[发明专利]一种等通道转角挤压模具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等通道转角挤压模具及方法，属于金属材料加工领域。

背景技术

近年来，等通道转角挤压（ECAP）已成为剧烈塑性变形（SPD）发展最为快速的技术之一。ECAP可使材料在塑性变形时不改变试样断面的同时，累积大量的塑性变形，从而实现材料的重复形变和晶粒细化。

传统的ECAP成形技术的主要剪切变形区位于模具通道转角处，并且存在材料变形不均匀的不足。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。如何实现多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

本发明的目的是提供一种等通道转角挤压模具及方法，可实现坯料的晶粒细化功效，本发明具有模具结构简单，挤压方法简便的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种等通道转角挤压模具，包括螺栓和瓣模，瓣模I和瓣模II在结合面完全贴合，两个瓣模上分别对应设有螺栓孔，二者通过螺栓紧固；两个瓣模组合成的结构中心为模具的挤压模腔，所述挤压模腔为转角挤压模腔，转角挤压模腔分为模腔导入段、模腔弯折一段、模腔弯折二段、模腔导出段；

所述模腔导入段为一等通道型腔，任意横截面形状均为边长为a的正方形，模腔导入段长度为5a~8a；

所述模腔弯折一段为一光滑过渡的等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方形，模腔弯折一段的两个端面平行设置，上端面与模腔导入段接触，下端面与模腔弯折二段接触，两个端面的中心点在垂直方向不重叠，模腔弯折一段的垂直方向的长度为c，c=0.5a~a；

所述模腔弯折二段为一光滑过渡的等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方形，模腔弯折二段的两个端面平行设置，上端面与模腔弯折一段接触，下端面与模腔导出段接触，模腔弯折二段的垂直方向的长度为c，c=0.5a~a；

所述模腔导出段为一等通道型腔，任意横截面均为边长为a的正方形，模腔导出段长度为2a~3a。

所述模腔导入段和模腔导出段均为四棱柱模腔，且二者的中心线同轴。

本发明模具采用模具钢制作。

所述模腔弯折一段的两个正方形端面存在以下几何关系：将两端面投影到一个平面内，两正方形各自的一条对角线共线，两正方形的中心点的连线长度为b，b=                                                a/2~a。

瓣模I和瓣模II依靠螺栓连接定位固定组合成转角挤压通道，挤压杆位于转角挤压通道的模腔导入段，可以自由进出模腔导入段，挤压杆与挤压动力结构相连接，挤压动力结构为现有成熟技术。

本发明提供了一种等通道转角挤压方法，采用上述模具，包括以下步骤：

（1）将第一根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第一根加工坯料沿模腔导入段进入模腔弯折一段；

（2）当第一根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，将第二根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第二根加工坯料沿模腔导入段进入模腔弯折一段；

（3）当第二根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第一根加工坯料从模腔导出段被挤出，完成第一根加工坯料的第一道次转角挤压变形；

（4）再将第一根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第一根加工坯料沿模腔导入段进入模腔弯折一段，当第一根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第二根加工坯料从模腔导出段被挤出，完成第二根加工坯料的第一道次转角挤压变形；

（5）再将第二根加工坯料放入模腔导入段，在挤压杆的作用下，第二根加工坯料沿模腔导入段进入模腔弯折一段，当第二根加工坯料完全进入模腔弯折一段时，第一根加工坯料从模腔导出段被挤出，完成第一根加工坯料的第二道次转角挤压变形；

（6）重复步骤（4）完成第二根加工坯料的第二道次转角挤压变形；

（7）重复步骤（5）完成第一根加工坯料的第三道次转角挤压变形；

（8）依次重复步骤（4）和（5），完成两根加工坯料的多道次转角挤压变形。

所述加工坯料的横截面为边长为a的正方形，加工坯料的长度比模腔导入段的长度短a~2a。