一种管材旋挤成形模具及其成形方法与流程

本发明属于材料挤压技术领域，具体涉及一种管材旋挤成形模具及其成形材料的方法。

背景技术：

管材是工业生产中广泛使用的重要原料。管材的塑性加工技术由于具有低能耗、省材料、高效率等优点，成为管材加工的主要手段。基于传统的管材成形方法，剧烈塑性变形衍生出一系列的新型管材成形方式，例如，tubularchannelangularpressing，tubechannelpressing和high-pressuretubetwisting等(scichinatechsci，2012，55：1-6)，此外，申请公布号为cn104307908a和cn102430609a的申请专利也提出在传统的管材挤压变形的基础上增加其他扭转变形方式实现材料的大塑性变形，从而提高管材的成形效率。

通过大的塑性变形实现管材的成形是当今管材塑性加工的一个研究方向，采用复合加载方式可有效地提高管材的成形效率，挤压和扭转相结合是一种很有潜力的管材成形方式。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种管材旋挤成形模具及其成形方法的方法，可实现管材的挤压和扭转相结合的复合成形方式，提高材料的组织的改善和成形的效率。

本发明的管材旋挤成形模具由冲头、凹模和芯模组成。

冲头为一管体，环形横截面的外径为d，内径为d3，冲头的长度为l；

凹模为一圆柱形的柱体，凹模的的成形型腔由上至下依次由导入段、旋挤段、导出段组成，凹模的长度为1.75l；

导入段的横截面是直径为d的圆形，导入段的长度为l；

旋挤段由一级旋挤段和二级旋挤段组成；

一级旋挤段的上端面是直径为d的大圆形，下端面是直径为d1的中圆形，一级旋挤段的长度为l/4，一级旋挤段上端面的大圆形的圆心和下端面的中圆形的圆心在水平面投影上相差一距离m，一级旋挤段上端面的大圆形和下端面的中圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2，β为15°～30°；

二级旋挤段的上端面是直径为d1的中圆形，下端面是直径为d2的小圆形，二级旋挤段的长度为l/4，二级旋挤段上端面的中圆形和下端面的小圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为β/2；

一级旋挤段的上端面的大圆形的圆心和二级旋挤段的下端面的小圆形的圆心在水平面投影上重合；

导出段的横截面是直径为d2的圆形，导出段的长度为l/4；

芯模一圆柱形的棒体，圆形横截面的直径为d3，长度为1.75l；

所述d3＜d2＜d1＜d；

所述0＜d2-d3≤(d-d3)/2；

所述0＜m＜(d1-d3)/2。

本发明采用上述管材旋挤成形模具的成形方法的步骤为：

步骤一，准备：清洁管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔，在第一预成形管材内外表面、冲头、芯模和管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：将第一预成形管材放置于管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔的导入段中，第一预成形管材的下端面与一级旋挤段的上端面相接触，第一预成形管材的上端面为挤压端面，将芯模插入第一预成形管材内，将芯模放入管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔的导入段中，冲头的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形管材的挤压端面相接触；

步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形管材，当冲头的挤压工作端面与管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔的引入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行；

步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，当冲头完全从管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔出来时，将第二预变形管材放置于管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔的导入段中，开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预变形管材，当冲头的挤压端面与管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔的引入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，第二预变形管材会将第一预变形管材挤出管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔，第一预变形管材依次经过管材旋挤成形模具的凹模的导入段、旋挤段、导出段的变形，完成第一预成形管材的偏轴旋挤变形；

步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，冲头完全从管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔出来。

上述管材旋挤成形模具的成形方法，所述预成形管材的外径为d，内径为d3，长度为l/2～3l/4。

本发明采用的偏轴旋挤成形的技术方案，可实现管材的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式。管材受到冲头、模具成形型腔和芯模的限制，处于强烈的三向压应力状态，在剪切应力的作用下，材料的内部组织发生挤压变形和扭转变形，材料能够获得比传统单纯挤压成形更大的变形程度，有利于细化材料组织和提高材料性能。

本发明提供的一种用于管材旋挤成形模具及其成形方法，带来的有益效果：本发明具有变形效果好，速度快，效率高的优点，极大地改善了材料内部的应力应变分布，同时提高了材料综合性能。该发明设计合理可靠，具有成形方法简单，操作简便等优点，有利于提高生产效率。

附图说明

图1是管材旋挤成形模具的结构示意图；

图2是管材旋挤成形模具的凹模的成形型腔结构示意图；

图3是旋挤段结构示意图；

图4是旋挤段的空间几何关系图；

图5是旋挤段的水平投影图；

图中：1.冲头，2.凹模，3.芯模，4.导入段，5.旋挤段，6.导出段，7.一级旋挤段，8.二级旋挤段

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：外径为20mm，内径为10mm，长度为50mm的管材旋挤成形模具及其成形方法

图1～3示出了管材旋挤成形模具的结构，由冲头1、凹模2和芯模3组成。

冲头1为一管体，环形横截面的外径为20mm，内径为10mm，冲头1的长度为80mm；

凹模2为一圆柱形的柱体，凹模2的的成形型腔由上至下依次由导入段4、旋挤段5、导出段6组成，凹模2的长度为140mm；

导入段4的横截面是直径为20mm的圆形，导入段4的长度为80mm；

旋挤段5由一级旋挤段7和二级旋挤段8组成；

一级旋挤段7的上端面是直径为20mm的大圆形，下端面是直径为16mm的中圆形，一级旋挤段7的长度为20mm，一级旋挤段7上端面的大圆形的圆心和下端面的中圆形的圆心在水平面投影上相差一距离2mm，一级旋挤段7上端面的大圆形和下端面的中圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为10°；

二级旋挤段8的上端面是直径为16mm的中圆形，下端面是直径为14mm的小圆形，二级旋挤段8的长度为20mm，二级旋挤段8上端面的中圆形和下端面的小圆形在水平面上发生顺时针扭转，扭转角为10°；

一级旋挤段7的上端面的大圆形的圆心和二级旋挤段8的下端面的小圆形的圆心在水平面投影上重合；

导出段6的横截面是直径为14mm的圆形，导出段6的长度为20mm；

芯模3一圆柱形的棒体，圆形横截面的直径为10mm，长度为140mm；

本发明采用上述管材旋挤成形模具成形方法的步骤为：

步骤一，准备：清洁管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔，在第一预成形管材内外表面、冲头1、芯模3和管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，装配：将第一预成形管材放置于管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔的导入段4中，第一预成形管材的下端面与一级旋挤段7的上端面相接触，第一预成形管材的上端面为挤压端面，将芯模3插入第一预成形管材内，将芯模3放入管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔的导入段4中，冲头1的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形管材的挤压端面相接触；

步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头1以5mm/s的挤压速度挤压第一预成形管材，当冲头1的挤压工作端面与管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔的引入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行；

步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，当冲头1完全从管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔出来时，将第二预变形管材放置于管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔的导入段4中，开启挤压装置，冲头1以5mm/s的挤压速度挤压第二预变形管材，当冲头1的挤压端面与管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔的引入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头1的挤压运行，第二预变形管材会将第一预变形管材挤出管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔，第一预变形管材依次经过管材旋挤成形模具的凹模2的导入段4、旋挤段5、导出段6的变形，完成第一预成形管材的偏轴旋挤变形；

步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲头1以15mm/s的速度提升，冲头1完全从管材旋挤成形模具的凹模2的成形型腔出来。

本发明的目的在于提出了一种简单易操作的用于管材旋挤成形模具及其成形方法，可实现管材的挤压与扭转剪切相结合的复合成形方式，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，可满足材料科学工程中科研和生产的需求。通过更改模具的形状和尺寸，具体实施方式不变，满足不同管材的成形要求，更多的成形实施例不便胜举。