[發(fā)明專利]一種高壓旋轉壓縮?擴展擠壓大塑性變形成形裝置

有效

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• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105689424B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 白培康;張文達;趙占勇;楊晶;任霽萍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B21C23/21
• 分類號: B21C23/21;B21C29/02;B21C27/00
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙)14109
• 代理人: 楊克

技術領域

本發(fā)明一種高壓旋轉壓縮-擴展擠壓大塑性變形成形裝置，屬于金屬大塑性變形加工裝置技術領域。

背景技術

隨著航空航天、軍事和交通工具的快速發(fā)展，對材料的性能提出了更高的要求，因此制備高性能金屬材料是當今研究的熱點。目前提高材料力學性能的主要途徑有合金化、熱處理、形變強化和細晶強化等方法。研究表明單純依賴某一兩種強化機制來提高材料的綜合性能是有限的，將多種強化機制有機組合，不僅能充分挖掘材料的潛在性能，也是材料科學發(fā)展的必然趨勢。大塑性變形方法具有較強的晶粒細化能力，通過強烈的剪切變形，使多晶金屬材料內部組織細化至亞微米級(100nm-1.0 μm)甚至納米級(<100nm)，與傳統材料相比，超細晶材料具有優(yōu)良的力學性能。同時大塑性變形使材料內部大角度晶界所占比例增大，從多方面改善了材料的性能。因此，大塑性變形對合金強化是多種強化機制共同作用的結果，強化效果顯著。

目前大塑性變形方法主要有：等通道轉角擠壓（ECAP）、累積疊軋焊和多向鍛造等。ECAP在大塑性變形方法中最受關注且發(fā)展最快，其原理是將試樣在一定擠壓力作用下通過兩個軸線相交且截面尺寸相等并成一定角度的通道，使試樣發(fā)生純剪切變形，進而達到細化晶粒的目的。目前，越來越多的新型ECAP 得到發(fā)展，如反復側邊擠壓、連續(xù)剪切及等徑角軋制等。雖然ECAP方法引起了廣泛關注，但是目前仍存在著許多問題：

(1) ECAP生產效率不高。研究結果表明，為了使材料晶粒細化，提高材料性能，一般要經過多道次ECAP擠壓。但ECAP過程本身是不連續(xù)的，因此，中間過程復雜，生產效率低；

(2) ECAP模具成本較高。ECAP擠壓過程中模具的磨損比較大，加工成本較高；

(3) 制備材料尺寸受限。由于受擠壓模具及擠壓桿尺寸的限制，難以制備大尺寸制品；

(4) 試驗原材料浪費比較嚴重。試樣擠壓后會沿擠壓方向伸長，當伸長的試樣再經ECAP時，容易發(fā)生開裂、脫落，導致材料浪費；

(5) 試樣表面質量會受影響。實驗一般采用MoS2作為潤滑劑，試樣在擠壓后表面會擠入黑色MoS2顆粒，表面清潔程度會受到影響。

因此開發(fā)短流程、能夠制備大尺寸及多種截面制品的新型大塑性成形裝置，具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明克服現有技術的不足，所要解決的技術問題是提供一種能夠實現連續(xù)生產的大塑性變形成形裝置。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種高壓旋轉壓縮-擴展擠壓大塑性變形成形裝置，包括旋轉擠壓機、壓縮-擴展擠壓筒和擠壓模具；所述壓縮-擴展擠壓筒外部設置有加熱裝置，所述加熱裝置用于給壓縮-擴展擠壓筒加熱；所述壓縮-擴展擠壓筒通過機架固定在底座上；所述壓縮-擴展擠壓筒內部設置有壓縮-擴展腔、進料段和擠壓模具，所述壓縮-擴展腔由壓縮段和擴展段組成，壓縮段位于壓縮-擴展擠壓筒的進料段與擴展段之間，且壓縮段的直徑比所述進料段的直徑和擴展段的直徑都小；壓縮段與進料段和擴展段分別通過一段錐形過渡腔連接；擠壓模具設置在壓縮-擴展擠壓筒內部且位于擴展段的末端；所述旋轉擠壓機也固定在底座上，旋轉擠壓機的擠壓桿的直徑與所述進料段的直徑吻合，所述擠壓桿能夠伸入進料段中。

工作過程如下：啟動加熱裝置，對壓縮-擴展擠壓筒進行預熱，同時將原料投放在進料段中進行保溫預熱，此時擠壓桿伸入進料段處就位，然后開動旋轉擠壓機，將擠壓桿在高速旋轉下向前推動，原料在旋轉和擠壓的雙重作用下，逐漸被壓入壓縮段，壓縮段的物料隨之進入擴展段得到擴展，擴展之后的原料在擠壓作用下通過擠壓模具成型。

原料在最終進入模具的塑形部分之前，一直在擠壓桿的高速旋轉作用下進行旋動扭曲，并且經過壓縮-擴展腔的壓縮-擴展過程，實現原料的大塑性變形，高壓旋轉和壓縮-擴展擠壓相結合，實現了高效制備超細晶高性能合金制品。

同時，本發(fā)明的成形過程不需要間斷，對于某種材料、尺寸的合金產品，根據性能的要求，只需要通過適當的模擬和試驗，就能確定合適的壓縮-擴展比和旋轉轉速，通過本發(fā)明的裝置可以實現一次成形制得產品。制備過程簡單，生產效率顯著提高。

另外不需要添加潤滑劑等，產品表觀質量優(yōu)秀。

相應的，本發(fā)明的大塑性變形成形裝置還應當包括對擠出的型材進行定型和冷卻的冷卻系統，以及對整個裝置的工作過程和工藝參數進行設定和調整的控制系統。

冷卻系統的類型以及控制系統是可以根據實際生產需要進行設計和選擇的。