[发明专利]一体式横向挤压制备超细晶材料的装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料的塑性加工技术领域，具体是指用于制备超细晶材料的挤压装置。

背景技术

剧烈塑性变形(Severe Plastic Deformation，简称SPD)是目前国际材料学界公认的制备块体纳米和超细晶材料的最有前景的方法。它具有强烈的晶粒细化能力，可以直接将材料的微观组织细化到亚微米乃至纳米级。20世纪80年代由前苏联科学家Segal基于剧烈塑性变形理论提出一种等径通道挤压技术(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP)，利用该技术他们对材料进行多次加工从而获得特殊的变形织构。进入20世纪90年代后，Valiev等发现利用该技术可以有效地细化多晶材料的晶粒。该技术核心设计在于等截面直径的双通道交截而成，截面几何形状完全相同，按照一定的角度完全相连。挤压过程中，将与通道紧密配合的试样放入通道内，然后用压头沿通道挤压，这样在试样经过通道交角时就产生近似于纯剪切的变形。由于模具的几何特点，试样可实现多道次挤压，从而累积得到大的等效塑性应变，晶粒也因此细化到亚微米甚至纳米级别。

组织细化是提高金属强度及综合力学性能的最有效途径，但是一套合适的制备模具也是此项技术实施的关键。基于等径通道挤压原理设计的模具近年来层出不穷，由于加工的难度，多数模具设计为半模形式，对称的两半模组装形成完整的通道进行挤压，这样在挤压过程中一些过软的材料会被挤入半模中间的缝隙，造成挤压力的急剧增加；另外对一些难变形的金属来说，如纯钛及其合金等，在制备大体积块体材料时，过长的凸模(挤压杆)很容易发生倾斜或失稳而导致与通道接触，挤压难以进行，甚至破坏模具。该问题的有效解决方法是对凸模添加导向装置。在公开号为CN101570070A的发明创造中，公开了一种自导向等径通道挤压装置及挤压方法，该方法中，通过设计自导向部件使制备过程安全有效。但是这些挤压模具多数只能实现一种挤压方式，改变挤压路径后必须重新设计模具参数后进行机械加工；另外这些模具的制备过程必须依赖于外部压力设备，必须放置于大型压力机上进行挤压，而大吨位压力机往往价值不菲，而且体积庞大。这些无疑大大增加了制备材料的成本。

发明内容

为克服现有技术中存在的设备庞大，挤压制备成本高的不足，本发明提出了一种一体式横向挤压制备超细晶材料的装置。

本发明包括台板、挤压杆、送样导槽、压力系统、连接件和挤压模具。所述压力系统中的液压泵体固定在台板上表面一端，挤压模具安装在台板上表面的另一端。所述挤压杆通过连接件安装在液压泵体该端的端面上。压力系统中的液压泵体、挤压杆与挤压模具中的底座上的挤压杆导向孔同轴。送样导槽安放在所述挤压杆导向孔内，并使送样导槽上的导槽与模具型芯上的挤压通道连通。

所述的液压泵体通过泵体前支架和泵体后支架固定在台板上。泵体后支架与挤压模具中的底座之间通过连接杆固连。该泵体后支架的几何中心有与液压泵体直径相同的盲孔；泵体前支架的几何中心有梯形孔。在挤压时，挤压杆将挤压试样沿着挤压通道向前推进，在经过弯角时挤压力急剧增大，由于挤压杆与液压泵体通过连接件连在一起，挤压力所产生的反作用力会作用于液压泵体，液压泵体通过泵体后支架将力传递到四根圆柱体连接杆上，并通过该连接杆承力，从而避免了台板受力变形。挤压完成后，液压泵体回程时可自行带出挤压杆，挤压杆与模具型芯挤压通道和底座挤压杆导向孔间存在摩擦，此时前泵体支架阶梯孔起到阻挡液压泵体移动的作用。

所述挤压模具包括底座、模具盖板和模具型芯，其中模具型芯固定在底座的模具型芯安装槽内；模具盖板安装在所述模具型芯上表面。所述底座的第一级阶梯的上表面为模具型芯的安装面，在所述模具型芯的安装面上有用于安放模具型芯的凹槽；第二级阶梯高度方向的中部有水平的挤压杆导向孔，第二级阶梯高度方向上分布有连接杆的安装孔。所述挤压杆导向孔的孔径与挤压杆导引段圆柱体部分直径相同，并使该挤压杆导向孔的中心线与液压泵体的中心线重合。在底座的第二级阶梯高度方向的中部位置，内径与挤压杆导引段的外径相同；该导向孔与液压泵体同轴。

挤压模具中的模具型芯的上表面有挤压通道的夹角为120゜，外圆角为20゜。在模具型芯表面分布有将该模具型芯与所述模具型芯安装槽和模具盖板连接的螺孔。