[發明專利]一種多效應耦合劇烈塑性變形模具及方法

在審

• 申請號: 202011071208.4
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112275821A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王曉溪;張翔;唐虓;徐巖;井新宇
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02;B21C23/00;B21C23/08;B21C29/00;B21C31/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王富強

本發明公開一種多效應耦合劇烈塑性變形模具及方法，涉及金屬塑性加工擠壓技術領域，變形模具包括模具本體，模具本體包括擠壓凹模和凸模；擠壓凹模內由上至下依次設置有入口通道、第一擠壓通道、過渡通道、第二擠壓通道和出口通道，第一擠壓通道與第二擠壓通道均為螺旋梯度擠壓通道，螺旋梯度擠壓通道內設置有梯度擠壓模塊，梯度擠壓模塊包括擠壓模塊上部和擠壓模塊下部，擠壓模塊上部由上至下呈臺階狀擴徑，擠壓模塊下部由上至下呈臺階狀縮徑；凸模包括第一凸模和第二凸模。本發明滿足航空航天結構件在復雜工況條件下苛刻的服役要求，可獲得晶粒尺寸多尺度連續分布的超細晶梯度結構高性能輕質金屬材料。

技術領域

本發明涉及金屬塑性加工擠壓技術領域，特別是涉及一種多效應耦合劇烈塑性變形模具及方法。

背景技術

隨著航空航天技術的迅猛發展，各種飛行器的飛行速度不斷提高，迫切需要減輕零件重量而又要滿足其高強度及剛度的要求。與世界發達國家相比，我國制造業關鍵核心技術和關鍵零部件的自主研發能力相對薄弱，在自主創新發展與產品質量提升等方面差距明顯。

輕質金屬(鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等)具有密度小、比強度高、耐腐蝕性強等優點，近年來在航空航天、交通運輸、海洋工程和石油化工等領域具有廣泛的應用。然而，某些輕質金屬如鈦合金、鎂合金等為難變形材料，塑性變形能力不佳，耐磨性較差，用作航空航天結構件時強度有限，易產生磨損，降低了關鍵零部件的安全性和可靠性，難以滿足復雜工況條件對構件服役性能提出的苛刻性能要求。

近年來，通常采用細晶強化的手段制備超細晶結構輕質金屬材料。然而，材料在獲得極高強度的同時，損失了較大的塑韌性。這一傳統金屬材料“強度-塑性”倒置難題，一直是制約以劇烈塑性變形法為代表的超細晶材料制備技術產業化的瓶頸。研究表明，當金屬晶粒尺寸由表層(亞微米晶或納米晶)至心部(粗晶或微米晶)呈梯度連續變化分布時，材料可獲得兼具較高強度與良好塑韌性的優異綜合性能。

目前，梯度結構金屬材料的主要制備方法有：機械變形法、電化學沉積法、熱處理法和磁控濺射法等。然而，上述工藝在實際應用過程中，存在很多技術不足，如：制備工序復雜、樣品尺寸受限、表層細晶效果不佳、梯度層厚度較小、界面處易產生熱應力、材料組織難以實現連續梯度過渡等。

因此，尋求一種理想的高性能輕質金屬材料先進制備方法，使材料晶粒尺寸呈現由表層超細晶(亞微米晶或納米晶)至內部粗晶的連續梯度結構分布，最終獲得強度與塑韌性匹配良好的超細晶梯度結構輕質金屬材料，對于充分發掘傳統金屬材料性能潛力，拓寬其工業應用范圍，推動梯度結構材料制備技術發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種多效應耦合劇烈塑性變形模具及方法，以解決現有技術所存在的上述問題，滿足航空航天結構件在復雜工況條件下苛刻的服役要求，可獲得晶粒尺寸多尺度連續分布的超細晶梯度結構高性能輕質金屬材料，使其兼具高強度和良好的塑韌性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種多效應耦合劇烈塑性變形模具，包括模具本體，所述模具本體包括擠壓凹模和凸模，所述擠壓凹模和所述凸模安裝于液壓機的工作臺上；所述擠壓凹模內由上至下依次設置有入口通道、第一擠壓通道、過渡通道、第二擠壓通道和出口通道，所述過渡通道與所述第一擠壓通道之間設置有第一轉角，所述過渡通道與所述第二擠壓通道之間設置有第二轉角，所述第一擠壓通道與所述第二擠壓通道均為螺旋梯度擠壓通道，所述螺旋梯度擠壓通道內設置有梯度擠壓模塊，所述梯度擠壓模塊包括擠壓模塊上部和擠壓模塊下部，所述擠壓模塊上部由上至下呈臺階狀擴徑，所述擠壓模塊下部由上至下呈臺階狀縮徑；所述凸模包括第一凸模和第二凸模，所述第一凸模用于頂入所述入口通道內，所述第二凸模用于頂入所述出口通道內。

優選的，所述擠壓凹模包括兩個凹模半模，兩個所述凹模半模關于所述過渡通道的中心水平縱截面對稱設置，并通過螺栓固定連接。