[發明專利]細化晶粒的變截面型腔二次扭轉擠壓裝置及方法

有效

• 申請號: 201910365742.7
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN111889528B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 趙仕林;章海明;崔振山;王涵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B21C23/00
• 分類號: B21C23/00;B21C23/21;B21C25/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種細化晶粒的變截面型腔二次扭轉擠壓裝置及方法，包括：凸模部分、傳動機構、動力機構和凹模部分，其中：凸模部分與凹模部分相配合，動力機構與傳動機構相連；凸模部分包括上模板和上模，凹模部分包括上圓筒、上板和主模具，上模板設置于上模上，上模與上圓筒相配合且工作狀態在液壓機滑塊作用下進入上圓筒和主模具，上圓筒設置于上板上，主模具設置于上板下并與上圓筒相連，上模在工作時進入上圓筒內。本發明通過改變轉動模具的內腔截面形狀，使得在擠壓的同時，轉動變截面型腔模具，材料既有擠壓變形又有模具轉動帶來的剪切變形，實現劇烈塑性變形，成形力小，變形效率高，能達到良好的晶粒細化效果。

技術領域

本發明涉及的是一種制備超細晶材料棒材塑性加工領域的技術，具體是一種細化晶粒的變截面型腔二次扭轉擠壓裝置及方法。

背景技術

具有超細晶粒的材料不僅具有較好的物理和力學性能，當晶粒尺寸小于10μm時，在一定的溫度和應變速率的條件下甚至能夠達到超塑性。材料超塑性流動變形抗力小，流動性和填充性極好，能夠獲得很大的變形。材料具有超塑性的一個重要條件是具有超細晶，采用大塑性變形技術可獲得一系列性能優越的超細晶材料。

扭轉擠壓同樣是一種大塑性變形工藝，但是這種工藝制得的材料晶粒雖然得到細化，但由于剪切變形集中在邊部位置，邊部和心部晶粒的尺寸存在差異，對材料的性能的提升有不利影響。此外，材料的剪切變形主要通過模具與材料之間的摩擦實現，當模具轉速較快時，會出現打滑現象，無法體現扭轉的效果。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種細化晶粒的變截面型腔二次扭轉擠壓裝置及方法，通過改變轉動模具的內腔截面形狀和利用傳動機構，使得在擠壓的同時，轉動變截面型腔模具，材料既有擠壓變形又有模具轉動帶來的剪切變形，實現劇烈塑性變形，成形力小，變形效率高，能達到良好的晶粒細化效果。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：凸模部分、傳動機構、動力機構和凹模部分，其中：凸模部分與凹模部分相配合，動力機構與傳動機構相連；凸模部分包括上模板和上模，凹模部分包括上圓筒、上板和主模具，上模板設置于上模上，上模與上圓筒相配合且工作狀態在液壓機滑塊作用下進入上圓筒和主模具，上圓筒設置于上板上，主模具設置于上板下并與上圓筒相連。

所述的主模具內腔為變截面結構。

所述的裝置底部進一步設有：下圓筒、支撐板和底板，其中：支撐板設置于上板和底板之間，下圓筒設置于底板上并與傳動機構相連。

所述的傳動機構包括：圓錐齒輪組、傳動軸、深溝球軸承和推力滾子軸承，其中：圓錐齒輪組分別與主模具和傳動軸相連，傳動軸與動力機構相連，深溝球軸承與傳動軸相連，推力滾子軸承與主模具相連。

所述的圓錐齒輪組包括：第一圓錐齒輪和第二圓錐齒輪，其中：第一圓錐齒輪與主模具相連，第二圓錐齒輪與第一圓錐齒輪嚙合并與傳動軸相連。

本發明涉及一種基于上述裝置的工藝方法，通過液壓機滑塊驅動上模進入上圓筒并接觸到其中的坯料后，施加壓力于坯料之上；同時主模具在動力機構和傳動機構的作用下轉動，坯料在上模作用下進入轉動的主模具中承受擠壓變形的同時，在轉動的主模具非軸對稱截面型腔作用下產生周向剪切變形，從而實現扭轉擠壓。

本發明具體包括以下步驟：

步驟1、將加熱圈放在上板上，上圓筒和主模具的一部分被套在其中，啟動加熱，對模具部分進行預熱，將圓形棒材放入加熱爐中進行加熱，達到指定溫度范圍后進行保溫。

步驟2、將圓形棒材從加熱爐中取出，放入上圓筒內；啟動電動機和液壓機，在指定的電機轉速和壓機下壓速度下使材料產生劇烈塑性變形。