专利名称：大型等通道转角大应变挤压模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料改性加工模具，尤其是一种利用等通道挤压变形改变材
料组织结构的大直径通道挤压模具，具体地说是一种推挤式连续挤压的大型等通道转角大 应变挤压模具。
背景技术：
众所周知，自20世纪90年代中期以来，等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)技术受到全球材料界的高度重视，现已发展成为制备高性能金属材 料的一个重要方法。ECAP技术对材料的加工具有剪切力大、剪切应变大、能高效细化材料组 织与夹杂物、消除孔洞缺陷的特点，而且加工出来的材料具有几何形状基本不变、强度高、 塑性好、成形性能好、疲劳性能好、抗腐蚀性好、超精密切削及阳极氧化表面质量高等许多 性能。 但是，迄今为止，ECAP技术加工出来的材料其尺寸都很小(横截面尺寸不超过 20mmX 20mm(长方体)或①20mm(圆柱体))，严重阻碍了 ECAP技术的工业化应用。ECAP技 术在加工材料的过程中，前道工件需要后道工件的推挤才能出模，即才能实现连续化、量化 生产。由于前道工件对后道工件的反向作用力大于加工材料的塑性流变应力，因此后道工 件在发生挤压下行之前已经发生了锻粗，对模具表面产生了很大的压力，导致润滑失效、摩 擦力急剧升高、挤压载荷急剧增大，使得挤压过程难以进行，对于低硬度、易发生塑性变形 的材料如3003A1、6063A1等尤为如此。对于小型ECAP而言，挤压载荷对挤压设备的吨位要 求和对模具的强韧性要求等可以忽略，但对于大型ECAP而言，此要求已成为限制其产业化 应用的关键瓶颈。 因此，要在工业上推广应用ECAP技术，必须处理好大型模具强韧性、工件大应变 变形质量(应变大小、应变均匀性等)、工件连续量化大应变加工生产之间的矛盾，这除了 要对模具整体进行强韧化设计外，还必须对模具的工作腔(模芯型腔)的结构参数进行选 择与优化。到目前为止，尚未有一种可供实际工业生产使用的大型、连续等通道转角挤压变 形制备高性能金属材料的模具可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的等通道转角挤压加工缺乏大型模具而难以实现工业
化生产及对低硬度材料不能实现连续化生产的问题，设计一种能连续批量进行等通道转角
挤压加工的大型等通道转角挤压加工模具，为实现工业化生产利用等通道转角挤压加工大
幅提高金属材料的组织与性能提供必需的装备。 本发明的技术方案是 —种大型等通道转角大应变挤压模具，包括上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12、 凹模套2、凸模10、前模芯15、后模芯18和下模座4，其特征是上模座7固定于加载机械的 上工作台上，凸模10的上端固定安装于凸模固定板12内，上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12之间用销钉8定位和内六角圆柱头螺钉5紧固相连形成一个整体后与加载机械的上 工作台相连；前模芯15和后模芯18用销13和16定位后镶嵌于凹模套2内，凸模10的下 端插装在前模芯15和后模芯18之间形成的挤压腔19中，凹模套2上设有与所述的挤压腔 19相通的斜置的挤出通道20，凹模套2镶嵌于下模座4内，前模芯15、后模芯18和凹模套2 之间为锥度配合，下模座4和凹模套2相连(用销钉1定位和内六角圆柱头螺钉17紧固)， 下模座4安装于加载机械(如液压机)的下工作台上，在下模座4上设有与凹模套2上的 挤出通道20相通的出料腔21。 所述的前模芯15和后模芯18之间形成的挤压腔19由两个相交的圆柱形等通道 组成，所述圆柱形等通道的直径为20-90mm、两个圆柱形等通道轴线的内角小为100 120 度，两个圆柱形等通道转角过渡段外角V为24 30度。 本发明的模具可对低硬度金属3003A1和6063A1实施推挤式连续等通道转角大应 变挤压加工并将其夹杂物AlFeMnSi碎化至3微米以下。 所述的前模芯15、后模芯18和凹模套2之间的配合锥度的锥角为4 8度。
所述的上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12之间通过销钉8定位并通过内六角圆 柱头螺钉5紧固连成一个可拆卸的整体结构。 所述的模座4和凹模套2通过销钉1定位和内六角圆柱头螺钉17紧固。
本发明的有益效果 (1)本发明为等通道转角挤压加工方法提供了一种可工业化生产的大型模具，解 决了理论与实际结合的难题。
(2)本发明通过模具结构的优化设计，尤其是通过对内角和外角角度的控制，很好
地解决了大型模具强韧性、工件大应变变形质量(应变大小、应变均匀性等)、工件连续量
化大应变加工生产之间的矛盾，使得挤出流畅无阻滞，保证了连接挤压的进行。 (3)本发明可对直径20 90mm的3003A1、6063A1等低硬度金属材料实施等通道
转角大应变挤压加工并碎化其夹杂物至3微米以下。 (4)本发明模具所有零件都可拆卸，模具保养维护方便。
图1是本发明的模具结构示意图。 图2是图1的俯视结构示意图。 图3是铸态3003A1经本发明的模具挤压后夹杂物被碎化至小于3 y m的金相图。 图4是铸态6063A1经本发明的模具挤压后夹杂物被碎化至小于3 y m的金相图。 图5是利用本发明的模具挤压后的产品实物照片图。 图中1、8、13、16为定位销；2为凹模套；3、9、 11、 14为起吊用螺钉孔；4为下模座；
5、17为内六角头螺钉；6为凸模垫板；7为上模座；10为凸模；12为凸模固定板；15为前模 芯；18为后模芯；19为挤压腔；20为挤出通道；21为出料腔。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示。
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—种大型等通道转角大应变挤压模具，包括上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12、 凹模套2、凸模10、前模芯15、后模芯18 (见图2)和下模座4，上模座7固定于加载机械(如 液压机)的上工作台上，凸模10的上端固定安装于凸模固定板12内，上模座7、凸模垫板6、 凸模固定板12之间用销钉8定位和内六角圆柱头螺钉5紧固相连形成一个整体后与加载 机械的上工作台相连；前模芯15和后模芯18用销13和16定位后镶嵌于凹模套2内，凸模 10的下端插装在前模芯15和后模芯18之间形成的挤压腔19中，该挤压腔19由两个相交 的圆柱形等通道组成，所述圆柱形等通道的直径为20-90mm、两个圆柱形等通道轴线的内角 小为100 120度，两个圆柱形等通道转角过渡段外角u/为24 30度。凹模套2上设有 与所述的挤压腔19相通的斜置的挤出通道20，凹模套2镶嵌于下模座4内，前模芯15、后 模芯18和凹模套2之间为锥度配合，配合的锥角可为4 8度，下模座4和凹模套2相连， 具体实施时可用销钉1定位和内六角圆柱头螺钉17紧固，下模座4安装于加载机械(如液 压机)的下工作台上，在下模座4上设有与凹模套2上的挤出通道20相通的出料腔21，如 图l所示。 本发明的模具的安装过程为将凹模套2镶嵌于下模座4内，用销l和内六角头螺 钉17进行定位和紧固；将前后模芯15、 18)用销13、 16定位后放入凹模套2内；将凸模10 安装于凸模固定板12内；将上模座7、凸模垫板6、凸模固定板12用销钉8定位和内六角圆 柱头螺钉5紧固；将以上装配好的模具的凸模部分和凸模部分合模后，安装到加载机械(如 液压机)上。 大应变挤压工作过程为将工件放入垂直通道中，工件在加载机械(液压机)的压 力作用下，经过模芯内的相交转角发生大应变变形；当工件上端下行到模芯转角处时，停止 加载，反向开动加载机械上行凸模，放入后续工件至垂直通道中，再次加载，利用后续工件 将先前工件推挤出模具；如此往复，实现连续等通道大应变挤压加工。 以下是按照本发明的方法进行连续等通道大应变挤压加工的实例，但不仅仅限于 这些实例，对于不同成分的坯料，只要采用本发明所述方法，均可达到本发明的目的。
本发明的模具可广泛应用于3003A1、6063A1等低硬度金属实施推挤式连续等通 道转角大应变挤压加工并将其夹杂物(AlFeMnSi)碎化至3微米以下。以下是利用本发明 的模具加工的具体实例。 实例1 :等通道转角挤压模具的通道直径为90mm、模具内角小为120度、模具外角 V角为30度。能很顺利对直径90mm的铸态3003A1和6063A1进行连续等通道大应变挤压 加工，碎化夹杂物(AlFeMnSi)至小于3 y m，并将其分散开(见图3、4)。
实例2 :等通道转角挤压模具的通道直径为20mm、模具内角小为110度、模具外角 V为25度。能很顺利地对直径20mm的铸态3003A1和6063A1进行连续等通道大应变挤压 加工，6063A1的硬度从58. 8Hv提高到94. 2Hv。 实例3 :等通道转角挤压模具的通道直径为20mm、模具内角小为100度、模具外角 V为24度。能很顺利地对直径20mm的铸态3003A1和6063A1进行连续等通道大应变挤压 加工，6063A1的硬度从58. 8Hv提高到96Hv。 实例4 :等通道转角挤压模具的通道直径为20mm、模具内角小为100度、模具外角 V为70度。虽然能非常顺利地对直径20mm的铸态3003A1和6063A1进行连等通道挤压加 工，但应变量较小且不均匀，应用价值不大。
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实例5 :等通道转角挤压模具的通道直径为20mm、模具外角V为90度、模具内角 小为90度。第一个铸态3003A1坯料末端进入模具拐角后，放入第二个坯料，第二个坯料不 能把第一个坯料推挤出来，等通道转角挤压不能连续进行。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
一种大型等通道转角大应变挤压模具，包括上模座(7)、凸模垫板(6)、凸模固定板(12)、凹模套(2)、凸模(10)、前模芯(15)、后模芯(18)和下模座(4)，其特征是凸模(10)的上端固定安装于凸模固定板(12)内，上模座(7)、凸模垫板(6)和凸模固定板(12)紧固相连形成一个整体；前模芯(15)和后模芯(18)镶嵌于凹模套(2)内，凸模(10)的下端插装在前模芯(15)和后模芯(18)之间形成的挤压腔(19)中，凹模套(2)上设有与所述的挤压腔(19)相通的斜置的挤出通道(20)，凹模套(2)镶嵌于下模座(4)内，前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套(2)之间为锥度配合，下模座(4)和凹模套(2)相连，在下模座(4)上设有与凹模套(2)上的挤出通道(20)相通的出料腔(21)。
2. 根据权利要求l所述的模具，其特征是所述的前模芯(15)和后模芯(18)之间形成 的挤压腔(19)由两个相交的圆柱形等通道组成，所述圆柱形等通道的直径为20-90mm、两 个圆柱形等通道轴线的内角小为100 120度，两个圆柱形等通道转角过渡段外角V为 24 30度。
3. 根据权利要求1所述的模具，其特征是它可对低硬度金属3003A1和6063A1实施推 挤式连续等通道转角大应变挤压加工并将其夹杂物AlFeMnSi碎化至3微米以下。
4. 根据权利要求l所述的模具，其特征是所述的前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套 (2)之间的配合锥度的锥角为4 8度。
5. 根据权利要求l所述的模具，其特征是所述的上模座(7)、凸模垫板(6)、凸模固定 板(12)之间通过销钉(8)定位并通过内六角圆柱头螺钉(5)紧固连成一个可拆卸的整体 结构。
6. 根据权利要求1所述的模具，其特征是所述的模座(4)和凹模套(2)通过销钉(1) 定位和内六角圆柱头螺钉(17)紧固。
全文摘要
一种大型等通道转角大应变挤压模具，包括上模座(7)、凹模套(2)、凸模(10)和下模座(4)，其特征是凸模(10)的上端固定安装于凸模固定板(12)内，上模座(7)、凸模垫板(6)和凸模固定板(12)紧固相连形成一个整体；前模芯(15)和后模芯(18)镶嵌于凹模套(2)内，凸模(10)的下端插装在前模芯(15)和后模芯(18)之间形成的挤压腔(19)中，凹模套(2)上设有与所述的挤压腔(19)相通的斜置的挤出通道(20)，凹模套(2)镶嵌于下模座(4)内，前模芯(15)、后模芯(18)和凹模套(2)之间为锥度配合，下模座(4)和凹模套(2)相连，在下模座(4)上设有与凹模套(2)上的挤出通道(20)相通的出料腔(21)。本发明具有强度大，挤压流畅，结构简单的优点。
文档编号B21C25/00GK101693264SQ20091003609
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者刘桂玲, 姜银方, 张增雷, 戈晓岚, 成城, 戴亚春, 樊曙天, 潘励, 王宏宇, 程晓农, 袁国定, 许晓静 申请人:江苏大学;