[发明专利]一种复杂截面U型板件的模压大塑性变形模具、使用方法

说明书

本发明公开了一种复杂截面U型板件的模压大塑性变形模具、使用方法，所述上模和下模的顶面具有啮合齿，底面为平面，所述上模和下模具有啮合齿的一面相互啮合为一副压平模，两副压弯模具的啮合齿的齿型相互错开，所述上模和下模的啮合齿分别具有侧边平面齿、斜面齿、曲面齿和圆弧平面齿，所述上模和下模的U型侧边上交替设置侧边平面齿和斜面齿，所述上模和下模的U型底部的圆弧过渡处交替设置曲面齿和圆弧平面齿。本发明模具形式的巧妙设计使得实施过程中不再需要旋转坯料，突破了传统模压需要对坯料进行旋转，只能对方形等规则截面板件实施大变形的限制，能够实现复杂形状板件的模压大塑性变形。

技术领域

本发明涉及一种模具设计技术，尤其涉及的是一种复杂截面U型板件的模压大塑性变形模具、使用方法。

背景技术

目前聚变堆包层第一壁的结构设计采用的是U型壁方案，U型壁上设计了矩形冷却管道，第一壁作为包层结构中面向高温等离子体的部件，要直接承受来自等离子体的高热负载和强中子壁负载，所处的环境十分恶劣，其结构安全可靠性直接影响着整个包层模块的正常运行，而U型壁的设计形式和严苛的服役环境无疑对第一壁的使用性能及加工工艺提出了更高的要求。

大塑性变形是在20世纪70年代末发展起来的先进塑性成形工艺方法，可以在保证材料外形尺寸基本不发生变化的前提下，引入大量的塑性应变来达到细化晶粒的目的，进而制备出性能优异的超细晶材料。传统的大塑性变形工艺如高压扭转、等径角挤压、多向锻造等仍存在所制备的材料组织结构不均匀以及生产效率低、材料尺寸规格有限、成本高、工艺路线复杂等缺陷，且多针对小尺寸块体材料，只有累积叠轧焊接和反复折弯-压直工艺适用于超细晶板材的制备，由于累积叠轧焊接存在工艺条件要求苛刻，反复折弯-压直存在变形效果不足等缺点，其在制备大体积超细晶金属板材的实际应用上受到了较大的限制。

模压大塑性变形工艺作为一种较新的工艺方法，通过齿面局部加载的方式在板材局部渐次累积剪切大塑性变形，克服了传统大塑性变形工艺难以制备大尺寸超细晶板材的缺点，且变形过程中齿面作用区材料发生剪切塑性流动，更容易累积足够的等效应变而实现材料的组织细化与性能改善，其工艺过程相对简单，对设备要求较低，具有良好的工业应用前景。然而，传统的模压工艺模具主要由一副压弯模和一副压平模组成，使用过程中需要将变形坯料进行一定角度的旋转以累积均匀的剪切变形，对坯料的轮廓形状有较高要求，主要应用于方形等规则截面板坯的制备，其模具结构与形式限制了该工艺在复杂形状板件上的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何在坯料不旋转的前提下实现大的塑性变形，提供了一种复杂截面U型板件的模压大塑性变形模具、使用方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明是一种复杂截面U型板件的模压大塑性变形模具，包括两副配合使用的U型压弯模具，每副压弯模具包括上模和下模，所述上模和下模的顶面具有啮合齿，底面为平面，所述上模和下模具有啮合齿的一面相互啮合为一副压平模，两副压弯模具的啮合齿的齿型相互错开，所述上模和下模的啮合齿分别具有侧边平面齿、斜面齿、圆弧平面齿和曲面齿，所述上模和下模的U型侧边上交替设置侧边平面齿和斜面齿，所述上模和下模的U型底部的圆弧过渡处交替设置曲面齿和圆弧平面齿。

每副压弯模具中，侧边平面齿和圆弧平面齿分别平行于上模和下模的底面设置，所述斜面齿与上模和下模的底面倾斜设置。

所述斜面齿与上模和下模的底面夹角为45°或135°。

斜面齿的倾斜角度决定着同样工艺下变形量大小，倾角太小，单道次累计应变小；倾角太大，在压平阶段容易产生折叠缺陷；既考虑变形量又考虑成形质量，选择角度45°。

每副压弯模具中，两侧每块侧边平面齿和斜面齿的投影面积相等。

所述侧边平面齿在上模或下模底面的投影为矩形，所述圆弧平面齿在上模或下模底面的投影为扇形或矩形。