CN116809677A - 一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置与方法，该装置包括：用于安置待挤压的坯料的挤压筒；安装在所述挤压筒内并用于挤压所述坯料的可移动的挤压冲头；与所述挤压筒相连接的多级型腔旋转模具，其包括依次连接并一体成型的圆截面锥形腔、第一过渡型腔、波浪截面直型腔、第二过渡型腔和圆截面直型腔。与现有技术相比，本发明通过旋转模具多级型腔结构设计，既能解决扭转挤压过程中的打滑问题，又能使材料的扭转变形区和挤压变形区重合，从而增强扭转剪切效应，实现良好的晶粒细化效果。

Description

一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置与方法

技术领域

本发明属于扭转挤压技术领域，涉及一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置与方法。

背景技术

扭转挤压作为一种大塑性变形技术，具备高静水压力和强剪切特点，而且工艺简单和能制备大规格产品，被材料界公认为是制备块体超细晶材料最有前途的方法之一。材料在扭转挤压过程中，扭转剪切变形主要通过旋转模具与材料之间的摩擦实现，当旋转模具转速较快时，材料与旋转模具之间会出现打滑现象，严重弱化剪切效应，难以体现扭转效果。

经对现有技术文献检索发现，中国发明专利CN111889528B公开了一种细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法，通过圆截面到椭圆截面过渡变形腔、椭圆截面直型腔和椭圆截面到圆截面过渡变形腔组合的变截面型腔旋转模具，在一定程度上解决了材料在扭转挤压过程中的打滑问题。然而，不规则截面的变形腔致使材料在变形腔内的相对扭转被限制，扭转变形主要发生在材料进入变形腔之前，其本质上为先扭后挤，导致材料的扭转变形区和挤压变形区不能有效重合，弱化了扭转剪切效应，从而也弱化了对材料性能的提升功能。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置与方法，其既能解决扭转挤压过程中的打滑问题，又能使材料的扭转变形区和挤压变形区重合，从而增强扭转剪切效应，实现良好的晶粒细化效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，包括：

用于安置待挤压的坯料的挤压筒；

安装在所述挤压筒内并用于挤压所述坯料的可移动的挤压冲头；

与所述挤压筒相连接的多级型腔旋转模具，其包括依次连接并一体成型的圆截面锥形腔、第一过渡型腔、波浪截面直型腔、第二过渡型腔和圆截面直型腔。

本发明的的核心在于旋转模具多级型腔设计，特别是波浪截面直型腔和圆截面直型腔，一个可以克服打滑，一个重合扭转和挤压变形区。对于锥度和挤压比可以不做限定要求。

进一步的，所述圆截面直型腔的直径小于所述波浪截面直型腔的直径，所述波浪截面直型腔的直径不大于所述圆截面锥形腔的最小端的直径。另外，波浪截面直型腔和圆截面直型腔的关系为：圆截面直型腔对波浪截面直型腔的不规则截面坯料整形为棒状坯料。

进一步的，所述圆截面锥形腔沿坯料移动方向的高度大于所述波浪截面直型腔沿坯料移动方向的高度，所述波浪截面直型腔沿坯料移动方向的高度不小于所述圆截面直型腔沿坯料移动方向的高度。波浪截面直型腔长度过短会出现打滑，长度过长会出现增加额外的摩擦。基于此，定义文中波浪截面直型腔长度。

进一步的，所述波浪截面直型腔包括圆形直型腔主体、以及围绕所述圆形直型腔主体外侧边缘布置并依次连接构成循环的若干个波浪型凸起直型腔体。需要指出的是，波浪型凸起直型腔体之间是彼此紧挨。所述的波浪振幅(即对应波浪型凸起的凸起程度)控制在棒材成品直径(挤出制品直径相当于圆截面直型腔直径)的2％～5％，最大不超过5％；波浪个数控制在棒材成品周长的20％～50％，最大不超过50％。本发明对振幅大小和齿数多少的限定出自对多级型腔模具的保护。另外，如果波浪振幅太小和个数太少，克服打滑的效果不明显。

进一步的，所述挤压冲头还连接外部挤压设备的移动端，并由其带动沿挤压筒中心轴线方向移动。

更进一步的，所述挤压设备的移动端为液压机的滑块。

进一步的，所述多级型腔旋转模具还连接一用于带动其旋转的旋转驱动机构。

更进一步的，所述旋转驱动机构包括动力单元、传动单元和锥形齿轮组，所述动力单元与所述传动单元相连接，所述锥形齿轮组包括两个相互啮合并分别安装在所述多级型腔旋转模具和传动单元上的锥齿轮。

更优选的，所述传动单元为一传动轴。而动力单元为本领域常规的可带动传动轴转动的动力设备，其包括联轴器、减速器、变频器、减速电机和控制柜。

本发明的技术方案至二提供了一种增强扭转剪切效应的扭转挤压方法，其基于如上任一所述的扭转挤压装置实现，该扭转挤压方法具体为：

将坯料置于挤压筒中，在挤压冲头的压力下，坯料流入多级型腔旋转模具承受挤压变形，同时，多级型腔旋转模具转动，带动坯料在挤压过程中同时发生周向流动承受扭转剪切变形，并从圆截面直型腔挤出完成扭转挤压过程，得到棒材成品。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过采用圆截面锥形型腔、圆截面到波浪截面过渡型腔、波浪截面直型腔、波浪截面到圆截面过渡型腔和圆截面直型腔的多级型腔旋转模具，特别是波浪截面直型腔可以带动材料发生同速转动，克服了材料在扭转挤压过程中的打滑现象，进而可增大旋转模具的转速，提高成形效率。

(2)多级型腔旋转模具圆截面锥形型腔可使材料在发生挤压变形的同时，在挤压方向产生大的周向速度梯度，进而使材料的扭转挤压过程中的扭转变形区和挤压变形区重合，从而增强扭转剪切效应，实现大塑性变形，达到良好的晶粒细化效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为多级型腔旋转模具的结构示意图；

图3为波浪截面直型腔的截面示意图；

图中标记说明：

1-挤压冲头，2-挤压筒，3-坯料，4-多级型腔旋转模具，41-圆截面锥形腔，42-第一过渡型腔，43-波浪截面直型腔，44-第二过渡型腔，45-圆截面直型腔，5-锥形齿轮组，6-传动单元，7-动力单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能结构或部件，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。

为了更好的实现材料扭转与挤压过程的同时进行，使得材料的扭转变形区和挤压变形区有效重合等，本发明提供了一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其结构可参见图1至图3所示，包括：

用于安置待挤压的坯料3的挤压筒2；

安装在所述挤压筒2内并用于挤压所述坯料3的可移动的挤压冲头1；

与所述挤压筒2相连接的多级型腔旋转模具4，其包括依次连接并一体成型的圆截面锥形腔41、第一过渡型腔42、波浪截面直型腔43、第二过渡型腔44和圆截面直型腔45。

在一些具体的实施方式中，所述圆截面直型腔45的直径小于所述波浪截面直型腔43的直径，所述波浪截面直型腔43的直径不大于所述圆截面锥形腔41的最小端的直径。

在一些具体的实施方式中，所述圆截面锥形腔41沿坯料3移动方向的高度大于所述波浪截面直型腔43沿坯料3移动方向的高度，所述波浪截面直型腔43沿坯料3移动方向的高度不小于所述圆截面直型腔45沿坯料3移动方向的高度。

在一些具体的实施方式中，所述波浪截面直型腔43包括圆形直型腔主体、以及围绕所述圆形直型腔主体外侧边缘布置并依次连接构成循环的若干个波浪型凸起直型腔体。所述的波浪振幅控制在棒材成品直径的2％～5％，最大不超过5％；波浪个数控制在棒材成品周长的20％～50％，最大不超过50％。在一些具体的实施方式中，所述挤压冲头1还连接外部挤压设备的移动端，并由其带动沿挤压筒2中心轴线方向移动。

更具体的实施方式中，所述挤压设备的移动端为液压机的滑块。

在一些具体的实施方式中，所述多级型腔旋转模具4还连接一用于带动其旋转的旋转驱动机构。

更具体的实施方式中，所述旋转驱动机构包括动力单元7、传动单元6和锥形齿轮组5，所述动力单元7与所述传动单元6相连接，所述锥形齿轮组5包括两个相互啮合并分别安装在所述多级型腔旋转模具4和传动单元6上的锥齿轮。

更优选的，所述传动单元6为一传动轴。而动力单元7为本领域常规的可带动传动轴转动的动力设备，其包括联轴器、减速器、变频器、减速电机和控制柜。

另外，在一些实施方式中，本发明还提供了一种增强扭转剪切效应的扭转挤压方法，其基于如上任一所述的扭转挤压装置实现，该扭转挤压方法具体为：

将坯料3置于挤压筒2中，在挤压冲头1的压力下，坯料3流入多级型腔旋转模具4承受挤压变形，同时，多级型腔旋转模具4转动，带动坯料3在挤压过程中同时发生周向流动承受扭转剪切变形，并从圆截面直型腔45挤出完成扭转挤压过程，得到棒材成品。

以上各实施方式可以任一单独时施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体的实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

为了更好的实现材料扭转与挤压过程的同时进行，使得材料的扭转变形区和挤压变形区有效重合等，本实施例提供了一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其结构可参见图1至图3所示，包括：

用于安置待挤压的坯料3的挤压筒2；

安装在所述挤压筒2内并用于挤压所述坯料3的可移动的挤压冲头1；

与所述挤压筒2相连接的多级型腔旋转模具4，为多级型腔结构，共有五部分构成，从上到下为依次连接并一体成型的圆截面锥形腔41、第一过渡型腔42、波浪截面直型腔43、第二过渡型腔44和圆截面直型腔45。

请再参见图1等所示，所述圆截面直型腔45的直径小于所述波浪截面直型腔43的直径，所述波浪截面直型腔43的直径不大于所述圆截面锥形腔41的最小端的直径。

请再参见图1等所示，所述圆截面锥形腔41沿坯料3移动方向的高度大于所述波浪截面直型腔43沿坯料3移动方向的高度，所述波浪截面直型腔43沿坯料3移动方向的高度不小于所述圆截面直型腔45沿坯料3移动方向的高度。

请再参见图1等所示，所述波浪截面直型腔43包括圆形直型腔主体、以及围绕所述圆形直型腔主体外侧边缘布置并依次连接构成循环的若干个波浪型凸起直型腔体。所述的波浪振幅控制在棒材成品直径的2％～5％，最大不超过5％；波浪个数控制在棒材成品周长的20％～50％，最大不超过50％。

具体的，所述挤压冲头1还连接外部挤压设备的移动端，并由其带动沿挤压筒2中心轴线方向移动，所述挤压设备的移动端为液压机的滑块。

请再参见图1等所示，所述多级型腔旋转模具4还连接一用于带动其旋转的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括动力单元7、传动单元6和锥形齿轮组5，所述动力单元7与所述传动单元6相连接，所述锥形齿轮组5包括两个相互啮合并分别安装在所述多级型腔旋转模具4和传动单元6上的锥齿轮。所述传动单元6为一传动轴。而动力单元7为本领域常规的可带动传动轴转动的动力设备，其包括联轴器、减速器、变频器、减速电机和控制柜。

另外，本实施例还涉及基于上述挤压装置实现的增强扭转剪切效应的扭转挤压方法，其具体为：

将坯料3置于挤压筒2中，在挤压冲头1的压力下，坯料3流入多级型腔旋转模具4承受挤压变形，同时，多级型腔旋转模具4在锥形齿轮组5、传动单元6与动力机构7的作用下转动，带动坯料3在挤压过程中同时发生周向流动承受扭转剪切变形，并从圆截面直型腔45挤出完成扭转挤压过程，得到棒材成品。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，包括：

用于安置待挤压的坯料的挤压筒；

安装在所述挤压筒内并用于挤压所述坯料的可移动的挤压冲头；

与所述挤压筒相连接的多级型腔旋转模具，其包括依次连接并一体成型的圆截面锥形腔、第一过渡型腔、波浪截面直型腔、第二过渡型腔和圆截面直型腔。

2.根据权利要求1所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述圆截面直型腔的直径小于所述波浪截面直型腔的直径，所述波浪截面直型腔的直径不大于所述圆截面锥形腔的最小端的直径。

3.根据权利要求1所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述圆截面锥形腔沿坯料移动方向的高度大于所述波浪截面直型腔沿坯料移动方向的高度，所述波浪截面直型腔沿坯料移动方向的高度不小于所述圆截面直型腔沿坯料移动方向的高度。

4.根据权利要求1所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述波浪截面直型腔包括圆形直型腔主体、以及围绕所述圆形直型腔主体外侧边缘布置并依次连接构成循环的若干个波浪型凸起直型腔体。

5.根据权利要求1所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述挤压冲头还连接外部挤压设备的移动端，并由其带动沿挤压筒中心轴线方向移动。

6.根据权利要求5所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述挤压设备的移动端为液压机的滑块。

7.根据权利要求1所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述多级型腔旋转模具还连接一用于带动其旋转的旋转驱动机构。

8.根据权利要求7所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括动力单元、传动单元和锥形齿轮组，所述动力单元与所述传动单元相连接，所述锥形齿轮组包括两个相互啮合并分别安装在所述多级型腔旋转模具和传动单元上的锥齿轮。

9.根据权利要求8所述的一种增强扭转剪切效应的扭转挤压装置，其特征在于，所述传动单元为一传动轴。

10.一种增强扭转剪切效应的扭转挤压方法，其基于如权利要求1-9任一所述的扭转挤压装置实现，其特征在于，该扭转挤压方法具体为：

将坯料置于挤压筒中，在挤压冲头的压力下，坯料流入多级型腔旋转模具承受挤压变形，同时，多级型腔旋转模具转动，带动坯料在挤压过程中同时发生周向流动承受扭转剪切变形，并从圆截面直型腔挤出完成扭转挤压过程，得到棒材成品。