[发明专利]一种用来制备超细晶管材的旋转挤镦装置及方法

说明书

本发明公开了一种用来制备超细晶管材的旋转挤镦装置及方法，属于金属塑性加工领域。该带螺旋凸台芯棒旋转挤镦装置主要由带螺旋凸台芯棒、挤镦凹模、上端盖、下端盖以及垫环组成。带螺旋凸台芯棒在轴向中间位置设有等截面螺旋凸台，芯棒放置于挤镦凹模内，上端盖、下端盖通过内六角螺栓与挤镦凹模相连接，与垫环、带螺旋凸台芯棒组成封闭型腔。该挤镦装置通过下端盖由螺栓固定在旋转挤压机工作台上。带螺旋凸台芯棒下压，同时绕其自身轴线进行旋转，在使材料产生挤压镦粗的同时，管材壁厚方向产生剪切变形，可以细化组织，从而获得高性能管材。该方法一次即可产生剧烈变形，晶粒细化效率高，该方法适于冷、温、热变形，适用材料范围广。

技术领域

本发明涉及金属塑料加工技术领域，具体地说，是一种用来制备超细晶管材的旋转挤镦装置及方法。

背景技术

管材在机械、化工、航空航天、汽车等行业领域广泛使用，提高管材力学性能是实现构件轻量化的重要途径。组织超细化是制备高性能管材的重要手段，近年来受到各国学者的重视。而剧烈塑性变形是细化材料组织最有效的方法，近年来开发的剧烈塑性变形技术主要包括等径角挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、往复挤压（CEC）等。

经过对现有技术文献的检索发现，A. Babaei等人在《Progress in NaturalScience: Materials International》（2014，24（6）：623-630）上发表的“Tubular purecopper grain refining by tube cyclic extrusion–compression (TCEC) as a severeplastic deformation technique”一文中首次介绍了管材往复挤镦技术。管材坯料被密封于芯棒和凹模之间，通过带凸台的芯棒往复运动，使管材先挤压后镦粗，通过4道次变形将纯铜晶粒尺寸由45μm细化至200-350nm，但该方法需要的变形道次多，变形效率低。常规往复挤镦技术中材料主要沿轴向挤压后再被镦粗，变形主要发生在壁厚方向，而沿管材切向的变形小。常规往复挤镦技术经多道次变形后其组织沿管材圆周方向仍呈带状，组织具有一定的方向性。

进一步的检索发现，中国发明专利授权号CN104801558B，发明名称：一种增强型镁铝层状复合管材的加工方法，该方法采用带有两个圆环凸台的芯棒制备镁铝合金复合管，推进一次可实现两次塑性变形，有效地细化晶粒组织，获得了具有优异综合性能的增强型镁铝层状复合管材。该方法与采用传统的带一圈凸台的芯棒相比，虽然提高了变形程度，但变形程度仍然偏低，需要往复变形，降低了生产效率。

进一步的检索发现，中国发明专利授权号CN105537307B，发明名称：管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置及方法。该方法的优点是在变截面挤压杆轴向运动的同时，可以通过旋转式工作台使管壁产生剪切变形，但该剪切变形主要依赖管材与挤压杆和挤压筒之间的摩擦。但对于轴对称件，管材与挤压杆和挤压筒之间易于产生滑动，影响剪切变形程度。因此，开发一种高效、效果好的超细晶管材制备技术具有重要意义。

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用来制备超细晶管材的旋转挤镦装置及方法。本发明采用带螺旋凸台结构的新型芯棒，通过芯棒下压的同时旋转，使管材不仅产生挤压和镦粗变形，同时依靠螺旋结构凸台和摩擦的共同作用，使管材内表面相对于其外表面产生沿管材切向的剪切变形，加速晶粒细化，通过控制压下速度和旋转速度，可以实现一道次挤压累积大变形，达到细化晶粒的目的，明显提高生产效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：