[發明專利]一種采用棒料制備管材的轉角擴徑擠壓模具與方法

有效

• 申請號: 201811355405.1
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109332415B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 石鳳健;張健偉;葛艷明;葉思珍;邵勇;張發坤
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02
• 代理公司: 32243 南京正聯知識產權代理有限公司
• 代理人: 王素琴

本發明公開了一種采用棒料制備管材的轉角擴徑擠壓模具與方法，屬于金屬塑性加工技術領域。該轉角擴徑擠壓模具包括上模板、擠壓芯棒、上墊板、芯棒固定板、卸料板、凹模、凹模支撐板、彈簧、凸模支撐板、下墊板、下模板、內導柱、擠壓凸模；該模具采用浮動式凹模，擠壓芯棒前端采用錐形結構，利于材料流動，降低擠壓力，擠壓芯棒與凹模組成的擠壓通道能實現管材軸向擠壓、兩次轉角擠壓以及擴徑擠壓變形。該模具一次行程可以順序實現管材的擠壓、卸料以及管材的頂出操作，生產效率高，適于超細晶管材的批量化制備，可以實現劇烈塑性變形技術的工業化應用。

技術領域

本發明涉及金屬塑性加工技術領域，具體地說，是一種采用棒料制備管材的轉角擴徑擠壓模具與方法。

背景技術

組織超細化是提高材料綜合性能、充分挖掘材料潛能的有效手段。高性能管材在工業生產中的需求日益增加，如何實現管材構件的組織超細晶，制備出具有超細晶組織的高性能管材是金屬塑性加工領域面臨的重要課題。劇烈塑性變形（SPD）是實現組織超細化的重要方法，近年來利用劇烈塑性變形制備超細晶的研究逐漸由棒料、板材轉向管材，提出了多種實現管材組織超細化的方法，如高壓扭轉（HPT）、管材通道擠壓（TCP）、管材通道轉角擠壓（TCAP）、管材平行通道轉角擠壓（PTCAP）、管材往復擴擠（TCEE）等，但這些方法的初始毛坯均為管材，主要目的是對現有管材通過往復變形實現管材組織超細化，生產工藝流程長，且需多次反復變形，效率較低。

經過對現有文獻的檢索發現，S. S. Jamali等人在《Materials Science andEngineering A》（2016，666：176-183）上發表的“Evaluation of mechanical andmetallurgical properties of AZ91 seamless tubes produced by radial-forwardextrusion method”一文中將徑向擠壓與正擠壓相結合，采用棒料直接擠壓成管材，采用該方法將AZ91鎂合金的晶粒由150μm細化至3μm，材料的屈服強度和抗拉強度分別提高了2.2倍和1.6倍，該方法的優點是通過棒料一次即可制備出具有細晶組織的高性能管材，管材制備的工藝流程大大縮短，該方法具有良好的應用前景。但由于該方法芯棒上端面為平面，棒料首先產生徑向擠壓，然后經過一個拐角沿擠壓方向流動，導致芯棒對棒料擠壓起不到很好的分流作用，作用在凸模上的載荷較大，對模具選材和使用安全帶來更大挑戰。此外，作為一種新型的、有應用前景的制備管材方法，還存在制件取出不便等問題，限制了其批量化制備具有超細晶粒管材的應用，因此，開發一種所需變形載荷更低、可利用現有設備進行批量化生產超細晶管材的模具與方法具有重要的價值。

發明內容

針對現有背景技術的不足，本發明的目的是提供一種采用棒料制備管材的轉角擴徑擠壓模具與方法。本發明采用前端帶錐形結構的芯棒，先將棒料擠壓成空心管材后，再使擠成的空心管材經過由芯棒和凹模形成的兩個轉角區，使管材在轉角處產生剪切變形，同時，管材產生擴徑變形，從而在管材中累積大變形量，而且實現了擠壓變形、轉角擠壓剪切變形與管材壁切向伸長變形多種變形模式的結合，使擠壓時沿管材軸向形成的拉長狀組織經過兩次剪切變形及切向拉長后迅速破碎，實現超細晶粒管材的制備。

在上述思想的基礎上，本發明還設計了一套用于實現該方法的模具，該模具采用浮動凹模，擠壓芯棒首先與凹模組成擠壓通道，然后借助擠壓芯棒上的特殊臺階結構推動凹模一起向下運動，從而保持擠壓管材通道不變，棒料向上擠成管材，卸料板對擠壓芯棒進行導向，同時對擠壓芯棒和凹模之間的相對位置進行定位，保證擠壓芯棒與凹模圓孔之間間隙的均勻性，擠壓結束時，卸料板還可以將管材從擠壓芯棒上卸下。管材頂出借助壓力機頂出缸通過特殊設計的擠壓凸模進行，從而實現了擠壓和管材頂出的高效操作。

本發明采用的具體技術方案如下：