[發(fā)明專利]一種細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211524009.3
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115815356A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 荊磊;徐伯文;周文昊;李小成;張亞峰;汶斌斌;何衛(wèi)敏;趙利淵
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B21C23/00
• 分類號: B21C23/00;B21C31/00;B21C29/00;B21C35/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 魏法祥

本發(fā)明公開了一種細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工裝置，該裝置包括圓柱狀本體，圓柱狀本體的軸線上開設有材料變形區(qū)、定徑帶和出料區(qū)，材料變形區(qū)為倒圓錐臺孔，定徑帶為通孔，出料區(qū)為直徑大于定徑帶的通孔，出料區(qū)內插接有防甩動組件，另外，本發(fā)明還提供了細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工方法，將坯料和圓柱狀本體保持同軸相對轉動并摩擦擠壓扭轉，得到細徑超細晶金屬棒管材。本發(fā)明通過坯料與圓柱狀本體間相對高速旋轉并對向運動至相互接觸，以摩擦產熱作為熱源，受圓柱狀本體約束而經歷大變形量熱壓剪復合變形作用，制備出細徑超細晶金屬管棒材，無需外加熱源，激活金屬材料中的多系滑移，有效提高金屬材料的熱變形能力。

技術領域

本發(fā)明屬于金屬材料細徑管棒材變形加工技術領域，具體涉及一種細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工裝置及方法。

背景技術

金屬細徑管棒材是重要的工業(yè)制品，既可以作為零部件直接用于生產，也可以作為中間產品進行精深加工，廣泛應用于航天航空、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械等領域。目前，由粗坯料擠壓和軋制加工是制備金屬細徑管棒材的主要手段，但仍存在工藝復雜、工序長、成本高等缺憾。同時，對于變形能力較差的密排六方結構的金屬鎂、鋅、鈦等材料而言，單向大變形量的擠壓變形易在管棒材擠壓方向上形成條帶狀組織和強烈的織構，較難調控管棒材的顯微組織和力學性能，也不利于后續(xù)的精深加工。因此，開發(fā)出能夠細化材料顯微組織，尤其適用于難變形金屬加工的新型金屬材料細徑管棒材制備技術顯得尤為重要。

為了提高鎂、鈦等難加工金屬的變形能力，并進一步制備出高品質的金屬細徑薄壁管棒材，針對當前擠壓加工變形方式單一的問題，研究人員提出了利用剪切變形參與材料加工，激發(fā)材料中多系滑移繼而改善金屬變形能力的思路，雖然已設計出了一系列能夠引入剪切變形的加工裝置和方法，但仍存在壓剪變形分離、裝置復雜、需要專用設備、難以推廣等諸多問題。申請?zhí)枮?018109964176的專利中公開了一種超細晶鎂合金擠壓棒材的制備方法，采用在鎂合金熱擠壓工序后附加扭轉變形的辦法引入剪切變形優(yōu)化鎂合金棒材組織，雖然可以較好的細化鎂合金棒材晶粒，但其材料變形方式仍為先擠壓后扭轉，擠壓變形與剪切變形存在先后順序，扭轉變形作用的材料基礎仍受到前段擠壓加工較大影響。同時，此方法中可采用的扭轉速度較低，剪切變形對細晶化的影響作用較小。申請?zhí)枮?019110253038的專利中公開了用于制備超細晶鎂合金的成型模具，提出了具有分流孔結構的鎂合金成型模具，錠坯在變形過程中先分流后焊合，材料經歷了等通道角擠壓加工(ECAP)所提供的剪切變形后擠壓焊合為最終管棒材，雖然也可制備出超細晶鎂合金管棒材，但其加工過程中剪切變形和擠壓變形仍次序發(fā)生，雙通道ECAP疊加擠壓加工時所需擠壓力較大，裝置結構較復雜而不利于推廣。申請?zhí)枮?01980045070X的專利中公開了用于使用剪切輔助加工和擠壓形成中空輪廓非圓形擠壓件的方法和申請?zhí)枮?021103849373的專利中公開了棒材攪拌摩擦加工裝置，也提出了制備金屬管棒材的加工裝置與方法，但這兩項專利均偏重于設計具有特殊結構的擠壓頭，通過其旋轉、頂鍛、刮擦待加工金屬材料塑性變形并擠出以制備金屬管棒材，加工過程中金屬流動行為復雜，加工效果極為依賴擠壓頭端面的結構設計，裝置復雜成本高，需使用專用設備完成加工。

因此需要一種細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工裝置及方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種細徑超細晶金屬管棒材摩擦擠壓扭轉加工裝置。通過依次設計有材料變形區(qū)、定徑帶和出料區(qū)的圓柱狀本體作為摩擦擠壓扭轉加工裝置，并控制材料變形區(qū)、定徑帶和出料區(qū)的形狀，將壓剪復合變形同時作用于坯料，在坯料接觸材料變形區(qū)開始至擠出成為細徑管棒材過程中，變形逐步增強作用于坯料，被加工的坯料逐漸承受并積累較大的總變形量，既可以保證坯料承受大變形量而不發(fā)生扭斷，也可以利用大的累積變形量實現坯料的細晶化，從而實現細徑超細晶金屬管棒材的制備。