[发明专利]带背压式四向往复镦压装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种塑性变形技术领域的装置及方法，具体是一种带背压式四向往复镦压装置及其加工方法。

背景技术

大塑性变形技术简称SPD具有显著的细化晶粒能力，可以将材料的晶粒组织细化到亚微米甚至纳米级，被国际材料学界公认为是制备试样纳米和超细晶材料的最有前途的方法。但是，试样组织均匀性和工艺的连续性，可控性一直是大塑性变形技术的主要问题。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利申请号01104059.9，发明名称：往复式挤压成型方法及其加工装置，该技术采用左挤压筒与右挤压筒构成挤压容器，在左挤压筒与右挤压筒之间设有一双向挤模，该双向挤模具有至少一相对狭小的窄道，将待加工的合金材料加热至软化温度，于加工装置中交互施以不同方向压力，得以搓揉合金材料，使形成微细结构细化且均匀分布的合金。但是，该技术的缺点在于集挤压与镦粗变形于一体，因此每道次变形量不能太大，否则挤压材料在镦粗时将弯曲失稳。其次，由于挤压和镦粗变形都不可避免的造成中心应变与边缘应变不等，因此在没有足够大的应变下，很难制备组织均匀的超细晶材料，并且易于出现加工死区等不利影响。

进一步检索发现，中国专利号ZL200710045628.3，发明名称：制备大块超细晶材料的镦压模具，该技术采用上、下型腔构成的分型模具，通过利用与上型腔截面相同的冲头，对位于上型腔内的材料施压，材料在此压力作用下进入下型腔。由于上、下型腔形状完全相同但成90°夹角，使每道次镦压变形后，经历剧烈剪切变形的材料恢复到原来形状。冲头退回，打开模具销钉取出材料后，可再次放入上型腔进行第二道次镦压加工。该技术的特点如下：(1)制备的材料晶粒尺寸细小，可达到100nm～1μm；2加工的材料受到强烈剪切作用，变形量大，且不易发生破裂；3可以制备大块的试样，试样在加工前后形状相同，可以实现多道次反复加工来累计应变量，从而达到细化晶粒的作用。但是，该技术在每一道次加工之间，需要打开模具、取出试样、重新放入试样、模具再次加热等较为繁琐的步骤，一方面影响了生产效率，另一方面试样在反复加热过程中易出现晶粒长大现象，影响了组织细化效果。其次，从上而下的单向挤压，材料流动的效果一般，当制备流动性较差，或者厚度较薄的材料时，易于造成材料填充不完整的不利影响。此外，由于下型腔的封闭结构难以实现对材料施加背压，当在较低温度加工塑性不高的材料时，材料表面质量较差，试样的周边处甚至出现裂纹。

此外，Yoshinori Nishida等人在《Scripta Material》材料导报，2005，52：433-437上发表的“Characteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel angularpressing”(旋转等通道转角挤压模具塑性变形特征)一文中，介绍了一种旋转式等通道转角挤压模具进行塑性成形的原理，该模具是以两条等截面通道在模具中心相交成90°夹角。模具的底部和一侧设置挡板，加工时在这两个通道内预置两枚顶杆，由于顶杆尾部与挡板相抵，加工时无法移动，所以迫使试样向另一侧未设置挡板通道运动，完成等通道转角变形。当一道次变形完成后，由于模具采用巧妙垂直相交的等通道设计，无需打开模具取出试样，只要把模具翻转90°角，使材料所在通道垂直于工作台面，即可进行第二道次的等通道变形，该方法显著的提高了生产效率，使等通道转角挤压工作效率低的缺陷得到很大补偿。但是，用该方法制备的材料，由于等通道转角的内外角附近材料的变形方式和变形程度不同，导致用该方法制备的超细晶材料在组织的均匀性方面依然存在一定的不足。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种带背压式四向往复镦压装置及其加工方法，通过往复式连续镦压，从而以较高工作效率，制得较大体积的，组织均匀的超细晶试样。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种带背压式四向往复镦压装置，包括：上冲头、下冲头、凹模、左背压顶杆和右背压顶杆，其中：凹模为正六面体结构，该凹模内分别设有上、下、左、右四个长相等且对称分布并相交于凹模的中心的型腔上、下冲头分别位于凹模的上、下型腔内，左、右背压顶杆分别位于凹模的左、右型腔。

所述的型腔的截面为长方形且四个型腔的截面相同；上、下型腔的高度与左、右型腔的宽度相等且上、下型腔的宽度与左、右型腔的高度相等。

所述的上、下型腔和左、右型腔的连接处设有工作带，该工作带为光顺倒圆角。

所述的上冲头和下冲头的一端分别与压机固定连接且头部与预先置于凹模内的试样接触。