一種螺旋階梯擠壓模具及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種螺旋階梯擠壓模具及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料在日常生活中廣泛使用，金屬材料的晶粒尺寸強烈影響它的力學(xué)、物理和化學(xué)性質(zhì)，對可變形金屬常采用擠壓技術(shù)改善性能。但塊體金屬材料經(jīng)常規(guī)塑性擠壓加工后，由于工藝參數(shù)限制和金屬在垂直于擠壓方向沒有流動的，決定了晶粒細(xì)化有限，材料性能改善有限并限制了金屬材料的使用范圍。因此，開發(fā)新的金屬材料塑性加工技術(shù)和相應(yīng)的模具，對傳統(tǒng)材料改性并進一步提高金屬材料的性能，特別是力學(xué)性能，成為人類社會進步的重要技術(shù)問題。
[0003]傳統(tǒng)上，對于可塑性變形加工金屬，采用包括正擠壓和反擠壓等的常規(guī)擠壓進行塑性變形加工以改善金屬材料的性能并生產(chǎn)各種端面的金屬制品。但由于晶粒變形方式單一，應(yīng)變率低，且在擠壓方向的二維剪切累積應(yīng)變量較小(通常由擠壓比控制)，由此在金屬中獲得粗大的微米級晶粒，不能充分提高或改變金屬材料性能以滿足更高使用要求
[0004]目前，為進一步提高金屬的性能，等通道角擠壓(Equal Channel AnglePressing:ECAP)和高壓扭(High Pressure Tors1n:HPT)等劇塑性變形(Serve PlasticDeformat1n:SPD)技術(shù)在實驗室研宄中得到發(fā)展。雖然這兩種技術(shù)高應(yīng)變率和高累積真應(yīng)變能有效細(xì)化金屬材料中晶粒尺寸，但存在能耗高、周期長，受加工設(shè)備限制產(chǎn)品率低和產(chǎn)品尺寸較小，產(chǎn)品在實際生產(chǎn)中沒有拓展應(yīng)用或是應(yīng)用范圍較窄。
[0005]旋轉(zhuǎn)擠壓筒的擠壓成形方法雖然能提高金屬擠壓時的塑性流動均勻性并改善缺陷，但需要特殊的裝配結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動軸承帶動擠壓筒轉(zhuǎn)動，擠壓模與擠壓筒、擠壓桿和擠壓筒之間由于需要密封，存在較大的切向硬摩擦?xí)?yán)重?fù)p傷模具，降低模具使用壽命；同時擠壓筒旋轉(zhuǎn)速度與擠壓桿壓頭速度需精確配合，否則毛坯出現(xiàn)撕裂等缺陷。旋轉(zhuǎn)擠壓筒的擠壓成形方法其主要目的只是改善了塑性流動均勻性，設(shè)備復(fù)雜，擠壓參數(shù)控制較難，產(chǎn)品尺寸較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題之一。
[0007]本發(fā)明的目的之一在于為克服當(dāng)前金屬材料微納晶化塑性加工過程中能耗高、產(chǎn)品小或生產(chǎn)率低下等問題，提供一種新的金屬材料塑性加工技術(shù)，采用新的模具，使金屬材料在擠壓加工過程中因擠壓力作用和旋轉(zhuǎn)階梯擠壓模的導(dǎo)流作用下發(fā)生自旋轉(zhuǎn)，金屬材料中產(chǎn)生三維剪切變形提高應(yīng)變率和累積真應(yīng)變量細(xì)化晶粒尺寸從而改善金屬材料力學(xué)性會K。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明提供第一種螺旋階梯擠壓模具，具有錐形凸表面，所述錐形凸表面上設(shè)有螺旋階梯型臺階，所述螺旋階梯型臺階呈現(xiàn)左螺旋或右螺旋。
[0010]本發(fā)明還將第一種螺旋階梯擠壓模具應(yīng)用在一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置上。[0011 ] 進一步的，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置還包括擠壓筒、安裝在所述擠壓筒內(nèi)的擠壓墊以及與所述擠壓墊連接的擠壓桿，所述螺旋階梯擠壓模具設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)，將毛坯置于所述擠壓墊和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0012]進一步的，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置還包括擠壓筒、連接在所述擠壓筒的堵頭、擠壓桿，設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)的螺旋階梯擠壓模具與所述擠壓桿連接，將毛坯置于所述堵頭和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0013]本發(fā)明還提供了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材的方法，所述方法采用了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置包括擠壓筒、安裝在所述擠壓筒內(nèi)的擠壓墊、與所述擠壓墊連接的擠壓桿、第一種螺旋階梯擠壓模具以及固定所述擠壓筒的模座，所述螺旋階梯擠壓模具設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)并固定在所述模座上，將毛坯置于所述擠壓墊和螺旋階梯擠壓模具之間加工，
[0014]進一步的，該方法的步驟包括:
[0015]將制備好的毛坯放入擠壓筒中；
[0016]從擠壓筒開口端放入擠壓墊密封毛坯；
[0017]壓力機推動擠壓桿，擠壓毛坯；
[0018]毛坯受到壓力作用后在螺旋階梯擠壓模具的導(dǎo)流下旋轉(zhuǎn)前進，沿擠壓筒出口端擠出，形成管材。
[0019]本發(fā)明還提供了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材的方法，所述方法采用了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置包括擠壓筒、連接在所述擠壓筒的堵頭、擠壓桿、第一種螺旋階梯擠壓模具，設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)的螺旋階梯擠壓模具與所述擠壓桿連接，將毛坯置于所述堵頭和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0020]進一步的，該方法的步驟包括:
[0021]將制備好的毛坯放入擠壓筒中；
[0022]壓力機推動擠壓桿，推動螺旋階梯擠壓模具前進；
[0023]螺旋階梯擠壓模具受推動前進，在導(dǎo)流作用下對毛坯進行擠壓，毛坯與擠壓桿運動相反方向沿擠壓筒開口端擠出，形成管材。
[0024]本發(fā)明還提供了第二種螺旋階梯擠壓模具，具有錐形凹表面的階梯孔，所述錐形凹表面上設(shè)有螺旋階梯型臺階，所述螺旋階梯型臺階呈現(xiàn)左螺旋或右螺旋。
[0025]為達到上述目的，本發(fā)明還將第二種螺旋階梯擠壓模具應(yīng)用在一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置上。
[0026]進一步的，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置還包括擠壓筒、與所述擠壓筒連接的底座、設(shè)置所述擠壓筒內(nèi)的擠壓墊以及與所述擠壓墊連接的擠壓桿，所述螺旋階梯擠壓模具設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)并固定在所述底座上，所述底座上設(shè)有連通所述螺旋階梯擠壓模具階梯孔的通孔，將毛坯置于所述擠壓墊和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0027]進一步的，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置還包括擠壓筒、連接在所述擠壓筒的堵頭、擠壓桿，設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)的螺旋階梯擠壓模具與所述擠壓桿連接，將毛坯置于所述堵頭和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0028]本發(fā)明還提供了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材的方法，所述方法采用了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置包括擠壓筒、與所述擠壓筒連接的底座、設(shè)置所述擠壓筒內(nèi)的擠壓墊、第二種螺旋階梯擠壓模具以及與所述擠壓墊連接的擠壓桿，所述螺旋階梯擠壓模具設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)并固定在所述底座上，所述底座上設(shè)有連通所述螺旋階梯擠壓模具階梯孔的通孔，將毛坯置于所述擠壓墊和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0029]進一步的，該方法的步驟包括:
[0030]將制備好的毛坯放入擠壓筒中；
[0031]從擠壓筒開口端放入擠壓墊密封毛坯；
[0032]壓力機推動擠壓桿，擠壓毛坯；
[0033]毛坯受到壓力作用后在螺旋階梯擠壓模具的導(dǎo)流下旋轉(zhuǎn)前進，沿擠壓筒從底座的通孔擠出，形成棒材。
[0034]本發(fā)明還提供了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材的方法，所述方法采用了一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置，所述自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置包括擠壓筒、連接在所述擠壓筒的堵頭、擠壓桿，設(shè)置在所述擠壓筒內(nèi)的螺旋階梯擠壓模具與所述擠壓桿連接，將毛坯置于所述堵頭和螺旋階梯擠壓模具之間加工。
[0035]進一步的，該方法的步驟包括:
[0036]將制備好的毛坯放入擠壓筒中；
[0037]壓力機推動擠壓桿，推動螺旋階梯擠壓模具前進；
[0038]螺旋階梯擠壓模具受推動前進，在導(dǎo)流作用下對毛坯進行擠壓，毛坯與擠壓桿運動相反方向沿擠壓筒開口端擠出，形成棒材。
[0039]本發(fā)明的有益效果如下:
[0040]1、本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)擠壓塑性變形將金屬材料晶粒細(xì)化為微納米，使得金屬材料的性能大幅度提尚;
[0041]2、本發(fā)明通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)階梯擠壓模的幾何參數(shù)可實現(xiàn)不同尺寸的晶粒，使材料性能達到不同要求；也可實現(xiàn)金屬材料整體、局部或表面晶粒細(xì)化；
[0042]3、本發(fā)明旋轉(zhuǎn)擠壓裝配結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)有的金屬壓力加工成型設(shè)備只要將普通擠壓模具重新改造成旋轉(zhuǎn)階梯模面就能達到目的；
[0043]4、本發(fā)明生產(chǎn)產(chǎn)品一次成型，能耗低、產(chǎn)品率高；能夠生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有大尺寸金屬制品O
【附圖說明】
[0044]圖1所示為本發(fā)明第一實施例的一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2所示為本發(fā)明第二實施例的一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3所示為本發(fā)明第一實施例和第二實施例中螺旋階梯擠壓模具的主視圖；
[0047]圖4所示為圖3的仰視圖；
[0048]圖5所示為圖3的剖視圖；
[0049]圖6所示為本發(fā)明第三實施例的一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖7所示為本發(fā)明第四實施例的一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工棒材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖8所示為本發(fā)明第三實施例和第四實施例中螺旋階梯擠壓模具的半剖視圖；
[0052]圖9所示為圖8的俯視圖。
【具體實施方式】
[0053]下文將結(jié)合具體實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的技術(shù)效果。
[0054]第一實施例
[0055]本實施例提供一種自旋轉(zhuǎn)擠壓加工管材裝置，包括螺旋階梯擠壓模具11，如圖3和圖4所示，所述螺旋階梯擠壓模具11具有錐形凸表面，所述錐形凸表面上設(shè)有螺旋階梯型臺階，所述螺旋階梯型臺階呈現(xiàn)左螺旋或右螺旋。所述螺旋階梯擠壓模具11的參數(shù)為:所述螺旋階梯型臺階的頭數(shù)為大于等于1，螺旋階梯型臺階高度h小于2000_，寬度d小于2000mm，如圖5所示，螺旋階梯型臺階壁的軸向傾角α大于0°而小于等于90°，螺旋階梯型臺階