本發(fā)明屬于材料擠壓技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

擠壓方法是對(duì)通過(guò)沖頭或凸模對(duì)凹模中的材料施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形的一種加工方法。材料擠壓過(guò)程中，產(chǎn)生三向壓應(yīng)力，即使是塑性較低的坯料，也可被擠壓成形?；趥鹘y(tǒng)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(qǐng)公布號(hào)為cn103447341a和cn104475475a的申請(qǐng)專利也在傳統(tǒng)的擠壓變形增加其他變形方式，通過(guò)復(fù)合變形實(shí)現(xiàn)材料的大塑性變形，變形效率更高。

通過(guò)大塑性變形實(shí)現(xiàn)材料的組織細(xì)化和性能提高是當(dāng)今塑性加工的一個(gè)研究方向，采用復(fù)合加載方式可有效地提高材料的成形效率，擠壓和扭轉(zhuǎn)相結(jié)合是一種很有潛力的成形方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種偏軸旋擠模具及其成形材料的方法，實(shí)現(xiàn)材料的擠壓和扭轉(zhuǎn)相結(jié)合的復(fù)合成形方式，提高材料的組織的改善和成形的效率。

本發(fā)明的偏軸旋擠模具由沖頭和凹模組成。

沖頭為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為d，沖頭的長(zhǎng)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(dǎo)入段、偏軸旋擠段、導(dǎo)出段組成；

導(dǎo)入段的橫截面是直徑為d的圓形，導(dǎo)入段的長(zhǎng)度為l；

偏軸旋擠段由一級(jí)偏軸旋擠段和二級(jí)偏軸旋擠段組成；

一級(jí)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(jí)偏軸旋擠段的長(zhǎng)度為l/4，一級(jí)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(jí)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(fā)生順時(shí)針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角為β/2，β為15°～30°；

二級(jí)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(jí)偏軸旋擠段的長(zhǎng)度為l/4，二級(jí)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(fā)生順時(shí)針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角為β/2；

一級(jí)偏軸旋擠段的上端面的大圓形的圓心和二級(jí)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(dǎo)出段的橫截面是直徑為d2的圓形，導(dǎo)出段的長(zhǎng)度為l/4；

所述d/2＜d2＜d1＜d；

所述m為d2/4～d1/2。

本發(fā)明采用上述偏軸旋擠模具成形材料的方法步驟為：

步驟一，準(zhǔn)備：清潔偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔，在第一預(yù)成形棒材外表面和偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔上涂抹擠壓潤(rùn)滑劑；

步驟二，裝配：將第一預(yù)成形棒材放置于偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的導(dǎo)入段中，第一預(yù)成形棒材的下端面與一級(jí)偏軸旋擠段的上端面相接觸，第一預(yù)成形棒材的上端面為擠壓端面，沖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(yù)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，沖頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第一預(yù)成形棒材，當(dāng)沖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(shí)，關(guān)閉擠壓裝置，停止沖頭的擠壓運(yùn)行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，沖頭以10～20mm/s的速度提升，當(dāng)沖頭完全從偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔出來(lái)時(shí)，將第二預(yù)變形棒材放置于偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔的導(dǎo)入段中，開啟擠壓裝置，沖頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第二預(yù)變形棒材，當(dāng)沖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(shí)，關(guān)閉擠壓裝置，停止沖頭的擠壓運(yùn)行，第二預(yù)變形棒材會(huì)將第一預(yù)變形棒材擠出偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔，第一預(yù)變形棒材依次經(jīng)過(guò)偏軸旋擠模具的凹模的導(dǎo)入段、偏軸旋擠段、導(dǎo)出段的變形，完成第一預(yù)成形棒材的偏軸旋擠變形；

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

上述偏軸旋擠模具成形材料方法，所述預(yù)成形棒材的直徑為d，長(zhǎng)度為3l/4。

本發(fā)明采用的偏軸旋擠成形的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)棒材的擠壓與扭轉(zhuǎn)剪切相結(jié)合的復(fù)合成形方式。棒材受到模具成形型腔的限制，處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，在剪切應(yīng)力的作用下，材料的內(nèi)部組織發(fā)生擠壓變形和扭轉(zhuǎn)變形，材料能夠獲得比傳統(tǒng)單純擠壓成形更大的變形程度，有利于細(xì)化材料組織和提高材料性能。

本發(fā)明提供的一種用于棒材的偏軸旋擠模具及其成形材料方法，帶來(lái)的有益效果：本發(fā)明具有變形效果好，速度快，效率高的優(yōu)點(diǎn)，極大地改善了材料內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布，同時(shí)提高了材料綜合性能。該發(fā)明設(shè)計(jì)合理可靠，具有成形方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是偏軸旋擠模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是偏軸旋擠模具的凹模的成形型腔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是偏軸旋擠段結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是偏軸旋擠段的空間幾何關(guān)系圖；

圖5是偏軸旋擠段的水平投影圖；

圖中：1.沖頭，2.凹模，3.引入段，4.偏軸旋擠段，5.引出段，6.一級(jí)偏軸旋擠段，7.二級(jí)偏軸旋擠段。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)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(jié)構(gòu)，由沖頭1和凹模2組成。

沖頭1為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為20mm，沖頭1的長(zhǎng)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(dǎo)入段3、偏軸旋擠段4、導(dǎo)出段5組成；

導(dǎo)入段3的橫截面是直徑為20mm的圓形，導(dǎo)入段3的長(zhǎng)度為80mm；

偏軸旋擠段4由一級(jí)偏軸旋擠段6和二級(jí)偏軸旋擠段7組成；

一級(jí)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(jí)偏軸旋擠段6的長(zhǎng)度為20mm，一級(jí)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(jí)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(fā)生順時(shí)針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角為10°；

二級(jí)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(jí)偏軸旋擠段7的長(zhǎng)度為20mm，二級(jí)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(fā)生順時(shí)針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角為10°；

一級(jí)偏軸旋擠段6的上端面的大圓形的圓心和二級(jí)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(dǎo)出段5的橫截面是直徑為16mm的圓形，導(dǎo)出段5的長(zhǎng)度為20mm。

本發(fā)明采用上述偏軸旋擠模具成形材料的方法步驟為：

步驟一，準(zhǔn)備：清潔偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔，在第一預(yù)成形棒材外表面和偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔上涂抹擠壓潤(rùn)滑劑；

步驟二，裝配：將第一預(yù)成形棒材放置于偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的導(dǎo)入段3中，第一預(yù)成形棒材的下端面與一級(jí)偏軸旋擠段6的上端面相接觸，第一預(yù)成形棒材的上端面為擠壓端面，沖頭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(yù)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，沖頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第一預(yù)成形棒材，當(dāng)沖頭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(shí)，關(guān)閉擠壓裝置，停止沖頭1的擠壓運(yùn)行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，沖頭1以15mm/s的速度提升，當(dāng)沖頭1完全從偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔出來(lái)時(shí)，將第二預(yù)變形棒材放置于偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔的導(dǎo)入段3中，開啟擠壓裝置，沖頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第二預(yù)變形棒材，當(dāng)沖頭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(shí)，關(guān)閉擠壓裝置，停止沖頭1的擠壓運(yùn)行，第二預(yù)變形棒材會(huì)將第一預(yù)變形棒材擠出偏軸旋擠模具的凹模2的成形型腔，第一預(yù)變形棒材依次經(jīng)過(guò)偏軸旋擠模具的凹模2的導(dǎo)入段3、偏軸旋擠段4、導(dǎo)出段5的變形，完成第一預(yù)成形棒材的偏軸旋擠變形；

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

上述偏軸旋擠模具成形材料方法，所述預(yù)成形棒材的直徑為20mm，長(zhǎng)度為60mm。

本發(fā)明的目的在于提出了一種簡(jiǎn)單易操作的用于棒材材料的偏軸旋擠模具及其成形材料方法，可實(shí)現(xiàn)棒材的擠壓與扭轉(zhuǎn)剪切相結(jié)合的復(fù)合成形方式，具有變形效果好，速度快，效率高的優(yōu)點(diǎn)，可滿足材料科學(xué)工程中科研和生產(chǎn)的需求。通過(guò)更改模具的形狀和尺寸，具體實(shí)施方式不變，滿足不同棒材的成形要求，更多的成形實(shí)施例不便勝舉。