤压力，挤压芯棒与凹模组成的挤压通道能实现管材轴向挤压、两次转角挤压以及扩径挤压变形。该模具一次行程可以顺序实现管材的挤压、卸料以及管材的顶出操作，生产效率高，适于超细晶管材的批量化制备，可以实现剧烈塑性变形技术的工业化应用。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法。

背景技术

组织超细化是提高材料综合性能、充分挖掘材料潜能的有效手段。高性能管材在工业生产中的需求日益增加，如何实现管材构件的组织超细晶，制备出具有超细晶组织的高性能管材是金属塑性加工领域面临的重要课题。剧烈塑性变形（SPD）是实现组织超细化的重要方法，近年来利用剧烈塑性变形制备超细晶的研究逐渐由棒料、板材转向管材，提出了多种实现管材组织超细化的方法，如高压扭转（HPT）、管材通道挤压（TCP）、管材通道转角挤压（TCAP）、管材平行通道转角挤压（PTCAP）、管材往复扩挤（TCEE）等，但这些方法的初始毛坯均为管材，主要目的是对现有管材通过往复变形实现管材组织超细化，生产工艺流程长，且需多次反复变形，效率较低。

经过对现有文献的检索发现，S. S. Jamali等人在《Materials Science andEngineering A》（2016，666：176-183）上发表的“Evaluation of mechanical andmetallurgical properties of AZ91 seamless tubes produced by radial-forwardextrusion method”一文中将径向挤压与正挤压相结合，采用棒料直接挤压成管材，采用该方法将AZ91镁合金的晶粒由150μm细化至3μm，材料的屈服强度和抗拉强度分别提高了2.2倍和1.6倍，该方法的优点是通过棒料一次即可制备出具有细晶组织的高性能管材，管材制备的工艺流程大大缩短，该方法具有良好的应用前景。但由于该方法芯棒上端面为平面，棒料首先产生径向挤压，然后经过一个拐角沿挤压方向流动，导致芯棒对棒料挤压起不到很好的分流作用，作用在凸模上的载荷较大，对模具选材和使用安全带来更大挑战。此外，作为一种新型的、有应用前景的制备管材方法，还存在制件取出不便等问题，限制了其批量化制备具有超细晶粒管材的应用，因此，开发一种所需变形载荷更低、可利用现有设备进行批量化生产超细晶管材的模具与方法具有重要的价值。

发明内容

针对现有背景技术的不足，本发明的目的是提供一种采用棒料制备管材的转角扩径挤压模具与方法。本发明采用前端带锥形结构的芯棒，先将棒料挤压成空心管材后，再使挤成的空心管材经过由芯棒和凹模形成的两个转角区，使管材在转角处产生剪切变形，同时，管材产生扩径变形，从而在管材中累积大变形量，而且实现了挤压变形、转角挤压剪切变形与管材壁切向伸长变形多种变形模式的结合，使挤压时沿管材轴向形成的拉长状组织经过两次剪切变形及切向拉长后迅速破碎，实现超细晶粒管材的制备。

在上述思想的基础上，本发明还设计了一套用于实现该方法的模具，该模具采用浮动凹模，挤压芯棒首先与凹模组成挤压通道，然后借助挤压芯棒上的特殊台阶结构推动凹模一起向下运动，从而保持挤压管材通道不变，棒料向上挤成管材，卸料板对挤压芯棒进行导向，同时对挤压芯棒和凹模之间的相对位置进行定位，保证挤压芯棒与凹模圆孔之间间隙的均匀性，挤压结束时，卸料板还可以将管材从挤压芯棒上卸下。管材顶出借助压力机顶出缸通过特殊设计的挤压凸模进行，从而实现了挤压和管材顶出的高效操作。

本发明采用的具体技术方案如下：