【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镁合金制备，具体涉及的是一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置及其成形工艺。
技术介绍
1、镁合金作为当今世界上密度最低的金属结构材料，具有卓越的比强度和比刚度，同时兼备良好的热成型性和环境友好性等特点，被广泛应用于汽车制造、数码产品、航天军工和医疗器械等领域。然而，其晶体结构属于密排六方结构，在常温下仅有两个较为容易开动的滑移系，而多晶体变形需要五个及以上独立滑移系同时开动，这导致镁合金在室温下塑性变形变得较为困难，宏观上在室温下反映出较不理想的力学性能。另一方面，在镁合金中，滑移系(晶体中原子在变形时滑移方向)通常分布在基面上。这意味着在开始塑性变形时，基面上晶体首先开始变形。当晶体一部分开始滑移时，其他部分很可能会跟随产生相同取向，因此形成基面织构。并且，镁合金基面和非基面滑移临界剪切应力相差较大，这意味着在低温度下，非基面滑移不容易启动，基面滑移更容易发生，导致晶粒在变形后更有可能形成强基面织构。以上因素对于镁合金在室温下塑性加工和力学性能具有明显不良影响，需要通过合适方法来改善。
2、晶粒细化是一种材料加工和改性的方法，通过减小金属或合金中晶粒尺寸，可以显著改善材料力学性能、热性能和其他物理性质。晶粒细化在材料科学和工程中具有重要应用，特别是在提高金属和合金强度、韧性和耐热性方面。
3、常见晶粒细化方法有：固溶处理、时效处理、等通道角挤压(ecap)、高压扭转(hpt)、多向锻造(mdf)、扭转挤压(twist extrusion)、机械合金化、快速冷却及细晶重熔(recrystall
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决镁合金制备过程中晶粒细化以及提高材料强度、硬度的同时保持材料均匀性的技术问题，本专利技术提供一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置及其成形工艺。
2、本专利技术的设计构思为：通过在模具内设置双向扭转挤压通道，与非水平椭圆通道相互配合，使得进入通道的镁合金坯料在向下运动过程中发生剧烈扭转挤压变形，使镁合金晶粒发生c轴偏转，同时坯料在向下运动过程中进一步经过不对称台阶状通道和一定范围内可以上下移动的活动颈缩滑块，使得其内部晶粒c轴进一步偏转，在细化晶粒同时弱化镁合金的强基面织构，从而改善镁合金的室温综合力学性能。
3、本专利技术通过以下技术方案予以实现：
4、一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，包括立式挤压设备和复合挤压模具，其中：所述立式挤压设备包括活动平台、工作平台、导柱和导套，在所述活动平台的几何中心位置处设置通孔，工作平台上表面的四角位置处竖直向上分别设置四根导柱，活动平台设置于工作平台的上方，并且与导柱对应的活动平台的四角位置处分别设置导孔，与导孔位置对应的活动平台的下表面上分别设置导套，导套分别与对应的导柱相配合，活动平台通过导套沿导柱上下往复运动；
5、所述复合挤压模具包括凸模、定位导筒、套筒固定凹模、第一凹模组件、第二凹模组件、第三凹模、第四凹模和第五凹模组件，所述第一凹模组件、第二凹模组件、第三凹模、第四凹模由上到下依次设置于工作平台的上方；
6、所述定位导筒竖直向下安装于所述通孔中，在定位导筒的外部套装套筒固定凹模，套筒固定凹模通过第一螺栓固定安装在活动平台的下表面上，保证挤压通道稳定性；待成形的坯料放置于定位导筒中，凸模设置于定位导筒中，凸模的外壁与定位导筒的内壁相配合，凸模挤压坯料沿定位导筒向下运动；
7、所述第一凹模组件包括第一凹模内模和第一凹模外模，第一凹模内模安装于第一凹模外模的内腔中，并且第一凹模内模的外壁与第一凹模外模的内壁相配合；在第一凹模组件的纵剖面内：所述第一凹模内模内腔的上部设置为逆时针扭转通道ⅰ，逆时针扭转通道ⅰ上端面的宽度或者直径为d1，d1＝60mm±1mm；第一凹模内模内腔的下部设置为第一楔形斜圆柱通道，逆时针扭转通道ⅰ的上端面与第一楔形斜圆柱通道下底面之间的垂直距离为h1，h1＝70mm±1mm，第一楔形斜圆柱通道的高度为h3，h3＝15mm±1mm，第一楔形斜圆柱通道下底面的宽度或直径为d2，d2＝40mm±1mm，逆时针扭转通道ⅰ与第一楔形斜圆柱通道连通，并且逆时针扭转通道ⅰ与第一楔形斜圆柱通道相贯面的倾角为α7，α7的角度为30°±1°，第一楔形斜圆柱通道外圆面的母线与铅垂线之间的夹角为α8，α8的角度为5°±1°；第一凹模外模左半侧内壁和第一凹模外模右半侧内壁的上部均设置为圆锥面，第一凹模外模左半侧内壁的母线与铅垂线之间的夹角为α2，α2的角度为10°±1°；第一凹模外模右半侧内壁上部的母线与铅垂线之间的夹角为α4，α4的角度为10°±1°，第一凹模外模右半侧内壁的下部与第一楔形斜圆柱通道的外圆面相配合；
8、在所述逆时针扭转通道ⅰ的纵剖面中：按照逆时针方向依次设置第一左上回转体通道、第一右上回转体通道、第一右下回转体通道和第一左下回转体通道；所述第一左上回转体通道的母线与第一凹模外模左半侧内壁的母线之间的夹角为α1，α1的角度为15°±1°；所述第一右上回转体通道的母线与第一凹模外模右半侧内壁上部的母线之间的夹角为α3，α3的角度为15°±1°；第一左上回转体通道的母线与第一左下回转体通道的母线的交点为a，a点与逆时针扭转通道ⅰ上端面之间的垂直距离为h2，h2＝38mm±1mm，第一左上回转体通道的母线与第一左下回转体通道的母线之间的夹角为α5，α5的角度为140°±1°；第一右上回转体通道的母线与第一右下回转体通道的母线的交点为b，b点与逆时针扭转通道ⅰ上端面之间的垂直距离为h1，h1＝35mm±1mm，第一右上回转体通道的母线与第一右下回转体通道的母线之间的夹角为α6，α6的角度为135°±1°，a点与b点之间的水平投影间距为d3，d3＝27mm±1mm；
9、所述第二凹模组件包括第二凹模内模和第二凹模外模，在第一凹模外模的侧壁和第二凹模外模的侧壁上分别设置加热装置，第二凹模内模安装于第二凹模外模的内腔中，并且第二凹模内模的外壁与第二凹模外模的内壁相配合；在第二凹模组件的纵剖面内：所述第二凹模内模内腔的上部设置为顺时针扭转通道ⅱ，顺时针扭转通道ⅱ上端面的形状与第一楔形斜圆柱通道下底面的形状相同，顺时针扭转通道ⅱ与第一楔形斜圆柱通道连通；第二凹模内模内腔的下部设置为第二楔形斜圆柱通道，并且第一楔形斜圆柱通道与第二楔形斜圆柱通道交错设置，顺时针扭转通道ⅱ与第二楔形斜圆柱通道连通，第二楔形斜圆柱通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，包括立式挤压设备和复合挤压模具，其特征在于：所述立式挤压设备包括活动平台(15)、工作平台(23)、导柱(17)和导套(16)，在所述活动平台(15)的几何中心位置处设置通孔，工作平台(23)上表面的四角位置处竖直向上分别设置四根导柱(17)，活动平台(15)设置于工作平台(23)的上方，并且与导柱(17)对应的活动平台(15)的四角位置处分别设置导孔，与导孔位置对应的活动平台(15)的下表面上分别设置导套(16)，导套(16)分别与对应的导柱(17)相配合，活动平台(15)通过导套(16)沿导柱(17)上下往复运动；
2.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述凸模(14)的模柄与挤压机的压头连接，挤压机的压头驱动凸模(14)竖直向下运动。
4.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述加热装置(18)为加热棒和/或者加热板，在第一凹模外模(29-2)的侧壁和第二凹模外
5.根据权利要求3或者4所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述第一凹模外模(29-2)的下端面上和第三凹模(27)的下端面上分别设置止口，第一凹模外模(29-2)的下端面通过止口与第二凹模外模(28-2)的上端面装配连接，第三凹模(27)的下端面通过止口与第四凹模(26)的上端面装配连接。
7.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述第一凹模外模(29-2)的外圆面和第三凹模(27)的外圆面上分别设置固定耳，立柱(19)沿竖直方向贯穿固定耳和工作平台(23)。
8.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述第四凹模(26)通过第二螺栓(24)固定安装在工作平台(23)上，所述左凹模(25-1)和右凹模(25-2)分别通过第三螺栓(22)固定安装在工作平台(23)上。
9.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述逆时针扭转通道Ⅰ左侧内壁的粗糙度为Ra0.1～0.15μm，右侧内壁的粗糙度为Ra0.15～0.20μm，并且逆时针扭转通道Ⅰ左侧内壁的粗糙度与右侧内壁的粗糙度不同；
10.一种采用如权利要求1～9任一所述成形装置进行非对称变径扭剪复合挤压成形的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，包括立式挤压设备和复合挤压模具，其特征在于：所述立式挤压设备包括活动平台(15)、工作平台(23)、导柱(17)和导套(16)，在所述活动平台(15)的几何中心位置处设置通孔，工作平台(23)上表面的四角位置处竖直向上分别设置四根导柱(17)，活动平台(15)设置于工作平台(23)的上方，并且与导柱(17)对应的活动平台(15)的四角位置处分别设置导孔，与导孔位置对应的活动平台(15)的下表面上分别设置导套(16)，导套(16)分别与对应的导柱(17)相配合，活动平台(15)通过导套(16)沿导柱(17)上下往复运动；
2.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述凸模(14)的模柄与挤压机的压头连接，挤压机的压头驱动凸模(14)竖直向下运动。
4.根据权利要求1所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，其特征在于：所述加热装置(18)为加热棒和/或者加热板，在第一凹模外模(29-2)的侧壁和第二凹模外模(28-2)的侧壁上分别设置加热孔和/或者加热槽，加热棒安装于对应的加热孔中，加热板安装于对应的加热槽中。
5.根据权利要求3或者4所述的一种非对称变径扭剪复合挤压成形装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王利飞，丰潇裕，宁运奇，米小龙，张校源，王红霞，苏桓，马晓虎，杨甲虎，刘青春，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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