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(jī)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(qiáng)烈影響它的力學(xué)、物理和化學(xué)性質(zhì)，對(duì)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(méi)有流動(dòng)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(kāi)發(fā)新的金屬材料塑性加工技術(shù)和相應(yīng)的模具，對(duì)傳統(tǒng)材料改性并進(jìn)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(huì)進(jìn)步的重要技術(shù)問(wèn)題。
[0003]傳統(tǒng)上，對(duì)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(jìn)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(jí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)，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(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)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(shí)的塑性流動(dòng)均勻性并改善缺陷，但需要特殊的裝配結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承帶動(dòng)擠壓筒轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(dòng)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(wèn)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(guò)程中能耗高、產(chǎn)品小或生產(chǎn)率低下等問(wèn)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(guò)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(huì)K。
[0008]為達(dá)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(tái)階，所述螺旋階梯型臺(tái)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(kāi)口端放入擠壓墊密封毛坯；
[0017]壓力機(jī)推動(dòng)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(jìn)，沿?cái)D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(jìn)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(jī)推動(dòng)擠壓桿，推動(dòng)螺旋階梯擠壓模具前進(jìn)；
[0023]螺旋階梯擠壓模具受推動(dòng)前進(jìn)，在導(dǎo)流作用下對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓，毛坯與擠壓桿運(yùn)動(dòng)相反方向沿?cái)D壓筒開(kāi)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(tái)階，所述螺旋階梯型臺(tái)階呈現(xiàn)左螺旋或右螺旋。
[0025]為達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(kāi)口端放入擠壓墊密封毛坯；
[0032]壓力機(jī)推動(dòng)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(jìn)，沿?cái)D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(jìn)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(jī)推動(dòng)擠壓桿，推動(dòng)螺旋階梯擠壓模具前進(jìn)；
[0038]螺旋階梯擠壓模具受推動(dòng)前進(jìn)，在導(dǎo)流作用下對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓，毛坯與擠壓桿運(yùn)動(dòng)相反方向沿?cái)D壓筒開(kāi)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(guò)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(guò)調(diào)整旋轉(zhuǎn)階梯擠壓模的幾何參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的晶粒，使材料性能達(dá)到不同要求；也可實(shí)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(jiǎn)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(dá)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(shuō)明】
[0044]圖1所示為本發(fā)明第一實(shí)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(shí)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(shí)施例和第二實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例和第四實(shí)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(shí)施方式】
[0053]下文將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)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(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0054]第一實(shí)施例
[0055]本實(shí)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(tái)階，所述螺旋階梯型臺(tái)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(tái)階的頭數(shù)為大于等于1，螺旋階梯型臺(tái)階高度h小于2000_，寬度d小于2000mm，如圖5所示，螺旋階梯型臺(tái)階壁的軸向傾角α大于0°而小于等于90°，螺旋階梯型臺(tái)階