一种U形弯挤模具及方法技术

本发明专利技术公开了一种U形弯挤模具及方法，属于材料加工领域。该模具包括螺栓和瓣模，两个瓣模在分型面处可以完全贴合并依靠螺栓固定形成挤压模腔，挤压模腔为U形等通道挤压模腔，挤压模腔按照成形段依次为引导段I、渐变段I、弯曲段、渐变段II和引导段II，各模腔之间均光滑过渡。本发明专利技术提供的U形弯挤方法成形效率高，U形挤压模腔可以同时对两根挤压坯料进行累计重复的变形，U形弯挤方法具有应变累积大，成形效率高，操作性简便，工业应用强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种U形弯挤模具及方法，属于材料加工

技术介绍
金属材料传统弯曲加工中，由于变形层受力的不均匀，以横断面中间不变形的部分的中性层为界，中性层以外的金属受拉应力作用，产生伸长变形。中性层以内的金属受压应力作用，产生压缩变形。正是由于这种变形梯度的作用，引起材料的局部剪切带的剧烈塑性变形。等通道转角挤压(ECAP)技术是剧烈塑性变形(sro)技术中发展最为快速的技术之一，该技术利用模具通道转角通道的特殊结构实现了材料的剪切变形，可对材料进行晶粒细化和性能提尚的优化成形。在中国专利公开号分别为CN1709605、CN2757953、CN2757954 和 CN2768921 的专利技术专利申请中提出的制备超细晶材料所用的U形、C形、S形转角往复挤压模具和反复镦粗挤压模具仅仅是ECAP方法的简单形式改进，并无实质性的工业创新和解决生产问题。实现ECAP成形功效最大化和工业应用，是当今sro研宄领域亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在原有ECAP的技术基础上增加材料横截面的扭转变形和弯曲变形，创新性提供一种U形弯挤方法及模具，使其晶粒细化能力增强、操作方法简化。本专利技术可通过以下技术方案实现: 一种U形弯挤模具，包括螺栓和瓣模，两个瓣模在分型面处可以完全贴合并依靠螺栓固定形成挤压模腔，挤压模腔为U形等通道挤压模腔，挤压模腔按照成形段依次为引导段1、渐变段1、弯曲段、渐变段II和引导段II，各模腔之间均光滑过渡，引导段I和引导段II的中心轴线平行，渐变段I和渐变段II的中心轴线平行； 所述引导段I和引导段II为等径圆通道，其横截面为圆形，直径为D，引导段I和引导段II的长度为L ; 所述渐变段I为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从圆形平滑过渡到椭圆形，渐变段I和引导段I相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段I和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段I的长度为0.1-0.2L ; 所述弯曲段的两个端面分别与渐变段I和渐变段II相接，两个端面的横截面都是椭圆形，处于同一水平平面内，两个椭圆形状大小都相同，两椭圆形在水平方向上存在角度差β ; 所述渐变段II为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从椭圆形过渡到圆形，渐变段II和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段II和引导段II相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段II的长度为0.1-0.2L。所述引导段I和引导段II的两中心轴线之间的距离为M，M取值范围为2D~4D。所述渐变段I和渐变段II的圆形截面处于同一水平面内，渐变段I和渐变段II的椭圆形截面处于同一水平面内。所述β取值范围为60°~90°。采用本专利技术提供的模具成形坯料时，需使用两根挤压杆，第一挤压杆和第二挤压杆分别在挤压模腔的引导段I和引导段II内，可以自由进出引导段I和引导段II，挤压杆与挤压动力机构相连接，挤压动力机构为现有成熟技术。本专利技术提供了一种U形弯挤方法，采用本专利技术模具对坯料进行挤压时，包括以下步骤: (1)将第一根坯料放入引导段I中，在引导段I中第一挤压杆的作用下，坯料进入渐变段I内，当第一根坯料完全进入引导段I时，将第二根坯料放入引导段I中；当第二根坯料完全进入引导段I时，引导段II中的第二挤压杆开始对第一根坯料进行挤压，当引导段II中第一根坯料完全进入渐变段II时，两段坯料分别完成往复挤压变形一次； (2)引导段I中的第一挤压杆开始对第二根坯料进行挤压，当引导段I中第二根坯料完全进入渐变段I中时，引导段II中的第二挤压杆开始对第一根坯料进行挤压，当引导段II中第一根坯料完全进入渐变段II时，两段坯料分别完成往复挤压变形两次； (3)依照上述步骤(2)重复进行，可同时完成两根坯料的往返重复挤压变形，根据材料的组织性能的加工要求，选择往复挤压变形的次数； (4)当第一根坯料和第二根坯料往复挤压变形后，在引导段II放入第三根坯料和第四根坯料，当引导段II中第四根坯料完全进入渐变段II时，第一根坯料和第二根坯料从引导段I中完全挤出，完成第一根坯料和第二根坯料的全部挤压变形； 所述圆柱坯料的直径为D，长度为0.5-0.8L。采用本专利技术对坯料进行挤压时，待加工材料在挤压杆的作用下，在渐变段模腔，材料可产生横截面的扭转剪切变形，在弯曲段模腔，材料可同时产生轴向的剪切变形、周向的扭转变形和径向的弯曲变形，因此，U形弯挤方法成形效率高。此外，U形挤压通道的设计可以同时对两根挤压坯料进行累计重复的变形，U形弯挤方法具有应变累积大，成形效率高，操作性简便，工业应用强等优点。本专利技术设计的U形弯挤模具，对材料具有显著的晶粒细化效果，可以制备纯金属、合金、金属基复合材料、高分子材料等超细晶材料，通过修改模具结构参数(如扭转角度β，渐变段长度和引导段间距M等)和成形工艺参数(如加工温度、挤压速率和摩擦力等)，也可对难变形材料，如镁合金进行加工成形，不需要翻转坯料就可实现连续挤压。【附图说明】图1本专利技术模具挤压型腔的结构网格示意图。图2本专利技术模具的剖视图。图3为图2中沿A-A线的剖面图。图4为图2中沿B-B线的剖面图。图5实施例1中纯铜一次往复变形前后的组织图。图中:1.引导段I，2.渐变段I，3.弯曲段，4.渐变段II，5.引导段II，6.第一挤压杆，7.第二挤压杆，8.瓣模，9.螺栓。【具体实施方式】本实施例利用本专利技术的成形模具和方法对直径10mm，长度为25mm的工业纯铜进行U形弯挤变形。U形弯挤模具，包括螺栓9和瓣模8，两个瓣模8在分型面处可以完全贴合并依靠螺栓9固定形成挤压模腔，挤压模腔为U形等通道挤压模腔，挤压模腔按照成形段依次为引导段I 1、渐变段I 2、弯曲段3、渐变段II 4和引导段II 5，各模腔之间均光滑过渡，引导段I I和引导段II 5的中心轴线平行，渐变段I 2和渐变段II 4的中心轴线平行； 所述引导段I I和引导段II 5为等径圆通道，其横截面为圆形，直径为10mm，引导段II和引导段II 5的长度为45mm; 所述渐变段I为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从圆形平滑过渡到椭圆形，渐变段I 2和引导段I I相接的端面为圆形截面当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种U形弯挤模具，包括螺栓和瓣模，两个瓣模在分型面处可以完全贴合并依靠螺栓固定形成挤压模腔，其特征在于：所述挤压模腔为U形等通道挤压模腔，挤压模腔按照成形段依次为引导段I、渐变段I、弯曲段、渐变段II和引导段II，各模腔之间均光滑过渡，引导段I和引导段II的中心轴线平行，渐变段I和渐变段II的中心轴线平行；所述引导段I和引导段II为等径圆通道，其横截面为圆形，直径为D，引导段I和引导段II的长度为L；所述渐变段I为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从圆形平滑过渡到椭圆形，渐变段I和引导段I相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段I和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段I的长度为0.1~0.2L；所述弯曲段的两个端面分别与渐变段I和渐变段II相接，两个端面的横截面都是椭圆形，处于同一水平平面内，两个椭圆形状大小都相同，两椭圆形在水平方向上存在角度差β；所述渐变段II为等面积变截面形状的光滑过渡通道，该段模腔的横截面形状从椭圆形过渡到圆形，渐变段II和弯曲段相接的端面为椭圆形，渐变段II和引导段II相接的端面为圆形截面，直径为D，渐变段II的长度为0.1~0.2L。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪程鹏，李克伟，薛凤梅，林鹏，杨琳，王文先，池成忠，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14