[发明专利]一种集成挤压与C方式等通道转角挤压剪切变形的大应变模具

说明书

一种集成挤压与C方式等通道转角挤压剪切变形的大应变模具，包括上模座（7）、凸模固定板（9）、导向杆（5）、凸模（10）、导向套（4）、前模芯（12）、后模芯（16）、凹模套（13）、垫块（14）和下模座（2）。其特征是前模芯（12）和后模芯（16）中的型腔由四部分组成，第一部分为一段圆柱；第二部分为锥形变径孔；第三部分为三段依次相交的圆柱等通道，三段圆弧相交的内交角为Φ；第四部分为便于材料出模的圆柱。本发明综合了挤压技术和等通道转角挤压技术两者的优点，能对金属材料实施高效、连续、平稳、表面平整并对晶体取向有强的调控功能的均匀大应变变形加工。

技术领域

本发明涉及一种金属材料的大应变变形加工模具，尤其是一种集成挤压和等通道转角挤压剪切变形改变型材组织结构和性能的加工模具，具体地说是一种基于挤压和等通道转角挤压剪切变形得到对大型材料能连续加工并获得高性能材料的大应变加工模具。

背景技术

挤压技术是我国目前实现高效大应变加工的技术之一，在我国金属材料制造业已广为应用。这种技术具有连续生产和三向压应力且能有效压合材料疏松，气孔等缺陷的特征，但其存在着剪切应变小且变形方向单一、组织细化程度低、对材料晶体取向的调控能力差等缺点。

等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP）技术现已发展成为制备高性能金属材料的一个重要方法。ECAP工艺具有独特的优点：可以产生大的剪切应变、能产生均匀的变形、能获得不同的组织结构、能高效细化材料组织与夹杂物、消除孔洞缺陷的特点，而且加工出来的材料具有几何形状基本保持不变、塑性好、成形性能好、抗腐蚀性好、疲劳性能好、强度高、超精密切削及阳极氧化表面质量高等许多性能。但是传统的ECAP模具是不连续的，且存在工件尺寸小，极大地阻碍了ECAP技术的产业化应用，因此，要在工业上推广应用ECAP技术，必须处理好在获得较大应变的同时必须进行连续生产。

因此，结合挤压技术和ECAP的特性，设计一种结合二者优点、弥补二者缺点的新型大应变模具，即一种集成挤压与等通道转角挤压剪切变形的大应变模具。该模具综合了挤压技术的工件尺寸大、驱动力大、连续生产和有效压合材料疏松、气孔等缺陷的特征和ECAP技术的剪切应变大、对晶体取向调控能力大、组织细化程度高的特征，同时由于挤压技术与ECAP在剪切应变方向有很大的差异，因此增加了该技术的大应变效果。同时随着ECAP加工道次次数的不断增大，被加工试样的累积变形量也会随之不断增大，试样的晶粒也将得到不断细化。材料经ECAP-C方式挤压时，由于每两道次产生的变形方向相反，因此经偶数次挤压后，材料的晶粒将变为等轴状，能获得比较均匀的组织结构。综上，集成挤压与C方式等通道转角挤压剪切变形模具能对金属材料实施高效、连续、平稳、低能耗并对晶体取向有强的调控功能的大应变变形加工。经查阅国内外未发现有相同的技术、设备及相关研究，也没有一种可供实际工业生产使用的模具可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的等通道转角挤压加工技术不能连续生产而难以实现工业化生产和获得更大的应变量的问题，设计一种能连续生产，同时获得组织均匀大应变材料的模具，以实现集成挤压和ECAP两道次加工大幅度改变材料的组织和提升金属材料的性能并实现工业化生产提供必需的装备。

本发明的技术方案是：

一种集成挤压与C方式等通道转角挤压剪切变形的大应变模具，包括上模座7、凸模固定板9、导向杆5、凸模10、导向套4、前模芯12、后模芯16、凹模套13、垫块14和下模座2。其特征是前模芯12和后模芯16中的型腔由四部分组成，第一部分为一段圆柱长度L1，直径D1；第二部分为锥形变径孔高度L2；第三部分为三段依次相交的圆柱长度分别为L3、L4和L5，直径为D2等通道，三段圆弧相交的内交角为Φ；第四部分为便于材料出模的圆柱长度L6，直径D3；另外加工的零件的尺寸长度L7。所说的C方式是指：工件每道次等通道转角加工完成后，在下道次等通道转角加工前，将工件绕轴线转动180°。