[發明專利]一種高壓扭轉擠壓模具

在審

• 申請號: 202111149000.4
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113820190A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 方敏;蔣理帥祎;張治民;王強
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 廈門市天富勤知識產權代理事務所(普通合伙) 35244
• 代理人: 唐紹烈

本發明公開一種高壓扭轉擠壓模具，包括上砧座、下砧座、疊層套件和旋轉控制機構，下砧座開設環形空腔，疊層套件包括芯軸和套接在芯軸上的筒形件組，筒形件組由若干個半徑遞增的筒形件沿徑向逐個疊加套接組成，芯軸和疊層套件的頂部構成圓形平面，圓形平面配合在所述環形空腔的底部，上砧座配合置入在所述環形空腔的頂部，并沿軸向上下運動，上砧座和疊層套件之間供試樣放置；疊層套件的底部連接旋轉控制機構，旋轉控制機構控制疊層套件轉動且控制芯軸和每個筒形件的角速度從里到外遞減，本發明降低傳統高壓扭轉加工制備樣品的力學性能、組織狀態沿試樣徑向分布不均勻，實現扭轉過程中試樣表面各點處的線速度一致，從而所制樣品具有更好的質量。

技術領域

本發明屬于金屬塑性加工強化技術領域，特別涉及一種高壓扭轉擠壓模具。

背景技術

高壓扭轉(HPT)作為一種加工強化方式，其主要由上砧座1’和下砧座2’組成，如圖1所示，上砧座1’嵌套在下砧座2’上部，先將試樣3’放置在兩個砧座之間，然后上砧座施加壓力P，下砧座旋轉提供剪切力，在壓力P的作用下，上砧座下降并將試樣壓緊，通常壓力P的大小在幾個GPa左右，這時通過下砧座的轉動給試樣施加剪切應變，直到獲得所需應變量。

從這個傳統HPT過程可以看出，HPT是通過靜水壓力、剪切力及摩擦力的共同作用來獲得超細晶材料。但是，根據現有的大量實驗表明，對于傳統整體下砧座的高壓扭轉法所制備的試樣，由于試樣表面上各點的線速度沿徑向分布不均勻，如圖2所示，隨著距試樣中心的距離L(以下簡稱中心距)增大，線速度V呈線性增大，這便造成試樣所受切應變分布不均勻；致使表面硬度隨中心距L增大而增大，并且傳統HPT加工后試樣表面組織不均勻，形成微電偶腐蝕，加速合金溶解，致使HPT后的合金耐蝕性下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高壓扭轉擠壓模具，降低傳統高壓扭轉加工制備樣品的力學性能、組織狀態沿試樣徑向分布不均勻，實現扭轉過程中試樣表面各點處的線速度一致，從而所制樣品具有更好的質量。

為達成上述目的，本發明的解決方案為：

一種高壓扭轉擠壓模具，包括上砧座、下砧座、疊層套件和旋轉控制機構，所述下砧座開設環形空腔，所述疊層套件包括芯軸和套接在芯軸上的筒形件組，所述筒形件組由若干個半徑遞增的筒形件沿徑向逐個疊加套接組成，所述芯軸和疊層套件的頂部構成圓形平面，圓形平面配合在所述環形空腔的底部，所述上砧座配合置入在所述環形空腔的頂部，并沿軸向上下運動，上砧座和疊層套件之間供試樣放置；

所述疊層套件的底部連接所述旋轉控制機構，所述旋轉控制機構控制疊層套件轉動且控制芯軸和每個所述筒形件的角速度從里到外遞減。

進一步，所述芯軸和每個所述筒形件的底部都設有從動齒輪，芯軸和筒形件的從動齒輪半徑由內至外逐個遞增，且從動齒輪高度由內至外逐個遞增，從而疊層套件的底部構成錐形結構；

所述旋轉控制機構設置在錐形結構的一側，所述旋轉控制機構包括驅動機構、主動齒輪、傳動軸，所述傳動軸上從上至下套接主動齒輪，主動齒輪的數量等于芯軸和筒形件的數量之和，主動齒輪的半徑由上至下逐個遞增，主動齒輪與從動齒輪由上至下一一嚙合，所述傳動軸連接驅動機構，驅動機構驅動傳動軸旋轉。

進一步，相鄰所述從動齒輪之間設有推力軸承。

進一步，所述下砧座的下方設有箱體，所述箱體將所述疊層套件的底部包裹在所述下砧座的下方。

采用上述方案后，本發明的增益效果在于：

本發明采用同軸嵌套的多個獨立轉動的疊層套件代替傳統整體下砧座，利用與砧座上的從動齒輪與主動齒輪之間的不同嚙合比實現下砧座的差速轉動，從而使試樣的各區域所受的切應變均勻，所制得的試樣表面硬度、晶粒細化程度、表面組織沿徑向方向更均勻，以使試樣擁有更好的使用性能、耐腐蝕性能，為進一步成形最終工件提供質量更好的加工強化坯料。

附圖說明