[發明專利]一種剪切變形制坯模具及成形坯料的方法

有效

• 申請號: 201410760785.2
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104511493A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 汪程鵬;田雅馨;孫營
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02;B21C23/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

技術領域

本發明屬于金屬制坯技術領域，具體涉及一種剪切變形制坯模具及成形坯料的方法。

背景技術

等通道轉角擠壓（ECAP）是基于劇烈塑性變形技術制備塊體超細晶材料的成形方法之一。材料在ECAP模具轉角處受到強烈剪切變形，并通過材料橫截面尺寸不變的特性，從而實現反復擠壓，累積大量應變，達到細化材料組織、提高材料綜合性能的目的。

在中國專利公開號分別為CN101259493、CN1709605、CN2757953、CN2757954和CN2768921的專利申請中提出的制備超細晶材料所用的L形、U形、C形、S形轉角往復擠壓模具和反復鐓粗擠壓模具僅僅是ECAP方法的簡單形式改進，并無實質性的工業創新和解決生產問題。公開號為CN?101116880A發明專利中提出的一種制備大塊超細晶材料的“倒T”鐓壓模具，使每道次鐓壓變形后材料恢復到原來形狀，結構簡單、晶粒細化能力強。在申請號為01104059.?9的發明專利中提出了一種往復式擠壓成形方法及其加工裝置，該方法實質上是沙漏擠壓法，在擠壓通道內設置一相對狹小的窄道，實現材料的鐓粗和擠壓相結合的成形方法。此外，為克服傳統ECAP技術不能連續生產的問題，國內外研究提出了很多改進的ECAP技術，如連續剪切工藝、旋轉模具ECAP、反復側邊擠壓、等徑角軋制等方法（中國有色金屬學報,?2010,?20(4):?587）。但上述ECAP改進技術存在所需工程力大，對設備要求高等工業問題。

綜上所述，傳統的ECAP模具和擠壓方法成形材料具有變形不均勻，一道次累積應變小的不足之處，而改進的ECAP的成形方法也存在所用設備昂貴且對設備要求高，加工成本增大等問題，如何實現一道次制備組織均勻的超細晶材料，以滿足實際科研與生產的需要是當今材料研究亟待解決的難題。

發明內容

本發明旨在提供一種剪切變形制坯模具及成形坯料的方法，適用于小高徑比（0.25≤直徑D/高度H≤1）的金屬的制坯，解決了現有ECAP技術中擠壓坯料變形不均勻，工藝繁瑣的問題。

本發明提供了一種剪切變形制坯模具，包括擠壓筒、第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭、第四沖頭；

所述擠壓筒為圓柱形套筒，內部為擠壓型腔，擠壓型腔為圓柱體結構，擠壓筒的內徑與坯料直徑D相同，長度為L，3H≤L≤4H，其中H為坯料高度；

第一沖頭和第二沖頭的一端為橢圓形斜面、另一端為平面，中部為圓柱體結構，其中平面端裝夾在擠壓設備上，橢圓形斜面為工作面，與坯料直接接觸；第一沖頭和第二沖頭的直徑與坯料直徑D相同，中心軸線的有效高度為N，0.8?L≤N≤L，橢圓形斜面與水平面的夾角為α，30°≤α≤60°；

第三沖頭和第四沖頭為圓柱體結構，第三沖頭和第四沖頭直徑與坯料直徑D相同，高度為M，L≤M≤1.2?L。

本發明提供了一種采用上述剪切變形制坯模具成形坯料的方法，包括以下步驟：

（1）坯料預處理：根據生產實際需要處理坯料，使0.25≤(高度H/直徑D)≤1；按照熱處理工藝手冊對坯料進行均勻化退火，依據坯料材料、形狀尺寸及加熱方式等選擇在某一特定溫度下保溫退火，之后隨爐冷卻至室溫，以減小其殘余內應力且獲得均勻組織；

（2）擠壓準備：對剪切變形制坯模具型腔和第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭、第四沖頭分別涂抹冷擠壓潤滑劑，將坯料居中放入剪切變形制坯模具的型腔內；

（3）第一次端面擠壓變形：第一沖頭和第二沖頭分別從坯料兩端以5~10?mm/s的擠壓速度相向擠壓坯料，當第一沖頭和第二沖頭的橢圓形工作端面與坯料的兩端面接觸時，停止擠壓；開啟擠壓設備，第一沖頭和第二沖頭同時以1~5?mm/s的擠壓速度相向擠壓坯料，坯料在沖頭的擠壓作用下，材料發生剪切變形，當圓柱體坯料的兩端面與第一沖頭和第二沖頭的橢圓形擠壓端面完全貼合，即圓柱形坯料的圓形兩端面完全變成橢圓形時，繼續擠壓1~2秒，即保壓階段，然后停止擠壓；坯料由圓柱體變為兩端為橢圓形斜面的圓柱；第一沖頭和第二沖頭同時以5~10?mm/s的擠壓速度反向遠離坯料，當第一沖頭和第二沖頭完全脫離剪切變形制坯模具型腔后，完成坯料的第一次端面擠壓變形；