[发明专利]一种制备超细晶杯形件的旋转反挤压装置与方法

说明书

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备超细晶杯形件的旋转反挤压装置与方法，包括凸模固定座、反挤压凸模、挤压筒、垫块、顶杆、下模板；反挤压凸模外表面设置有螺旋状凸台，反挤压凸模上端与凸模固定座相连，反挤压凸模设置于挤压筒中；挤压筒中心开设有圆形通孔；垫块置于挤压筒中，垫块上表面设有螺旋状凹槽，垫块下端设置有多边形状凸台；下模板中心开设有多边形通孔；顶杆形状为一多边形，置于下模板的通孔中，下模板通过螺栓与挤压筒相连，下模板通过螺栓固定在压力机工作台上；坯料放置于挤压筒中，坯料置于垫块与反挤压凸模之间。该方法具有剪切变形程度大、凸模轴向载荷小、成形效率高、成形质量好的特点。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备超细晶杯形件的旋转反挤压装置与方法。

背景技术

杯形件是工业生产中的常见产品，近年来对高性能杯形件的需求日益增加。反挤压是用来制备杯形件的常规技术，但常规反挤压很难在材料中获得具有大角度晶界的超细晶组织，从而影响了材料性能的充分挖掘，而且，常规反挤压时，凸模与材料之间的摩擦力阻碍材料向外流动，造成作用在凸模的轴向载荷增大，对设备及模具材料的要求提高，同时由于摩擦的作用也极易造成杯形件变形不均匀，造成不同部位力学性能的差异，影响零件的使用。

剧烈塑性变形（SPD）通过对块体材料施加大变形制备出具有大角度晶界的超细晶组织，是制备块体超细晶材料最为有效的方法，高压扭转是最常见的剧烈塑性变形方法之一，扭转引起的剪切变形是使材料组织细化的主要原因，因此，将扭转变形引入到材料的变形过程是当前剧烈塑性变形技术发展的方向之一。

经过对现有技术文献的检索发现，Fadi Abu-Farha在《Scripta Materialia》（2012，66：615-618）上发表的“A preliminary study on the feasibility of frictionstir back extrusion”一文中首次提出了搅拌摩擦反挤压（FSBE）技术，通过一旋转的压头对工件施加载荷，高速旋转的压头与工件接触后通过摩擦使接触工件部位温度明显提高，降低工件变形抗力，在压头下压的作用下，实现管材连续反挤压过程。该技术的优点是在反挤压的同时通过压头的旋转使工件内壁相对于外壁产生剪切变形，细化材料组织。该技术的不足是由于旋转速度高，工件温升较高，通过塑性变形细化的材料组织在较高的温度下发生动态回复或再结晶甚至是晶粒长大，降低了组织细化效果。由于管材内壁相对于外壁的旋转是在模具和工件之间摩擦的作用下完成的，管材相对于挤压筒和压头之间会产生明显滑动，且材料反向流动与压头间的摩擦力阻碍了管材的成形，使压头承受的轴向载荷增加，模具冲头下端采用“扇叶”形结构凸台，挤压时凸台同时进行旋转，“扇叶”形结构凸台有利于增大剪切变形程度，降低变形载荷。

现有的技术通过在凸模底面设置一个梯形截面凹槽，利用梯形凹槽内的金属形成对整个金属的扭转，有利于降低变形载荷，但是流过冲头拐角边缘时仍存在较大的摩擦阻力，杯形件侧壁一旦成形后几乎不再产生变形，附加的剪切变形程度相对较小。因此，开发一种可以产生更大程度剪切变形的装置及方法具有重要意义。

发明内容

针对现有背景技术的不足，本发明提供了一种制备超细晶杯形件的旋转反挤压装置与方法，采用带螺旋凸台的反挤压凸模，加速了材料组织的细化过程，垫块上表面开设了螺旋状凹槽，减小旋转挤压时坯料相对于挤压筒的相对转动，提高了旋转反挤压变形的效率。

本发明采用的具体技术方案如下：一种制备超细晶杯形件的旋转反挤压装置，包括凸模固定座、反挤压凸模、挤压筒、垫块、顶杆、下模板；反挤压凸模外表面设置有螺旋状凸台，反挤压凸模上端与凸模固定座相连，反挤压凸模设置于挤压筒中；挤压筒中心开设有圆形通孔；垫块置于挤压筒中，垫块上表面设有螺旋状凹槽，垫块下端设置有多边形状凸台；下模板中心开设有多边形通孔；顶杆形状为一多边形，置于下模板的通孔中，下模板通过螺栓与挤压筒相连，下模板通过螺栓固定在压力机工作台上；坯料放置于挤压筒中，坯料置于垫块与反挤压凸模之间。