[发明专利]一种U形弯挤模具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种U形弯挤模具及方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

金属材料传统弯曲加工中，由于变形层受力的不均匀，以横断面中间不变形的部分的中性层为界，中性层以外的金属受拉应力作用，产生伸长变形。中性层以内的金属受压应力作用，产生压缩变形。正是由于这种变形梯度的作用，引起材料的局部剪切带的剧烈塑性变形。等通道转角挤压（ECAP）技术是剧烈塑性变形（SPD）技术中发展最为快速的技术之一，该技术利用模具通道转角通道的特殊结构实现了材料的剪切变形，可对材料进行晶粒细化和性能提高的优化成形。

在中国专利公开号分别为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和解决生产问题。实现ECAP成形功效最大化和工业应用，是当今SPD研究领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是在原有ECAP的技术基础上增加材料横截面的扭转变形和弯曲变形，创新性提供一种U形弯挤方法及模具，使其晶粒细化能力增强、操作方法简化。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种U形弯挤模具，包括螺栓和瓣模，两个瓣模在分型面处可以完全贴合并依靠螺栓固定形成挤压模腔，挤压模腔为U形等通道挤压模腔，挤压模腔按照成形段依次为引导段I、渐变段I、弯曲段、渐变段II和引导段II，各模腔之间均光滑过渡，引导段I和引导段II的中心轴线平行，渐变段I和渐变段II的中心轴线平行；

所述引导段I和引导段II为等径圆通道，其横截面为圆形，直径为D，引导段I和引导段II的长度为L；

所述渐变段I为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从圆形平滑过渡到椭圆形，渐变段I和引导段I相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段I和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段I的长度为0.1~0.2L；

所述弯曲段的两个端面分别与渐变段I和渐变段II相接，两个端面的横截面都是椭圆形，处于同一水平平面内，两个椭圆形状大小都相同，两椭圆形在水平方向上存在角度差β；

所述渐变段II为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从椭圆形过渡到圆形，渐变段II和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段II和引导段II相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段II的长度为0.1~0.2L。

所述引导段I和引导段II的两中心轴线之间的距离为M，M取值范围为2D~4D。

所述渐变段I和渐变段II的圆形截面处于同一水平面内，渐变段I和渐变段II的椭圆形截面处于同一水平面内。

所述β取值范围为60o~90o。

采用本发明提供的模具成形坯料时，需使用两根挤压杆，第一挤压杆和第二挤压杆分别在挤压模腔的引导段I和引导段II内，可以自由进出引导段I和引导段II，挤压杆与挤压动力机构相连接，挤压动力机构为现有成熟技术。

本发明提供了一种U形弯挤方法，采用本发明模具对坯料进行挤压时，包括以下步骤：

（1）将第一根坯料放入引导段I中，在引导段I中第一挤压杆的作用下，坯料进入渐变段I内，当第一根坯料完全进入引导段I时，将第二根坯料放入引导段I中；当第二根坯料完全进入引导段I时，引导段II中的第二挤压杆开始对第一根坯料进行挤压，当引导段II中第一根坯料完全进入渐变段II时，两段坯料分别完成往复挤压变形一次；

（2）引导段I中的第一挤压杆开始对第二根坯料进行挤压，当引导段I中第二根坯料完全进入渐变段I中时，引导段II中的第二挤压杆开始对第一根坯料进行挤压，当引导段II中第一根坯料完全进入渐变段II时，两段坯料分别完成往复挤压变形两次；

（3）依照上述步骤（2）重复进行，可同时完成两根坯料的往返重复挤压变形，根据材料的组织性能的加工要求，选择往复挤压变形的次数；

（4）当第一根坯料和第二根坯料往复挤压变形后，在引导段II放入第三根坯料和第四根坯料，当引导段II中第四根坯料完全进入渐变段II时，第一根坯料和第二根坯料从引导段I中完全挤出，完成第一根坯料和第二根坯料的全部挤压变形；

所述圆柱坯料的直径为D，长度为0.5-0.8L。