一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具，属于高性能金属塑性成形领域。该模具中凹模由模芯左瓣、模芯右瓣和分流模芯构成；所述模芯内壁上设有螺旋带状凸起，所述分流模芯外壁也设有螺旋带状凸起，通过夹在模芯左瓣和模芯右瓣之间固定模芯的型腔内，由于两者的螺旋带状凸起螺旋方向相反，利用分流模芯和模芯对向的带状的螺旋凸起，使得在挤压过程中坯料内外侧同时受到两个相反方向的旋转，随着坯料不断从入料区沿着轴向挤到出料区，得到板材。本发明专利技术模具结合了扭转和挤压于一体，结构简单，操作性和实用性强，适用不同尺寸，满足不同需求，通过本发明专利技术可以获得更加均匀的超细晶组织、高强韧性的板材。高强韧性的板材。高强韧性的板材。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具


[0001]本专利技术属于高性能金属塑性成形领域，涉及一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具。

技术介绍

[0002]严重塑性变形(Severe Plastic Deformation,SPD)通过引入大的应变积累使金属材料发生强烈变形而使得晶粒显著细化和织构弱化，大幅度提高金属材料的力学性能。但是传统的大塑性变形方法普遍存在试样尺寸小，制备流程长等局限性，使得难以实现工业化应用。
[0003]为了实现严重塑性变形工艺在工业上的大规模应用，学者们开始将严重塑性变形工艺与其他加工工艺复合来解决工业应用问题。非对称挤压加工利用挤压模具结构非对称或制造非均匀温度场，使得坯料在挤压加工中受到大的剪切应变和应力应变差，对于镁合金而言，能够促进非基面取向晶粒再结晶和晶粒倾斜，从而弱化基面织构，改善塑性成形能力。扭转挤压(Twist Extrusion,TE)是乌克兰科学院院士Yan Beygelzimer教授及其团队于1999年提出的一种大塑性变形方法，在变形过程中产生漩流流动(Vortex Flow)的大剪切变形，使得晶粒细化的同时改变织构和组织的均匀性，从而提高材料性能。然而，由于样品尺寸太小，只能加工小尺寸试样，无法实现大规模工业化应用。
[0004]镁合金板材广泛应用于军工、航空航天、汽车、船舶及电子领域，复杂的服役环境要求其具有高的强韧性，但镁合金为密排六方结构，室温下塑性差，变形困难；低温轧制过程中可开动滑移系少，且以基面滑移为主，形成强基面织构，呈现较高各向异性，易造成边裂等缺陷；热变形过程中，受再结晶细晶及强化相效应的制约，传统的大塑性变形工艺难以获得超细晶组织的同时，提升板材的成形性能。采用旋转挤压成形可以累积大的应变量，获得具有超细晶组织、高强韧性和弱各向异性的镁合金板材，但传统旋转挤压成形只是将旋转成形与挤压成形简单组合在一起，在挤压同时只能提供外加单个扭矩，受变形条件限制，只能提供有限的附加剪切变形量。专利号CN103785702A提出了一种涡旋挤压式大塑性变形装置。该方法为直通式扭转挤压工艺，该方法依靠扭转挤压腔的上缩口和下缩口的夹角以及腔内壁凸起和凹槽实现大塑性变形。物料塑性变形程度取决于上缩口和下缩口的夹角，当该夹角不足，腔内壁的凸起与凹槽形成的剪切应力便不足以从物料的外部区域作用到物料的内部，因此需要足够的角度来发生塑性变形。而较大的角度意味着出口模腔口部变小，所以需要较大的挤压力，这对于一些难变形合金提出了更高的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具，所述模具包括：凸模、凹模1和凹模外圈2，凸模主要由挤出杆构成，凹模1由模芯左瓣、模芯右瓣和分流模芯3构成；
[0006]其中模芯左瓣和模芯右瓣可拼合成一个圆台形结构安装在凹模外圈2内，拼合成
的圆台结构中间为模具型腔；所述模具型腔设有对向螺旋扭转挤压腔，对向螺旋扭转挤压腔内壁7设有螺旋带状凸起，分流模芯3下部夹在模芯左瓣和模芯右瓣之间，使分流模芯3上部固定在对向螺旋扭转挤压腔中，所述分流模芯3上部的外壁设有螺旋带状凸起，与对向螺旋扭转挤压腔内壁上的螺旋带状凸起螺旋方向相反，由对向螺旋扭转挤压腔内壁上的螺旋带状凸起和分流模芯3上的螺旋带状凸起构成对向螺旋扭转变形区Ⅱ，所述对向螺旋扭转变形区上方设有入料区Ⅰ，所述对向螺旋扭转变形区下方设有出料区Ⅲ。
[0007]优选地，螺旋扭转变形区Ⅱ的高度为h2，则分流模芯高度为0.6～0.8h2。
[0008]优选地，所述对向螺旋扭转挤压腔呈从上端到下端逐渐缩口形状。
[0009]优选地，所述对向螺旋扭转挤压腔内壁上的螺旋带状凸起的上端部延伸至对向螺旋扭转挤压腔的上缩口5，下端部延伸至对向螺旋扭转挤压腔的下缩口6。入料区横截面半径为R1，上缩口5横截面半径为R1，下缩口6横截面半径为0.8R1～R1。
[0010]优选地，所述凹模与分流模芯轴线中心轴线不重合。
[0011]优选地，所述出料区轴线与凹模中心轴线不重合。出料区Ⅲ的截面长为M，宽为0.1～0.15M，出料区Ⅲ的高度为0.6～0.8h2。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术利用模具型腔内壁与分流模芯的对向螺旋带状凸起，在挤压过程中，通过横截面不断变化的螺旋通道时产生一个周向的扭转力，受到持续的剪切变形，使得坯料能够切割和破碎较大的第二相颗粒，使得微观结构更加均匀，有助于提高材料的综合性能；
[0014]通过分流模芯和出料口的非对称设计，改变挤压模具内腔结构，使坯料在热挤压过程中于模具内在特定方向上产生流速差从而引入剪切变形，达到弱化镁合金基面织构的作用，非对称挤压引入剪切变形可使基面极轴发生偏离并细化晶粒，提高合金的成形性能。
[0015]本专利技术的模具型腔结构能够实现镁合金板材的短流程、高性能成形，降低镁合金板材的生产成本。
附图说明
[0016]图1为本专利技术模具的立体剖视结构示意图；
[0017]图2为模具凹模的立体剖视结构示意图；
[0018]图3为模具分流模芯的立体结构示意图；
[0019]图4为模具凹模的平面结构示意图；
[0020]图5为棒材成型模具凹模的立体剖视结构示意图；
[0021]图6为实施例1挤压后的板材金相组织图；
[0022]图7为实施例2挤压后的板材金相组织图；
[0023]图8为实施例3挤压后的板材金相组织图；
[0024]图中，1
‑
凹模，2
‑
凹模外圈，3
‑
分流模芯，4
‑
带状凸起，5
‑
上缩口，6
‑
下缩口，7
‑
对向螺旋扭转挤压腔内壁，8
‑
分流模芯外壁，
Ⅰ‑
入料区，
Ⅱ‑
对向螺旋扭转变形区，
Ⅲ‑
出料区。
具体实施方式
[0025]下面以具体实施例的方式对本专利技术做进一步解释和说明，但本专利技术不局限于以下实例。
[0026]如图1～3所示，本专利技术的一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具，所述模具包括凹模1与凹模相适配的凹模外圈2组成，所述凹模由模芯左瓣和模芯右瓣和分流模芯3构成；模芯左瓣、模芯右瓣和分流模芯拼合成一个圆台形结构安装在凹模外圈，拼合成的圆台结构中间为模具型腔；所述分流模芯3夹在模芯左瓣和模芯右瓣之间。
[0027]实施例1
[0028]本实施例所用对向螺旋扭转挤压模具，其入料区的高度为90mm，横截面半径为40mm；对向螺旋扭转变形区的高度为60mm，上缩口横截面半径为40mm，下缩口横截面半径为32mm；分流模芯的高度为40mm，横截面半径为6mm；出料区的横截面长宽为30mm
×
2mm，高为40mm。
[0029]本实施例选用AZ31镁合金圆柱形铸锭，尺寸规格：半径为40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能板材的对向螺旋扭转挤压模具，所述模具包括：凸模、凹模(1)和凹模外圈(2)，凸模主要由挤出杆构成，其特征在于，所述凹模(1)由模芯左瓣、模芯右瓣和分流模芯(3)构成；其中，模芯左瓣和模芯右瓣可拼合成一个圆台形结构安装在凹模外圈(2)内，拼合成的圆台结构中间为模具型腔；所述模具型腔设有对向螺旋扭转挤压腔，对向螺旋扭转挤压腔内壁(7)设有螺旋带状凸起，分流模芯(3)下部夹在模芯左瓣和模芯右瓣之间，使分流模芯(3)上部固定在对向螺旋扭转挤压腔中，所述分流模芯(3)上部的外壁设有螺旋带状凸起，其与对向螺旋扭转挤压腔内壁(7)上的螺旋带状凸起的螺旋方向相反；由对向螺旋扭转挤压腔内壁(7)上的螺旋带状凸起和分流模芯(3)上的螺旋带状凸起构成对向螺旋扭转变形区Ⅱ，所述对向螺旋扭转变形区Ⅱ上方设有入料区Ⅰ，所述对向螺旋扭转变形区Ⅱ下方设有出料区Ⅲ。2.根据权利要求1所述的高性能板材的对向螺旋扭转挤压模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明辉，李昱萱，李志刚，蔡金龙，杜枭飞，韩洪江，贾红杰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：