[發明專利]一種制備超細晶管材的旋轉反擠壓裝置

在審

• 申請號: 202010869711.8
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111940526A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 石鳳健;譚昊天;周虎;喬冠男;楊宏宇;王雷剛;王浩;葉思珍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;浙江喬老爺鋁業有限公司
• 主分類號: B21C23/00
• 分類號: B21C23/00;B21C23/21;B21C25/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種制備超細晶管材的旋轉反擠壓裝置，包括：擠壓凸模，包括依次拼接的軸承安裝塊、螺旋槽柱以及擠壓柱，軸承安裝塊上設有擠壓支撐板，通過水平軸承連接，所述螺旋槽柱外表面開設螺旋狀半圓形凹槽；擠壓凹模，對應擠壓柱的位置開設擠壓通孔；絲桿螺母，設于擠壓凹模上，螺旋槽柱穿過絲桿螺母將坯料壓于擠壓通孔內，內表面開設螺旋狀半圓形凹槽，與螺旋槽柱螺旋升角一致，內、外凹槽形成圓形通道，通過設置滾珠及回珠管形成滾珠循環通道，向擠壓支撐板施壓，擠壓凸模在螺旋滾珠作用下產生扭轉力，實現對坯料的扭轉擠壓。本裝置通過軸向加載即可實現管材反擠壓與扭轉的復合變形，一次反擠壓即可獲得具有超細晶組織的高性能管材。

技術領域

本發明涉及金屬材料擠壓成形技術領域，尤其是涉及一種制備超細晶管材的旋轉反擠壓裝置。

背景技術

管材在航空、汽車、石化、建筑等行業廣泛應用，隨著工程構件輕量化和社會對節能環保的要求越來越高，高性能管材的需求量越來越大。在強化材料的諸多方法中，晶粒細化是在不改變材料成份情況下提高材料綜合性能最為有效的手段之一。近二十幾年發展起來的劇烈塑性變形方法能將常規粗晶材料組織細化至亞微米級甚至納米級，材料的強度顯著提升。目前可以制備超細晶管材的技術包括管材通道擠壓(TCP)、管材通道轉角擠壓(TCAP)、管材平行通道轉角擠壓(PTCAP)、管材往復擠壓(TCEC)等，這些技術在細化管材組織時存在管材長度有限、需反復變形多道次導致變形效率低下以及對模具要求高等缺陷，很難實現工業化應用。

扭轉變形能在材料中引入大量切應變，驅動位錯滑移或產生孿生變形，從而細化材料組織。近年來通過旋轉運動引入扭轉變形成為劇烈塑性變形發展的方向之一，提出了管材高壓扭轉(HPTT)、攪拌摩擦反擠壓(FSBE)、剪切輔助擠壓(ShAPE)、旋轉擠壓(RE)等多種技術，實現了多種材料組織的細化。但上述技術中都要求至少一個工裝部件可以進行旋轉，需要專用設備或者獨立的動力源，使裝置變得復雜，成本增加。反擠壓是制備管材、棒材、筒形件的常見技術，在反擠壓時引入扭轉既可以在材料中產生附加剪切變形，又可以減小變形載荷，降低對設備及工模具的要求。

發明內容

發明目的：為了克服背景技術的不足，本發明公開了一種制備超細晶管材的旋轉反擠壓裝置，在無旋轉驅動下，單向加載同時實現了管材的擠壓和扭轉變形。

技術方案：本發明所述的制備超細晶管材的旋轉反擠壓裝置，包括：

擠壓凸模，所述擠壓凸模包括依次拼接的軸承安裝塊、螺旋槽柱以及擠壓柱，所述軸承安裝塊上設有擠壓支撐板，所述擠壓支撐板與軸承安裝塊通過水平軸承連接，所述螺旋槽柱外表面開設螺旋狀半圓形凹槽；

擠壓凹模，所述擠壓凹模對應擠壓柱的位置開設擠壓通孔，坯料設于擠壓通孔內，擠壓柱對坯料進行擠壓；

絲桿螺母，所述絲桿螺母設于擠壓凹模上，所述擠壓凸模的螺旋槽柱穿過絲桿螺母將坯料壓于擠壓通孔內，所述絲桿螺母內表面開設螺旋升角與螺旋槽柱外表面凹槽一致的螺旋狀半圓形凹槽，螺旋槽柱插入絲桿螺母后，內、外凹槽形成圓形通道，圓形通道內設有滾珠，所述絲桿螺母上設有回珠管，分別與絲桿螺母內表面凹槽的上下端連通形成滾珠循環通道，通過向擠壓支撐板施壓，即可使擠壓凸模在螺旋滾珠作用下產生扭轉力，使擠壓柱在擠壓通孔內對坯料進行扭轉擠壓。

使用時，將坯料放于擠壓通孔內，液壓機或者反擠壓機動力源對擠壓支撐板上端進行加載，擠壓凸模在滾珠的導向下向下運動，將坯料壓于擠壓通孔內，使初始坯料產生反擠壓的同時，在擠壓凸模和擠壓凹模作用下產生扭轉變形，細化材料組織。

進一步的，所述螺旋狀半圓形凹槽的螺旋升角取值范圍為30°～70°。

進一步的，所述擠壓凹模包括凹模本體以及用于承載凹模本體的凹模底座，兩者通過螺栓連接，所述凹模本體上開設擠壓通孔，凹模底座對應擠壓通孔的位置設有與擠壓通孔內徑相同的凸臺。

進一步的，所述擠壓柱的外徑尺寸小于螺旋槽柱以及擠壓通孔的直徑。