[发明专利]具有多功能的多向挤压强变形模具及其工艺方法

说明书

本发明提供一种具有多功能的多向挤压强变形模具及其工艺方法，模具包括配合结构、模板、上模、下模和模套。第一下模的模腔具有三个工作面，第一下模的模腔的底面为矩形水平面，第一下模的模腔的侧面为垂直于矩形水平面中相邻两边的矩形垂直侧面；第二下模的模腔具有四个工作面，第二下模的模腔的底面为矩形水平面，第二下模的模腔的侧面为垂直于矩形水平面中相连三个边的矩形垂直侧面。上模的模腔包括矩形水平面和矩形垂直侧面；上模的矩形水平面和下模的矩形水平面平行，上模的矩形水平面和矩形垂直侧面互相垂直。本发明通过组合模腔实现坯料不同形式的多向挤压变形，使晶粒组织得到细化，同时降低变形后坯料的取出难度，改善坯料的综合性能。

技术领域

本发明涉及金属变形技术领域，特别涉及一种具有多功能的多向挤压强变形模具及其工艺方法。

背景技术

由多向锻造发展而来的多向挤压是一种可制备超细晶块体材料的新型剧烈塑性变形工艺，且与多向锻造原理相同，即通过变形道次的叠加和载荷方向的反复变换来实现材料组织的细化。多向挤压采用模具进行变形，因此，在具备了多向锻造高效的优点的基础上，可进一步实现对于变形过程的精确控制，并可使块体坯料在变形前后维持良好的几何外形，从而大幅降低后续机加工的工作量。

目前的多向挤压工艺主要包括闭式和单开式，两类工艺下的坯料均在模具约束下于高度方向上发生压缩变形并于一水平方向上发生伸长变形。区别在于闭式变形坯料在变形初期沿水平方向呈双侧伸长，但当压缩量达某一数值后便开始在伸长方向上受到模具约束，伸长方向上的尺寸不再增加而转为向下逐渐填满模腔；单开式变形的坯料则于变形全程受模具约束而只沿水平方向呈单侧伸长。两类工艺均可实现材料组织的有效细化，前者可使坯料累积更大变形量而获得更佳细化效果，后者则可获得性能更为均匀的组织。在现有工艺的基础上，本发明创新性地提出了双开式多向挤压工艺，即坯料在变形过程中沿一水平方向呈双侧伸长且全程无模具约束，相关仿真及试验证实该工艺相较现有工艺可使坯料累积更大变形量，组织的细化程度及性能改善程度更高。

传统的多向挤压普遍采用封闭式整体模具，坯料变形后于模腔底部呈充满或半充满状态，道次间的坯料翻转及最后的取出操作均较为困难，这一问题可通过在模腔底部设置顶出机构来解决，但这在增添模具设计与维护成本的同时，又易因其顶出过程而导致模腔及锻件磨损。在多向挤压技术的发展及应用过程中，这些问题是不能忽视的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有多功能的多向挤压强变形模具及其工艺方法，通过具有三个工作面或者四个工作面模腔的下模与对应配套的上模构成的不同形式的组合模腔来实现对金属坯料不同形式的多向挤压变形，在解决上述现有技术存在的问题的同时实现材料组织的有效细化。

本发明提供了一种具有多功能的多向挤压强变形模具，其包括配合结构、模板、上模、下模和模套。所述配合结构的固定端和上模板的第一固定端固连，所述上模和所述上模板的第二固定端固连，所述上模板的U形槽和液压机的活动横梁连接，所述下模置于所述模套内，所述模套和下模板固连，所述下模板的U形槽和液压机的工作台面连接。所述下模，其包括第一下模和第二下模，所述第一下模的模腔具有三个工作面，所述第一下模的模腔的底面为矩形水平面，所述第一下模的模腔的侧面为垂直于矩形水平面中相邻两边的第一矩形垂直侧面和第二矩形垂直侧面，所述第二下模的模腔具有四个工作面，所述第二下模的模腔的底面为矩形水平面，所述第二下模的模腔的侧面为垂直于矩形水平面中相连三个边的第一矩形垂直侧面、第二矩形垂直侧面和第三矩形垂直侧面；所述上模，其包括第一上模和第二上模，所述上模的模腔包括矩形水平面和矩形垂直侧面；所述上模的矩形水平面和所述下模的矩形水平面平行，所述上模的矩形水平面和矩形垂直侧面互相垂直。

可优选的是，所述第一下模和所述第一上模组成单边开放式的组合模腔，所述第二下模和所述第二上模组成封闭式的组合模腔。

可优选的是，所述第二下模的模腔的侧面垂直于矩形水平面中相连的三个边，包括矩形水平面的一个长边和两个短边。