準等徑轉角擠壓模具的製作方法

2023-06-05 18:36:41 3

專利名稱：準等徑轉角擠壓模具的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超細晶材料製備領域，具體地講，涉及一種擠出腔道直徑略小於擠入腔道直徑的準等徑轉角擠壓模具。
背景技術：
近年來，等徑轉角擠壓法製備性能優異的超細晶材料已成為材料研究前沿領域的熱點。等徑轉角擠壓模具由兩個截面相同且以一定角度相貫的圓柱形腔道構成，兩個腔道的內交角為O，外接弧角為W。在坯料擠壓過程中，與腔道緊密配合的坯料在壓力的作用 下向下運動，當其經過兩腔道交截面時會發生近似理想的剪切變形，然後進入下一腔道並被擠出。擠出的坯料因在通過兩個腔道交接處時經歷塑性剪切而變形，因此變形之後坯料內部引入塑性應變。反覆擠壓產生大應變累積(通常高達4-8)，使坯料內位錯密度顯著提高，並由此使坯料獲得明顯的形變強化效果。在隨後高溫加熱過程中擠壓狀態的坯料發生完全再結晶，內部為結構均勻的超細等軸晶組織，繼而實現坯料的晶粒細化。傳統的等徑轉角擠壓模為左右閉合模，模具包括沿型腔中心線縱向剖開的左右兩半模，並且左、右半模通常由螺栓或模套緊固。在傳統等徑轉角擠壓模的實際應用中發現以下缺點(I)擠壓時，為使坯料順利插入腔道，通常坯料與腔道間隙配合，間隙量一般為腔道直徑的3-5%，即初始坯料直徑一般為擠入腔道的95-97%;另一方面，坯料在擠出模口處往往產生所謂「出模膨脹」效應，即坯料的擠出尺寸實際上會略大於相應的模孔尺寸。通常，坯料將產生3%左右的徑向臌脹。事實上，為獲得結構均勻的超細晶材料，常常需要對坯料進行多道次反覆擠壓，道次間坯料的徑向切削加工再所難免，這造成較大程度的坯料損耗，並最終導致反覆擠壓後坯料尺寸過短。(2)在單道次擠壓過程中，坯料在下壓過程中先鐓粗再擠出，鐓粗坯料產生的徑向膨脹施加給鉛直腔道內壁以較大壓應力；坯料在經過型腔轉角處時發生嚴重塑性變形，型腔轉角處應力劇烈集中。這些因素容易導致傳統模具左、右半模之間的間隙脹大甚至型腔畸變，進而造成飛邊、齜料甚至模具分裂等問題。(3)在多道次擠壓過程中，道次間坯料裝卸在所難免。傳統模具因裝卸工序複雜而致使勞動強度大，或因緊固件受力變形而致使脫模困難、甚至坯料破壞。這些因素都易造成不同程度的擠壓效率低下。(4)另外，傳統模具的擠出腔道相對較短，而坯料擠出時上下兩端面出孔速率不同，這就導致擠出坯料在擠出模孔外的部分發生翹曲。翹曲的坯料必須進行校直或切削才能進行後續操作，這也造成了擠壓效率下降和坯料的浪費。

實用新型內容本實用新型的一個目的在於提供一種能夠提高坯料的利用率的準等徑轉角擠壓模具。[0009]本實用新型的另一個目的在於提供一種能夠保證多道次反覆擠壓後坯料尺寸不變的準等徑轉角擠壓模具，即，提供一種能夠有效解決反覆擠壓後坯料尺寸短小的問題的準等徑轉角擠壓模具。本實用新型的另一個目的在於提供一種無需緊固裝置的準等徑轉角擠壓模具。本實用新型的另一目的還在於提供一種能有效解決擠壓坯料翹曲的問題的準等徑轉角擠壓模具。為了 實現上述目的，提供了一種準等徑轉角擠壓模具，所述準等徑轉角擠壓模具包括第一模具、第二模具和擠壓杆，第一模具和第二模具互相結合以形成互相連通的擠入腔道和擠出腔道，其特徵在於，擠出腔道的直徑比擠入腔道的直徑小3%至5%。第一模具是上模具，第二模具是下模具，並且第一模具和第二模具可通過凹凸方式互相結合。擠入腔道可形成在第一模具中，並可沿著豎直方向延伸。擠入腔道可相對於第一模具的中心線偏心。第一模具可具有沿著第一模具的下表面從擠入腔道的下端延伸到第一模具的外側的第一凹槽，在第二模具的上表面上可形成有與第一凹槽相對應的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽可構成所述擠出腔道。擠出腔道相對於擠入腔道可以是垂直的或傾斜的。第一模具和第二模具均可由馬氏體時效剛製成。第一模具和第二模具可左右對稱。根據本實用新型的準等徑轉角擠壓模具加工超細晶材料時，可實現道次間坯料零加工、而且模具結構簡單、裝卸方便，可有效避免擠出材料的收縮和翹曲。

通過下面結合示例性示出一例的附圖進行描述，本實用新型的上述及其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖I是示出根據本實用新型的一個實施例的準等徑轉角擠壓模具的整體裝配視圖；圖2是示出沿圖I中的A-A剖面線進行剖切得到的準等徑轉角擠壓模具的剖視圖；圖3是示出沿圖I中的B-B剖面線進行剖切得到的準等徑轉角擠壓模具的剖視圖。
具體實施方式
以下，參照附圖來詳細說明本實用新型的實施例。如圖I所示，根據本實用新型的準等徑轉角擠壓模具10主要包括擠壓杆(未示出)、上模I和下模2。擠壓腔道的一部分(即，擠入腔道)11形成於上模I中，擠壓腔道的另一部分(即，擠出腔道)12形成於上模I和下模2之間。下面將結合圖2和圖3來描述擠壓腔道的具體結構。如圖2和圖3所示，上模I為凹型模，下模2為凸型模，上模I的凹槽與下模2的凸臺緊密結合(即，上模I和下模2通過凹凸方式互相結合)，以限制上模I和下模2沿坯料的擠出方向相對運動。上模I中形成有沿著上模I的延伸方向豎直地延伸的擠入腔道11以及沿著上模I的下表面從擠入腔道11的下端水平地延伸到上模I的外側的第一凹槽13。在下模2的上表面上形成有與 第一凹槽13相對應的第二凹槽14。如圖1-3所示，擠入腔道11的直徑由Dl表示。當上模I和下模2裝配在一起時，第一凹槽13和第二凹槽14構成擠出腔道12，擠出腔道的直徑由D2表示。優選地，模具中的兩個腔道(即，擠入腔道11和擠出腔道12)的內交角O = 90°，外接弧角W = 30°。優選地，擠出腔道D2的直徑比擠入腔道的直徑Dl小約3-5%，以保證擠出坯料的直徑略小於擠入腔道D1，從而進行下一道次的加工時無需對坯料進行加工修理。以如下一種準等徑轉角擠壓模具為例，模具的擠入腔道的直徑Dl為16mm，擠出腔道D2直徑可為15. 2-15. 5mm,即，後者的直徑比前者直徑小約3_5%，以保證擠出坯料直徑略小於16mm。因此在開始下一道次擠壓前棒料不再需要切削加工，擠壓操作連續性得以提高。擠壓開始時，坯料從上模I的向上的開口處插入，擠壓杆將坯料擠壓到擠入腔道11中，坯料在擠壓杆的擠壓力作用下先鐓粗並逐漸與型腔壁接觸，擠壓繼續進行，擠入腔道11內壁則受到強烈的坯料變形力擠推，坯料與上模I之間的摩擦力迅速增加並與下模2因擠壓而產生的反向彈力在豎直方向的分力相衝抵。最終，在摩擦力的作用下，上模I和下模2仍舊保持緊密配合。實驗證明上模I和下模2之間無需緊固件的固定仍可順利進行擠壓。如圖2所示，擠入腔道11相對於上模I中心線偏心地設置，這樣，可形成儘可能長的擠出腔道12，從而可解決擠壓坯料翹曲的問題。另外，為了製造方便，準等徑轉角擠壓模具10可由材料為馬氏體時效鋼的棒料直接加工形成。通過在上模I中偏心地設置擠入腔道11可減少模具的用料，節省成本。雖然上面的實施例以上模和下模的方式來構成準等徑轉角擠壓模具10，但是本實用新型不限於此，也可應用於背景技術中所提及的左右兩半模具的構造，只要擠出腔道的直徑比擠入腔道的直徑小3-5%，同樣可以實現提高坯料的利用率的效果。另外，雖然在本實用新型的實施例中擠入腔道與擠出腔道是互相垂直的，但本實用新型不限於此，可以對所述兩腔道的交角O在[90°，120° ]區間內進行修改，即，擠出腔道相對於擠入腔道也可以是傾斜的。而且，本實用新型的實施例也不限於直徑為16_的坯料，本領域技術人員可根據需要設計其它尺寸的準等徑轉角擠壓模具。通過對本實用新型的上述實施例的描述，可見本實用新型的目的和特點是克服現有的等徑轉角擠壓模具多道次擠壓坯料道次間損耗量大、擠出後的坯料存在尺寸短小和翹曲的缺點，以及解決裝卸複雜的問題。根據本實用新型的實施例的模具被設計為擠出腔道直徑略小於(3-5% )擠入腔道直徑，在不改變其變形原理的前提下實現坯料擠壓後直徑大體不變(或略小)，進而實現擠壓坯料道次間零加工、零損耗。另外，根據本實用新型的實施例的模具設計沿擠出腔道中心軸上下分模，改變了傳統的縱向分模方式，取消了原有緊固裝置，有效地解決了傳統模具擠壓過程中因緊固件軸向受力過大而造成脫模困難的問題，並有效避免了飛邊、齜料等問題的發生。而且，根據本實用新型的實施例的模具將擠入腔道設計為偏心孔腔，使得與之相貫的擠出腔道長度增加，因而解決了擠壓坯料翹曲的問題，在一定程度上提高了擠壓變形精度和效率。在製造成本方面，該模具用料相對較少，且加工步驟簡單、周期短，故其 製造經濟成本低。本實用新型不限於上述實施例，在不脫離本實用新型範圍的情況下，可以進行各種變形和修改。
權利要求1.一種準等徑轉角擠壓模具，包括第一模具、第二模具和擠壓杆，第一模具和第二模具互相結合以形成互相連通的擠入腔道和擠出腔道，其特徵在於，擠出腔道的直徑比擠入腔道的直徑小3%至5%。
2.如權利要求I所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在於，第一模具是上模具，第二模具是下模具，並且第一模具和第二模具通過凹凸結構互相配合。
3.如權利要求2所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在於，擠入腔道形成在第一模具中，並沿著豎直方向延伸。
4.如權利要求3所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在幹，擠入腔道相對於第一模具的中心線偏心。
5.如權利要求3所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在幹，第一模具具有沿著第一模具的下表面從擠入腔道的下端延伸到第一模具的外側的第一凹槽，在第二模具的上表面上形成有與第一凹槽相對應的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽構成所述擠出腔道。
6.如權利要求3至5中的任一項所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在於，擠出腔道相對於擠入腔道是垂直的或傾斜的。
7.如權利要求1-5中的任一項所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在於，第一模具和第二模具均由馬氏體時效鋼製成。
8.如權利要求I所述的準等徑轉角擠壓模具，其特徵在於，第一模具和第二模具左右對稱。
專利摘要本實用新型公開了一種準等徑轉角擠壓模具，該模具包括第一模具、第二模具和擠壓杆，第一模具和第二模具通過凹凸方式互相結合以形成互相連通的擠入腔道和擠出腔道，擠出腔道的直徑比擠入腔道的直徑小3％至5％。根據本實用新型的準等徑轉角擠壓模具製備超細晶材料時，可實現道次間坯料零加工，而且模具結構簡單、裝卸方便，可有效避免擠出材料的收縮和翹曲。
文檔編號B21C25/02GK202411135SQ20112056469
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉正東, 包漢生, 李密, 楊沐鑫, 楊鋼, 林肇傑, 王立民, 程世長 申請人:鋼鐵研究總院