一種偏軸旋擠模具及其成形材料方法與流程

2023-12-01 00:30:11

本發明屬於材料擠壓技術領域，具體涉及一種偏軸旋擠模具及其成形材料方法。

背景技術：

擠壓方法是對通過衝頭或凸模對凹模中的材料施加壓力，使之產生塑性變形的一種加工方法。材料擠壓過程中，產生三向壓應力，即使是塑性較低的坯料，也可被擠壓成形。基於傳統的擠壓方法，劇烈塑性變形衍生出一系列的新型擠壓方式，例如，等通道擠壓，沙漏擠壓，扭擠等，此外，申請公布號為cn103447341a和cn104475475a的申請專利也在傳統的擠壓變形增加其他變形方式，通過複合變形實現材料的大塑性變形，變形效率更高。

通過大塑性變形實現材料的組織細化和性能提高是當今塑性加工的一個研究方向，採用複合加載方式可有效地提高材料的成形效率，擠壓和扭轉相結合是一種很有潛力的成形方式。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種偏軸旋擠模具及其成形材料的方法，實現材料的擠壓和扭轉相結合的複合成形方式，提高材料的組織的改善和成形的效率。

本發明的偏軸旋擠模具由衝頭和凹模組成。

衝頭為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為d，衝頭的長度為l；

凹模為一圓柱形的柱體，凹模的成形型腔由上至下依次由導入段、偏軸旋擠段、導出段組成；

導入段的橫截面是直徑為d的圓形，導入段的長度為l；

偏軸旋擠段由一級偏軸旋擠段和二級偏軸旋擠段組成；

一級偏軸旋擠段的上端面是直徑為d的大圓形，下端面是直徑為d1的中圓形，一級偏軸旋擠段的長度為l/4，一級偏軸旋擠段上端面的大圓形的圓心和下端面的中圓形的圓心在水平面投影上相差一距離m，一級偏軸旋擠段上端面的大圓形和下端面的中圓形在水平面上發生順時針扭轉，扭轉角為β/2，β為15°～30°；

二級偏軸旋擠段的上端面是直徑為d1的中圓形，下端面是直徑為d2的小圓形，二級偏軸旋擠段的長度為l/4，二級偏軸旋擠段上端面的中圓形和下端面的小圓形在水平面上發生順時針扭轉，扭轉角為β/2；

一級偏軸旋擠段的上端面的大圓形的圓心和二級偏軸旋擠段的下端面的小圓形的圓心在水平面投影上重合；

導出段的橫截面是直徑為d2的圓形，導出段的長度為l/4；

所述d/2＜d2＜d1＜d；

所述m為d2/4～d1/2。

本發明採用上述偏軸旋擠模具成形材料的方法步驟為：

步驟一，準備：清潔偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔，在第一預成形棒材外表面和偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔上塗抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：將第一預成形棒材放置於偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的導入段中，第一預成形棒材的下端面與一級偏軸旋擠段的上端面相接觸，第一預成形棒材的上端面為擠壓端面，衝頭的一端連接到擠壓裝置的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端，與第一預成形棒材的擠壓端面相接觸；

步驟三，擠壓成形：開啟擠壓裝置，衝頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第一預成形棒材，當衝頭的擠壓工作端面與偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的引入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止衝頭的擠壓運行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，衝頭以10～20mm/s的速度提升，當衝頭完全從偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔出來時，將第二預變形棒材放置於偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的導入段中，開啟擠壓裝置，衝頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第二預變形棒材，當衝頭的擠壓端面與偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的引入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止衝頭的擠壓運行，第二預變形棒材會將第一預變形棒材擠出偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔，第一預變形棒材依次經過偏軸旋擠模具的凹模的導入段、偏軸旋擠段、導出段的變形，完成第一預成形棒材的偏軸旋擠變形；

步驟五，成形收尾：開啟擠壓裝置，衝頭以10～20mm/s的速度提升，衝頭完全從偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔出來。

上述偏軸旋擠模具成形材料方法，所述預成形棒材的直徑為d，長度為3l/4。

本發明採用的偏軸旋擠成形的技術方案，可實現棒材的擠壓與扭轉剪切相結合的複合成形方式。棒材受到模具成形型腔的限制，處於強烈的三向壓應力狀態，在剪切應力的作用下，材料的內部組織發生擠壓變形和扭轉變形，材料能夠獲得比傳統單純擠壓成形更大的變形程度，有利於細化材料組織和提高材料性能。

本發明提供的一種用於棒材的偏軸旋擠模具及其成形材料方法，帶來的有益效果：本發明具有變形效果好，速度快，效率高的優點，極大地改善了材料內部的應力應變分布，同時提高了材料綜合性能。該發明設計合理可靠，具有成形方法簡單，操作簡便等優點，有利於提高生產效率。

附圖說明

圖1是偏軸旋擠模具的結構示意圖；

圖2是偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔結構示意圖；

圖3是偏軸旋擠段結構示意圖；

圖4是偏軸旋擠段的空間幾何關係圖；

圖5是偏軸旋擠段的水平投影圖；

圖中：1.衝頭，2.凹模，3.引入段，4.偏軸旋擠段，5.引出段，6.一級偏軸旋擠段，7.二級偏軸旋擠段。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限於以下實施例。

實施例：偏軸旋擠模具及其成形材料方法

圖1～3示出了偏軸旋擠模具的結構，由衝頭1和凹模2組成。

衝頭1為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為20mm，衝頭1的長度為80mm；

凹模2為一圓柱形的柱體，凹模2的成形型腔由上至下依次由導入段3、偏軸旋擠段4、導出段5組成；

導入段3的橫截面是直徑為20mm的圓形，導入段3的長度為80mm；

偏軸旋擠段4由一級偏軸旋擠段6和二級偏軸旋擠段7組成；

一級偏軸旋擠段6的上端面是直徑為20mm的大圓形，下端面是直徑為18mm的中圓形，一級偏軸旋擠段6的長度為20mm，一級偏軸旋擠段6上端面的大圓形的圓心和下端面的中圓形的圓心在水平面投影上相差一距離8mm，一級偏軸旋擠段6上端面的大圓形和下端面的中圓形在水平面上發生順時針扭轉，扭轉角為10°；

二級偏軸旋擠段7的上端面是直徑為18mm的中圓形，下端面是直徑為16mm的小圓形，二級偏軸旋擠段7的長度為20mm，二級偏軸旋擠段7上端面的中圓形和下端面的小圓形在水平面上發生順時針扭轉，扭轉角為10°；

一級偏軸旋擠段6的上端面的大圓形的圓心和二級偏軸旋擠段7的下端面的小圓形的圓心在水平面投影上重合；

導出段5的橫截面是直徑為16mm的圓形，導出段5的長度為20mm。

本發明採用上述偏軸旋擠模具成形材料的方法步驟為：

步驟一，準備：清潔偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔，在第一預成形棒材外表面和偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔上塗抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：將第一預成形棒材放置於偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的導入段3中，第一預成形棒材的下端面與一級偏軸旋擠段6的上端面相接觸，第一預成形棒材的上端面為擠壓端面，衝頭1的一端連接到擠壓裝置的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端，與第一預成形棒材的擠壓端面相接觸；

步驟三，擠壓成形：開啟擠壓裝置，衝頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第一預成形棒材，當衝頭1的擠壓工作端面與偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的引入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止衝頭1的擠壓運行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，衝頭1以15mm/s的速度提升，當衝頭1完全從偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔出來時，將第二預變形棒材放置於偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的導入段3中，開啟擠壓裝置，衝頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第二預變形棒材，當衝頭1的擠壓端面與偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的引入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止衝頭1的擠壓運行，第二預變形棒材會將第一預變形棒材擠出偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔，第一預變形棒材依次經過偏軸旋擠模具的凹模2的導入段3、偏軸旋擠段4、導出段5的變形，完成第一預成形棒材的偏軸旋擠變形；

步驟五，成形收尾：開啟擠壓裝置，衝頭1以15mm/s的速度提升，衝頭1完全從偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔出來。

上述偏軸旋擠模具成形材料方法，所述預成形棒材的直徑為20mm，長度為60mm。

本發明的目的在於提出了一種簡單易操作的用於棒材材料的偏軸旋擠模具及其成形材料方法，可實現棒材的擠壓與扭轉剪切相結合的複合成形方式，具有變形效果好，速度快，效率高的優點，可滿足材料科學工程中科研和生產的需求。通過更改模具的形狀和尺寸，具體實施方式不變，滿足不同棒材的成形要求，更多的成形實施例不便勝舉。