本发明专利技术涉及一种利用往复式挤压来制备颗粒增强铝基复合材料的工艺及装置，该装置包括挤压桶、挤压桶加热体、半环形凹模、控温热电偶、模具连接导向杆、模具连接翻转横梁、模具翻转机构支架、挤压垫、阳模、模具翻转连接横梁、模具翻转机构弹性支撑件、模具连接导向杆螺母和Ｕ型挤压杆。使用这种装置通过模具连接装置及模具的翻转机构实现被挤压材料与模具型腔等体积并在被挤压材料的两端交互施加不同方向的压力反复挤压和镦粗，使材料产生揉搓作用。被挤压材料可以产生强烈塑性变形，同时发生动态再结晶而使被挤压的粉体材料界面充分焊合。由于发生的动态再结晶，形成的新晶粒会得到显著的细化，得到各向同性的细晶粒铝基复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用往复式挤压来制备颗粒增强铝基复合材料的工艺及装置。
技术介绍
针对传统材料存在的缺点，从材料内部组织、结构和材料性能的关系入手， 研究传统材料的改造和新型材料的开发应用已愈来愈重要。提高材料的性能大多 集中在晶粒的细化，合金材料在获得超细组织后，其物理、力学性能往往得到显 著提高。晶粒细化至亚微米级或纳米级别时，材料表现出一些超常的性质。细化材 料的组织有许多方法，冶金学方法(如通过合金化细化晶粒)、快速凝固、热处 理方法和热机械加工及复合材料等。然而，这些研究或多或少有一些技术瓶颈没 有突破。通过普通热挤压手段在一定程度上也能细化晶粒，但随着挤压道次的增加，材 料的径向尺寸越来越小，因此变形程度受限；同时通过普通热挤压不能得到均匀 的变形和获得各向同性的块体材料。采用强烈塑性变形技术细化晶粒，提高材料性能的方法是目前发展的热点，高 挤压比挤压(High Extrusion Ratio Extrusion)、震动冲击(Shock Loading)、高压扭转 (Torsion Under Compression)、等截面角型挤压(Equal Channel Angular Pressing)、 叠车L (Accumulative Roll Bonding)、 轧制热机械处理(Rolling Typed Thermomechanical Treatment)等都是强烈塑性变形方法的代表，采用这些方法可以 获得具有亚微米或纳米晶组织。但是都各有特点，比如为了获得大的变形量，高压扭转加工薄片状试样，但加工后的组织不均匀，使其应用受到限制。等截面角型 晶粒细化方法是一种实用有效的方法，加工过程中试样形状始终可保持不变，因而 可以反复变形产生大的应变，获得均匀致密的组织，并能够加工大体积试样。但等 截面角型挤压单次变形量较小，其挤压一次时产生的应变最大值近似为l。复合材料的制备过程中也常采用粉末冶金、熔渗或自生等手段，其中粉末冶 金、熔渗的工艺复杂，成本较高，自生的方法较难获得组织均匀的复合材料。因此在复合材料的制备过程中常伴随使用挤压或其他手段以细化组织。因此，需要一种新的装置及新的工艺方法来制备晶粒细化的金属基复合材料， 提高材料综合性能。在本专利技术完成之前，北京机电研究所超塑技术研究室的陆文林的文章(《热加工工艺》2001年第2期10-12页)"采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料"中介绍的沙 漏挤压丁艺示意图及陆文林的另一篇文章(《塑性工程学报》第7巻第4期1-4页)"沙漏挤压镦粗复合加工技术"中沙漏挤压工艺原理示意图及制成中提到挤压筒固定，顶杆A、 B向i^向同步运动时，试样在型腔A中受到挤压变形，在型腔B受到 镦粗变形。当试样向这个方向变形完毕后，顶杆A、 B可以再向相反的方向同步运动， 试样再次发生挤压、镦粗变形或顶杆固定，两侧的挤压桶往复运动实现沙漏挤压 工艺，对于具体模具的工作方式及是否是单缸压力机并没有涉及；台湾叶均蔚的 专利技术专利，"改善合金材料性质之方法及装置与其产品"，第0082100065号(专利 公告号00245662，国际专利分类号:B21B 23/00，公告日期1995年04月21日) 及"往复式挤压成型方法及其加工装置"，第129012号(专利公告号00424013， 国际专利分类号B21C 23/24，公告日期2001年03月01日)中的方法及装置均 采用两个挤压缸体挤压方式，即水平两个挤压缸同步动作， 一边的缸体向右运动 时另一边的缸体同步同速度向左运动，然后相反方向运动，从而往复挤压，但不 能实现单缸压力机的往复挤压。因此，以上方法及装置都未涉及单缸压力机的往 复挤压装置及加工工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而提供一种新的大变形 技术一_即一种利用往复式挤压来制备颗粒增强铝基复合材料的工艺及装置。本 专利技术能够在单缸压力机上实现往复式挤压的装置获得大变形制备颗粒增强铝基及 颗粒增强铝合金基复合材料的方法，从而得到均匀的等轴晶及各向同性的细晶复 合材料的原理、加工工艺及装置。本专利技术的目的可通过下述技术措施来实现本专利技术的利用往复式挤压来制备颗粒增强铝基复合材料的装置包括模具翻转 机构、通过铰接方式与模具翻转机构相结合的模具连接装置、以及放置在模具连6接装置中的挤压模具；其中，所述模具翻转机构包括模具翻转机构支架、设置在支架左右支撑件上 端的用于连接模具连接装置的弹性支撑件；所述模具连接装置包括上、下模具连接翻转横梁和用于连接上、下模具连 接翻转横梁的模具连接导向杆，以及安装在下模具连接翻转横梁上方中心部位、 且其上端向上延伸并与挤压模具中空腔相配合的下阳模，和安装在上模具连接翻 转横梁下方中心部位、且其下端向下延伸并与挤压模具中空腔相配合的的上阳模;在模具连接装置的左右两侧对称设置有模具翻转连接件，左、右模具翻转连接件 分别通过设置在其外侧中间部位的铰接部件与模具翻转机构中的弹性支撑件相结合；所述模具连接装置中使用高强度合金钢作横梁及连接螺栓。所述挤压模具是由同轴线设置的上、下挤压桶扣合组成，且在上、下挤压桶 相互扣合端的内壁上加工有用于嵌装左、右半环形凹模环形卡槽，并由嵌装在所 述环形卡槽内的左、右半环形凹模构成可拆卸的挤压内腔。本专利技术进一步包括用于挤压的挤压垫，其位于下模具连接翻转横梁的下方； 所述上、下挤压桶的外环面上均设置有加热体；左、右半环形凹模中的一个半环 形凹模上设置有控温热电偶；且所述上挤压桶的外径大于下挤压桶的外径。本专利技术在上模具连接翻转横梁加工有用于插装U型挤压杆的两个插装孔，且 所述两个插装孔的位置与位于安装在上模具连接翻转横梁下方的上阳模两侧。利用本专利技术的装置来制备颗粒增强铝基复合材料的工艺包括如下步骤a. 将左、右半环形凹模相对扣合成环形挤压凹模并压放入上挤压桶下端内壁 上加工出的用于嵌装左、右半环形凹模环形卡槽中；将下挤压桶通过上端内壁上 加工出的用于嵌装左、右半环形凹模环形卡槽与挤压凹模连接，组装成挤压模具， 并在模具中装入被挤压材料；之后，通过压力设备在上阳模和下阳模的两端加压，将被挤压粉体材料预变形，实现材料与模具型腔等体积往复挤压；b. 分别将上阳模的上端和下阳模的下端固定于模具连接装置的上、下模具连接 装置连接横梁的相应位置处，然后将模具连接装置固定于模具翻转机构上，并在 模具连接装置中的下模具连接装置连接横梁下部放上挤压垫，之后，将在U型挤 压杆通过设置在上模具连接翻转横梁上加工出的用于插装U型挤压杆的两个插装 孔安装在挤压桶上方，准备挤压；C.当压力机压下U型挤压杆时，模具翻转机构弹性支撑件被压縮，模具连接翻 转横梁与挤压垫接触，此过程中上挤压桶带动半环形凹模和半环形凹模及下挤压 桶向下运动，在半环形凹模和半环形凹模下部的被挤压材料是以一定挤压比被挤 压变细的过程，而上部的被挤压材料是被同时镦粗的过程；d.当压力机压头抬起后，模具翻转机构弹性支撑件中的两根弹簧向上托起整个模具，取下U型挤压杆，将模具翻转，然后再放入U型挤压杆，重复步骤c，实现对被挤压材料同时挤压和镦粗的往复挤压过程。本专利技术的方法进一步包括下述步骤当达到希望的挤压道次后，可采用一个 钢管套在下挤压桶上，并通过钢管套的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用往复式挤压来制备颗粒增强铝基复合材料的装置，其特征在于：该装置包括由模具翻转机构、通过铰接方式与模具翻转机构相结合的模具连接装置、以及放置在模具连接装置中的挤压模具； 其中，所述模具翻转机构包括模具翻转机构支架（１０）、设置在 模具翻转机构支架的左右支撑件上端的用于连接模具连接装置的弹性支撑件（１４）； 所述模具连接装置包括：上、下模具连接翻转横梁（９）和用于连接上、下模具连接翻转横梁的模具连接导向杆（８），以及安装在下模具连接翻转横梁上方中心部位、且其上端 向上延伸并与挤压模具中空腔相配合的下阳模（１２），和安装在上模具连接翻转横梁下方中心部位、且其下端向下延伸并与挤压模具中空腔相配合的的上阳模（１６）；在模具连接装置的左右两侧对称设置有模具翻转连接件（１３），左、右模具翻转连接件分别通过设置在其外侧中间部位的铰接部件与模具翻转机构中的弹性支撑件（１４）相结合； 所述挤压模具是由同轴线设置的上、下挤压桶（１、６）扣合组成，且在上、下挤压桶相互扣合端的内壁上加工有用于嵌装左、右半环形凹模（３、１５）环形卡槽，并由嵌装在所述环 形卡槽内的左、右半环形凹模（３、１５）构成可拆卸的挤压内腔。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈思杰，郭学锋，徐春杰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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