[发明专利]大型等通道转角大应变挤压模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料改性加工模具，尤其是一种利用等通道挤压变形改变材料组织结构的大直径通道挤压模具，具体地说是一种推挤式连续挤压的大型等通道转角大应变挤压模具。 

背景技术

众所周知，自20世纪90年代中期以来，等通道转角挤压(Equal ChannelAngular Pressing，简称ECAP)技术受到全球材料界的高度重视，现已发展成为制备高性能金属材料的一个重要方法。ECAP技术对材料的加工具有剪切力大、剪切应变大、能高效细化材料组织与夹杂物、消除孔洞缺陷的特点，而且加工出来的材料具有几何形状基本不变、强度高、塑性好、成形性能好、疲劳性能好、抗腐蚀性好、超精密切削及阳极氧化表面质量高等许多性能。 

但是，迄今为止，ECAP技术加工出来的材料其尺寸都很小(横截面尺寸：不超过20mm×20mm(长方体)或Φ20mm(圆柱体))，严重阻碍了ECAP技术的工业化应用。ECAP技术在加工材料的过程中，前道工件需要后道工件的推挤才能出模，即才能实现连续化、量化生产。由于前道工件对后道工件的反向作用力大于加工材料的塑性流变应力，因此后道工件在发生挤压下行之前已经发生了锻粗，对模具表面产生了很大的压力，导致润滑失效、摩擦力急剧升高、挤压载荷急剧增大，使得挤压过程难以进行，对于低硬度、易发生塑性变形的材料如3003Al、6063Al等尤为如此。对于小型ECAP而言，挤压载荷对挤压设备的吨位要求和对模具的强韧性要求等可以忽略，但对于大型ECAP而言，此要求已成为限制其产业化应用的关键瓶颈。 

因此，要在工业上推广应用ECAP技术，必须处理好大型模具强韧性、工件大应变变形质量(应变大小、应变均匀性等)、工件连续量化大应变加工生产之间的矛盾，这除了要对模具整体进行强韧化设计外，还必须对模具的工作 腔(模芯型腔)的结构参数进行选择与优化。到目前为止，尚未有一种可供实际工业生产使用的大型、连续等通道转角挤压变形制备高性能金属材料的模具可供使用。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的等通道转角挤压加工缺乏大型模具而难以实现工业化生产及对低硬度材料不能实现连续化生产的问题，设计一种能连续批量进行等通道转角挤压加工的大型等通道转角挤压加工模具，为实现工业化生产利用等通道转角挤压加工大幅提高金属材料的组织与性能提供必需的装备。 

本发明的技术方案是： 

一种大型等通道转角大应变挤压模具，包括上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12、凹模套2、凸模10、前模芯15、后模芯18和下模座4，其特征是上模座7固定于加载机械的上工作台上，凸模10的上端固定安装于凸模固定板12内，上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12之间用第一销钉8定位和内六角圆柱头螺钉5紧固相连形成一个整体后与加载机械的上工作台相连；前模芯15和后模芯18用销13和16定位后镶嵌于凹模套2内，凸模10的下端插装在前模芯15和后模芯18之间形成的挤压腔19中，凹模套2上设有与所述的挤压腔19相通的斜置的挤出通道20，凹模套2镶嵌于下模座4内，前模芯15、后模芯18和凹模套2之间为锥度配合，下模座4和凹模套2相连(用第二销钉1定位和第二内六角圆柱头螺钉17紧固)，下模座4安装于加载机械(如液压机)的下工作台上，在下模座4上设有与凹模套2上的挤出通道20相通的出料腔21。 

所述的前模芯15和后模芯18之间形成的挤压腔19由两个相交的圆柱形等通道组成，所述圆柱形等通道的直径为20-90mm、两个圆柱形等通道轴线的内角φ为100～120度，两个圆柱形等通道转角过渡段外角ψ为24～30度。 

本发明的模具可对低硬度金属3003Al和6063Al实施推挤式连续等通道转角大应变挤压加工并将其夹杂物AlFeMnSi碎化至3微米以下。 

所述的前模芯15、后模芯18和凹模套2之间的配合锥度的锥角为4～8度。 

所述的上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12之间通过第一销钉8定位并通过第一内六角圆柱头螺钉5紧固连成一个可拆卸的整体结构。 

所述的模座4和凹模套2通过第二销钉1定位和第二内六角圆柱头螺钉17紧固。 

本发明的有益效果： 

(1)本发明为等通道转角挤压加工方法提供了一种可工业化生产的大型模具，解决了理论与实际结合的难题。