[发明专利]细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法

说明书

一种细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法，包括：凸模部分、传动机构、动力机构和凹模部分，其中：凸模部分与凹模部分相配合，动力机构与传动机构相连；凸模部分包括上模板和上模，凹模部分包括上圆筒、上板和主模具，上模板设置于上模上，上模与上圆筒相配合且工作状态在液压机滑块作用下进入上圆筒和主模具，上圆筒设置于上板上，主模具设置于上板下并与上圆筒相连，上模在工作时进入上圆筒内。本发明通过改变转动模具的内腔截面形状，使得在挤压的同时，转动变截面型腔模具，材料既有挤压变形又有模具转动带来的剪切变形，实现剧烈塑性变形，成形力小，变形效率高，能达到良好的晶粒细化效果。

技术领域

本发明涉及的是一种制备超细晶材料棒材塑性加工领域的技术，具体是一种细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法。

背景技术

具有超细晶粒的材料不仅具有较好的物理和力学性能，当晶粒尺寸小于10μm时，在一定的温度和应变速率的条件下甚至能够达到超塑性。材料超塑性流动变形抗力小，流动性和填充性极好，能够获得很大的变形。材料具有超塑性的一个重要条件是具有超细晶，采用大塑性变形技术可获得一系列性能优越的超细晶材料。

扭转挤压同样是一种大塑性变形工艺，但是这种工艺制得的材料晶粒虽然得到细化，但由于剪切变形集中在边部位置，边部和心部晶粒的尺寸存在差异，对材料的性能的提升有不利影响。此外，材料的剪切变形主要通过模具与材料之间的摩擦实现，当模具转速较快时，会出现打滑现象，无法体现扭转的效果。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法，通过改变转动模具的内腔截面形状和利用传动机构，使得在挤压的同时，转动变截面型腔模具，材料既有挤压变形又有模具转动带来的剪切变形，实现剧烈塑性变形，成形力小，变形效率高，能达到良好的晶粒细化效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：凸模部分、传动机构、动力机构和凹模部分，其中：凸模部分与凹模部分相配合，动力机构与传动机构相连；凸模部分包括上模板和上模，凹模部分包括上圆筒、上板和主模具，上模板设置于上模上，上模与上圆筒相配合且工作状态在液压机滑块作用下进入上圆筒和主模具，上圆筒设置于上板上，主模具设置于上板下并与上圆筒相连。

所述的主模具内腔为变截面结构。

所述的装置底部进一步设有：下圆筒、支撑板和底板，其中：支撑板设置于上板和底板之间，下圆筒设置于底板上并与传动机构相连。

所述的传动机构包括：圆锥齿轮组、传动轴、深沟球轴承和推力滚子轴承，其中：圆锥齿轮组分别与主模具和传动轴相连，传动轴与动力机构相连，深沟球轴承与传动轴相连，推力滚子轴承与主模具相连。

所述的圆锥齿轮组包括：第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，其中：第一圆锥齿轮与主模具相连，第二圆锥齿轮与第一圆锥齿轮啮合并与传动轴相连。

本发明涉及一种基于上述装置的工艺方法，通过液压机滑块驱动上模进入上圆筒并接触到其中的坯料后，施加压力于坯料之上；同时主模具在动力机构和传动机构的作用下转动，坯料在上模作用下进入转动的主模具中承受挤压变形的同时，在转动的主模具非轴对称截面型腔作用下产生周向剪切变形，从而实现扭转挤压。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1、将加热圈放在上板上，上圆筒和主模具的一部分被套在其中，启动加热，对模具部分进行预热，将圆形棒材放入加热炉中进行加热，达到指定温度范围后进行保温。

步骤2、将圆形棒材从加热炉中取出，放入上圆筒内；启动电动机和液压机，在指定的电机转速和压机下压速度下使材料产生剧烈塑性变形。