[发明专利]一种大塑性成形工艺等径角挤扭变形模具

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体地说是一种制备高性能金属材料的等径角挤扭变形(Equal Channel Angular Pressing and Torsion，简称ECAPT)工具。

背景技术

等径角挤压工艺(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP)和挤扭工艺(Twist Extrusion，简称TE)用于大塑性变形法制备高性能金属材料。等径角挤压工艺制备高性能金属材料时，由于挤压前后试样的截面形状基本不发生改变，在材料可加工性能允许的条件下，可以对其进行重复挤压，使得材料累积获得很大的塑性变形，从而有效地细化晶粒。挤扭工艺制备高性能金属材料时，工件通过一个中间带有矩形截面(非圆)的螺旋通道，来实现大的塑性变形，扭挤后工件的尺寸与形状不发生变化，因而可以重复进行多道次挤扭，累积大的塑性应变，以细化组织，改善性能。但两者都存在单道次变形量较小、变形不均匀的问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种变形量大、变形均匀程度高、设备要求低、流程短，并且易于制造的制备高性能金属材料等径角挤扭模具。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种大塑性成形工艺等径角挤扭变形模具，设有凸模和凹模，所述凹模内设有一个入口通道和一个与入口通道转角连通的出口通道，所述入口通道和出口通道具有相同的横截面，所述凸模与入口通道间隙配合，其特征是：在所述出口通道中设有一段螺旋状型槽构成的与出口通道具有相同横截面的螺旋通道。

本发明结构特点还在于：

所述凹模由凹模一和凹模二组成，所述凹模一和凹模二为相互配合带有通道凹槽的两个半圆柱，通过螺栓连接成整体，所述模具设有用于装入凹模的固定筒，所述固定筒为圆环筒结构，其底部固定连接在下模板座上，所述下模板座通过固定连接至压力机下工作台上；在所述固定筒上方设置凹模压板，所述凹模压板为圆环板结构，用于向下压住凹模圆柱外侧边缘结构；所述凸模被定位挂在凸模固定板上，所述凸模固定板为中间开孔的方板结构，凸模固定板固定连接在上模座板底部，所述上模座板与压力机下滑快连接。

所述螺旋通道靠近入口通道的一端与入口通道之间的水平距离小于加工工件长度。所述螺旋通道采取矩形横截面旋转一定角度α，其螺旋角度与螺距具有如下关系：

tanβ=πDP---(1),]]>

其中，D为方形横截面螺旋通道的外接圆直径，P为螺距，β为螺旋角度；所述β取值范围为50°≥β≥10°；

所述螺距P与螺旋通道长度L的关系为：

P＝L×360/α      (2)，

其中，所述横截面旋转角α为90°的整数倍，所述螺旋通道长度L为10-50mm。

所述入口通道和出口通道横截面为矩形，所述入口通道与出口通道连通处的内角角度φ取值范围为60°≤φ≤90°，所述外角角度ψ取值范围为20°≤ψ≤60°。

所述内角角度φ为90°，外角角度ψ为：37°。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明在工艺过程中，入口通道与出口通道形成的转角给变形提供强大的剪切作用，螺旋通道在增加工件变形时内部静水压力的同时，也提供了较大的剪切变形量，积累有效应变，提高变形均匀程度、变形金属材料室温强度及其综合力学性能，获得高性能金属材料，降低金属材料处理成本，提高其成材率。

2、本发明用于金属材料的挤压改性成形，细化内部组织晶粒，改善材料性能，对于挤压粉末材料，压合孔隙，提高致密度。

3、本发明采用不同的螺旋通道长度L，可以实现不同效果的应变积累，满足不同晶粒细化效果和材料性能改善程度要求。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图1a是本发明去除上模板座的俯视图。

图2、图2a是本发明螺旋通道结构示意图。图2a中，P为螺距，β为螺旋角度，L为螺旋通道长度，α为横截面旋转角，D为方形横截面螺旋通道的外接圆直径。