[发明专利]一种多转角挤压模具及成形方法

说明书

技术领域

本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种多转角挤压模具及成形方法。

背景技术

等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP）是基于剧烈塑性变形技术制备块体超细晶材料的成形方法之一。材料在ECAP模具转角处受到强烈剪切变形，并通过材料横截面尺寸不变的特性，从而实现反复挤压，累积大量应变，达到细化材料组织、提高材料综合性能的目的。尽管ECAP制备超细晶材料的研究得到了大家的共识，但也发现其变形存在不均匀的问题，在靠近内角Φ

的材料，其应变大，细化效果好，但在其外角ψ处，应变小，细化效果就差一些。另外根据相邻挤压道次间ECAP试样相对于其纵轴旋转角度，加工路径通常分为四种A，B_A，B_C和C（Acta Materialia, 1998, 46: 3317），但研究表明由于B_C路径ECAP试样的剪切方向相互垂直，更有利于形成等轴的大角度超细晶组织。

此外，上海交通大学在中国专利公开号分别为CN101259493、CN1709605、CN2757953、CN2757954和CN2768921的发明专利申请中提出的制备超细晶材料所用的L形、U形、C形、S形转角往复挤压模具和反复镦粗挤压模具仅仅是ECAP方法的简单形式改进，并无实质性的工业创新及解决生产问题。为克服传统ECAP技术不能连续生产的问题，国内外研究提出了很多改进的ECAP技术，如连续剪切工艺、旋转模具ECAP、反复侧边挤压、等径角轧制等方法（中国有色金属学报, 2010, 20(4): 587）。但上述ECAP改进技术存在所需工程力大，对设备要求高等工业问题。

综上所述，传统的ECAP模具和挤压方法成形材料具有变形不均匀，一道次累积应变小的不足之处，而改进的ECAP的成形方法也存在所用设备昂贵且对设备要求高，加工成本增大等问题，如何实现一道次制备组织均匀的超细晶材料，以满足实际科研与生产的需要是当今材料研究亟待解决的难题。

发明内容

本发明旨在提供一种多转角挤压模具及成形方法，解决了现有ECAP技术中挤压坯料变形不均匀，工艺繁琐的问题。

本发明提供的一种多转角挤压模具，包括冲头、螺栓、上模和下模，上模和下模均为四面体，上模的下表面设有向下的凹槽，下模的上表面设有向上的凹槽，在上模和下模的凹槽两侧均匀设有螺栓孔，上模和下模扣合，通过螺栓紧固，上模和下模的凹槽形成挤压模具型腔，挤压模具型腔为多转角挤压型腔，所述多转角挤压型腔从挤压入口开始依次分为引导段型腔，第一转角型腔，第二转角型腔，第三转角型腔，第四转角型腔和整形段型腔，其中各个段型腔截面均为圆形，面积相等，但其中心线不在一条直线上，相邻段的中心轴线之间有夹角，各段型腔之间采用光滑小圆弧过渡。

所述第一转角型腔两端的第一截面和第二截面的横向位移为a，所述第二转角型腔的第二截面和第三截面的纵向位移为a，所述第三转角型腔两端的第三截面和第四截面的横向位移为a，所述第四转角型腔的第四截面和第五截面的纵向位移为a。其中，a为转角型腔横截面圆形直径的1/8~1/4。

所述第一转角型腔、第二转角型腔、第三转角型腔、第四转角型腔的两端截面的垂直距离均为b；a与b的关系为：        

              或  30°≤Arctan(b/a)≤60°；

所述螺栓均匀分布在上模、下模的两端。

本发明采用上述多转角挤压模具，实现材料的剧烈塑性变形，具体的成形方法为：

（1）将上模和下模由螺栓紧固，使上模和下模的接触面完全贴合，螺栓均匀分布，颗数根据挤压力的大小需要设计；

（2）对上模和下模形成的多转角挤压型腔涂抹冷挤压润滑剂，将第一预制坯料放入多转角挤压型腔的引导段型腔中，冲头以1~10mm/s的挤压速度向右挤压一预制坯料，使冲头的右端面与第一预制坯料的左端面贴合，当第一预制坯料的右端面与引导段型腔的右端截面相贴合时，冲头以1~10mm/s的挤压速度向右挤压一预制坯料，在挤压过程中，第一预制坯料在冲头的作用下，从引导段型腔向右挤压，到达引导段型腔和第一转角型腔的交接处，发生剪切变形，变成截面积的斜柱体；

（3）继续挤压，到达第一转角型腔和第二转角型腔的交接处，材料发生与上次剪切方向垂直的剪切变形；

（4）继续挤压，到达第二转角型腔和第三转角型腔的交接处，材料发生与上次剪切方向垂直的剪切变形；