一種用於製備超細晶材料的擠壓裝置的製作方法

2023-05-14 23:39:16 1

專利名稱：一種用於製備超細晶材料的擠壓裝置的製作方法
技術領域：
一種用於製備超細晶材料的擠壓裝置
一、 技術領域-
本發明屬於材料擠壓裝置，具體說是一種用於製備超細晶材料的擠壓裝置。
二、 背景技術-
20世紀80年代由前蘇聯科學家Segal提出等徑通道擠壓技術(Equal Channel Angle Pressing/Extrusion,簡稱ECAP/E)，利用該技術他們對材料進行多次加工從而獲得特殊 的變形織構。ECAP/E方法採用的模具是由兩個等截面通道相互交截而成的，這兩個 通道的截面幾何形狀完全相同，按照一定的角度完全連接。擠壓過程中，將與模具尺 寸緊密配合併與通道壁潤滑良好的試樣放入通道，用帶有衝頭的液壓機向下擠壓試樣， 當試樣經過兩通道的交角時，試樣就會產生近似於純剪切的變形。進入20世紀90年 代後，Valiev發現利用該技術可以使材料產生大應變從而細化多晶材料的晶粒。由於 模具的幾何特點，擠壓過程中試樣的橫截面形狀和面積都不會發生改變，因此可以反 復擠壓，使試樣經過多次擠壓後的變形可以累加到相當大的總應變量，晶粒尺寸將被 細化到亞微米級甚至納米量級(當晶粒平均尺寸在100nm~lpm範圍內時通常稱為超 細晶材料(Ultrafme Grained, UFG))。與其他一些製備超細晶材料的方法相比，該方 法克服了其他方法帶來的材料緻密度差、缺陷多、易汙染、組分要求嚴格等缺點，工 藝要求簡單，以獲得潔淨的超細晶材料。
採用ECAP/E方法獲得超細晶材料的關鍵在於設計加工合適的擠壓裝置。特別是 擠壓長徑比較大的試樣時，由於擠壓凸模較長，為了防止擠壓過程中其傾斜導致的擠 壓凸模折斷，需要為擠壓裝置配置具有導柱、導套的模架實施導向，或要求擠壓試驗 機的導向機構具有很高的精度，這就大大地增加了實驗的成本。
三、 發明內容
為克服現有技術中擠壓裝置因導向要求而帶來的成本高的缺點，本發明提出一種 用於製備超細晶材料的擠壓裝置。
本發明包括同軸安裝的凹模、凸模，擠壓衝頭、凹模外套和上壓板。其中，凹模 置於凹模外套內，頂部露出凹模外套，並使擠壓孔與出料孔的位置相對應；上壓板套 壓在凹模上，並通過緊固螺釘固定在凹模外套的上表面。將凸模的擠壓部分裝入凹模 細長孔內，凸模頂端的導向頭處於上壓板的導向套通孔內。擠壓衝頭位於上壓板的導
向套通孔內，且壓在凸模的頂端端面；擠壓衝頭的頂部露在上壓板外。
凸模頂端為導向頭，與上壓板的導向套通孔之間間隙配合；凸模的擠壓部分與凹
模內孔之間間隙配合，長度略大於凹模中心細長孔的深度。凸模的頂部加工有螺紋孔。 凹模外套的中心有凹模的安裝孔，該安裝孔的直徑同凹模的外徑，深度小於凹模
的高度，孔底部的中心開有通孔；凹模外套的一側壁的中部開有出料孔，該出料孔的 位置與凹模上的擠壓孔的位置相對應。凹模外套的壁上有螺紋緊固孔。
凹模的中心有與凸模擠壓部分相配合的孔；在孔底部的凹模側壁上，有一貫通凹 模壁的擠壓孔，該擠壓孔與凹模外套上的側壁中部的出料孔相接，橫截面尺寸與凹模 中心細長孔的橫截面尺寸相同。
上壓板包括基座和導向套，為階梯狀的中空結構；基座的外徑同凹模外套的外徑， 表面上環圓周均布有連接孔和導向杆的加強筋板。導向套位於基座之上。導向套內孔 和基座內孔的上部分均與凸模導向頭間隙配合，這兩部分內孔的總深度大於凸模的總 長度；基座內孔的下部分與凹模配合安裝，該部分基座內孔的深度略小於凹模外露在 凹模外套外的高度。
擠壓衝頭為軸向剖面為"T"字形的圓柱體，其下部為與上壓板的導向套通孔相 配合的圓柱，長度大於導向套部分通孔深度。
為了將凹模壓緊，通過上壓板和凹模外套上對應分布的連接孔將上壓板和凹模外 套固連為一體。同時為了防止使用過程中凹模在凹模外套中轉動，通過凹模外套壁上 的緊固孔固定凹模。
為了便於向凹模內裝入擠壓試樣，本發明還設計一個圓筒形裝料輔具，該輔具的 外徑與導向套的通孔內徑相配合，內徑與凹模中心的直孔內徑相同，長度大於上壓板 的導向套通孔的深度。
與現有技術相比，本發明的上壓板具有導向作用，因而無需為擠壓裝置單獨設計 導向機構，也不需要精度很高的擠壓試驗機，從而達到了降低擠壓裝置成本的目的， 同時也具有設計原理簡單、容易實現、操作簡便、試驗過程安全的特點。


附圖1是用於製備超細晶材料的擠壓裝置的結構示意圖。 附圖2是上壓板的俯視圖。
附圖3是上壓板的剖視圖。其中-
I. 擠壓衝頭2.上壓板 3.緊固螺栓 4.凹模 5.試樣
6.凸模 7.凹模緊固螺釘8.凹模外套 9.裝料頂杆 10.裝料輔具
II. 拔出螺栓
五具體實施方式
如圖1所示，用於超細晶材料的擠壓裝置包括凸模6、凹模4、凹模外套8、上壓 板2、試樣5、擠壓衝頭l、緊固螺栓4、凹模緊固螺釘7、裝料輔具IO、裝料頂杆9 和拔出螺栓ll。
凸模6為圓形的杆狀，頂端為導向頭，其直徑小於上壓板導向套的內徑，並且兩 者之間間隙配合，長度略大於凹模中心細長孔的深度；導向頭以下的擠壓杆是凸模6 的擠壓杆，其直徑亦略小於凹模內孔的直徑，兩者之間間隙配合。為了便於使用時將 凸模6由上壓板2和凹模4中取出，在凸模6頂端中心有一個螺紋孔。
凹模外套8為圓形，其中心為凹模4的安裝孔，該安裝孔的直徑同凹模4的外徑， 深度小於凹模4的高度；孔底部的中心開有直徑為安裝孔直徑二分之一的通孔；凹模 外套的一側壁的中部開有一斜開的出料孔，該出料孔的位置與凹模4上的擠壓孔的位 置相對應，直徑亦大於擠壓孔。在凹模外套8另一側側壁中部有凹模緊固螺釘的孔。
凹模4為圓柱形，其中心有一個與凸模6擠壓部分相配合的細長孔；在孔底部的 凹模側壁上，有一貫通凹模壁的斜開的擠壓孔，該擠壓孔與凹模外套8上的側壁中部 的出料孔相接，橫截面尺寸與凹模4中心細長孔的橫截面尺寸相同。由於凹模外套8 直孔的深度小於凹模4的高度，因此凹模4上部外露在凹模外套8外。
為便於取出凸模6，採用普通螺栓作為拔出螺栓ll，其螺紋與凸模6頂部螺紋孔 相配合，長度大於上壓板2頂部通孔的深度，它用來將凸模6由凹模4和上壓板2中 拔出。
如圖2、 3所示，上壓板2為有內孔的階梯狀圓柱，其軸向剖面為下邊大、上邊小 的"T"字形，其大直徑端為上壓板2的基座，小直徑端為凸模6的導向套。上壓板 基座的外徑同凹模外套8的外徑，基座的表面上環圓周均布有四個緊固螺栓的連接孔 和四個導向套的加強筋板。
上壓板2的內孔亦為階梯狀導向套內孔和基座內孔的上部分均與凸模導向頭間
隙配合，這兩部分內孔的總長度大於凸模的總長度；基座內孔的下部分與凹模4過盈 配合，該部分基座內孔的深度略小於凹模4外露在凹模外套8外的高度；
擠壓衝頭1為軸向剖面為"T"字形的圓柱體，其下部為與上壓板2的導向套通 孔相配合的圓柱，長度大於導向套部分通孔深度。
為了將凹模4壓緊，上壓板2和凹模外套8上分別開有對稱分布的螺栓通孔和內 螺紋，用緊固螺栓3將上壓板2和凹模外套8固連為一體。同時為了防止使用過程中 凹模4在凹模外套8中轉動，凹模外套8壁上開有緊固孔，該緊固孔側壁為內螺紋， 凹模緊固螺釘7擰入該緊固孔後可以頂緊凹模4，從而起到防止其轉動的作用。
圓筒形裝料輔具10的外徑與上壓板2上階梯部分的通孔內徑相配合，內徑與凹模 4中心的直孔內徑相同，長度大於上壓板2的上階梯部分的通孔的深度。
將凹模4置於凹模外套8內，頂部露出凹模外套8，並使擠壓孔與出料孔的位置 相對應；上壓板2套壓在凹模4上，並通過緊固螺釘固定在凹模外套8的上表面。將 凸模6的擠壓部分裝入凹模4細長孔內，凸模頂端的導向頭處於上壓板2的導向孔內。 擠壓衝頭1位於上壓板2的導向孔內，且壓在凸模6的頂端端面；擠壓衝頭l的頂部 露在上壓板2外。
試樣5的長度略短於凹模4中心直孔深度，橫截面尺寸與凹模4中心直孔相配合。
權利要求1.一種用於超細晶材料的擠壓裝置，包括擠壓模具和擠壓衝頭，其特徵在於還包括凹模外套和上壓板，擠壓模具包括同軸安裝的凹模和凸模；其中，凹模置於凹模外套內，頂部露出凹模外套，並使擠壓孔與出料孔的位置相對應；上壓板(2)套壓在凹模(6)上，並通過緊固螺釘固定在凹模外套的上表面；凸模的擠壓部分裝入凹模細長孔內，凸模頂端的導向頭處於上壓板的導向套通孔內；擠壓衝頭(1)位於上壓板(2)的導向套通孔內，其下端壓在凸模(6)頂端的端面；
2. 如權利要求l所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於凸模(6)包括導向頭 和擠壓杆；凸模(6)頂端的導向頭與上壓板(2)的導向套通孔之間間隙配合，擠 壓杆與凹模(4)內孔之間間隙配合，長度略大於凹模中心細長孔的深度。
3. 如權利要求l所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於凹模外套(8)的中心 有凹模(4)的安裝孔，該安裝孔的直徑同凹模的外徑，深度小於凹模的高度，孔 底部的中心開有通孔；凹模外套的一側壁的中部開有出料孔，該出料孔的位置與凹 模上的擠壓孔的位置相對應。凹模外套的壁上有螺紋緊固孔。
4. 如權利要求1所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於凹模(4)的中心有與 凸模(6)擠壓部分相配合的孔；在孔底部的凹模側壁上，有貫通凹模壁的擠壓孔， 該擠壓孔與凹模外套(8)上的側壁中部的出料孔相接，橫截面尺寸與凹模中心細 長孔的橫截面尺寸相同。
5. 如權利要求l所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於上壓板(2)的內孔為"T"字形，並且小內徑孔與凸模(6)的導向頭間隙配合，大內徑孔套在凹模(4) 上；
6. 如權利要求l所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於擠壓衝頭(1)為軸向 剖面為"T"字形的圓柱體，其下部為與上壓板的導向套通孔相配合的圓柱，長度 大於導向套部分通孔深度。
7. 如權利要求l所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於將上壓板(2)和凹模 外套(8)固連為一體；通過凹模外套壁上的緊固孔固定凹模(4)。
8. 如權利要求5所述用於超細晶材料的擠壓裝置，其特徵在於上壓板(2)與凸模(6) 的導向頭配合部分內孔的總深度大於凸模的總長度，與凹模(4)配合部分內孔深 度略小於凹模外露在凹模外套外的高度。
專利摘要本實用新型是一種用於超細晶材料的擠壓裝置，包括同軸安裝的凹模(4)、凸模(6)，擠壓衝頭(1)、凹模外套(8)和上壓板(2)。凹模(4)置於凹模外套(8)內，頂部露出凹模外套，並使擠壓孔與出料孔的位置相對應；上壓板(2)套壓在凹模(4)上，並固定在凹模外套(8)的上表面。將凸模(6)的擠壓部分裝入凹模(4)內，凸模(6)頂端的導向頭處於上壓板(2)的導向套通孔內。擠壓衝頭(1)位於上壓板的通孔內，且壓在凸模(6)的頂端端面。本發明無需為擠壓裝置單獨設計導向機構和精度很高的擠壓試驗機，從而達到了降低擠壓裝置成本的目的，具有設計原理簡單、容易實現、操作簡便、試驗過程安全的特點。
文檔編號B21C23/00GK201186305SQ200820029000
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月30日 優先權日2008年4月30日
發明者李玉龍, 濤 索, 峰 趙, 郝江南, 郭偉國 申請人:西北工業大學