专利名称：一种用于大塑性变形细化晶粒方法的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模具组件，特别涉及一种塑性变形模具组件。
背景技术：
金属材料晶粒越细，其室温强度越高，而且材料韧性也会同时提高；因此细化晶粒是控制金属材料组织最重要、最基本的方法。细化晶粒的方法主要有利用相变和再结晶的热处理(或形变热处理)，钢液超速急冷，机械合金化(或机械碾磨)，超细粒子烧结，非晶晶体化，以及大塑性变形加工等方法。其中，近年来不断发展的通过使材料产生剧烈的塑性变形，从而达到组织细化的大塑性变形加工方法，具有将粗晶金属的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，越来越受到企业及研究机构的关注。现有的大塑性变形方法包括等径角挤压法(Equal Channel AngularExtrusion,简称 ECAE),高压扭转法(High Pressure torsion,简称 HPT),反复 重叠压接法(Accumulative Roll-Bonding,简称ARB),以及循环挤压法(CyclicExtrusion-Compression,简称CEC)等,但是这些大塑性变形方法大都存在着一些问题，比如模具要求高，寿命低，成本高，生产效率低，无法制备难以变形的材料，所制备的材料尺寸有限等等，一直是大塑性变形法需要突破的难点。公告号为CN101116880A，
公开日为2008年2月6日，名称为“制备大块超细晶材料的镦压模具”的中国专利文献，其涉及一种镦压模具用来制备超细晶材料，该模具包括挤压冲头、上模、下模，上模中有一竖直方形通孔，挤压冲头由动力设备连接可自由进出该竖直方形通孔，挤压冲头进入上模后与上模一起构成上型腔，上型腔为一高度和长度尺寸大而宽度尺寸小的竖直长方体，下模中有一长方体或圆柱体凹槽，上模和下模一起构成长方体或者圆柱体下型腔。该发明可制备大块的组织均匀的平均晶粒尺寸范围为100nm-l_的超细晶材料。公告号为JP2000313948，公告日为2000年11月14日，名称为“成形材料及成形产品的制造方法”的日本专利文献，其涉及了一种材料成型加工方法，该方法将合金材料放置于一个近于密封的空间，通过改变空间的大小使合金材料发生塑性变形来达到使之塑性变形的目的。上述两个专利都是通过某种驱动力来驱动待加工工件，使其在通过模具的过程中发生变形并产生大应变，从而达到细化晶粒的效果。公布号为CN102199741A，公布日为2011年9月28日，名称为“一种大塑性变形细化晶粒方法”的中国专利文献公开了一种细化晶粒方法。该发明的技术方案的主要步骤如图1所示首先，由模块A与模块C之间构成第一通道，并由模块A与模块B之间构成第二通道，将待加工工件放置于第一通道内，对模块A施加垂直于第一通道的正压力Fa (Y轴负方向)以压紧待加工工件；第二步，对模块B施加平行于第一通道的推力Fb (X轴负向)，使模块B带动模块A沿第一通道反方向(X轴负方向)移动一个步长Z S，从而使待加工工件在此过程中从模块A与模块B之间的第二通道挤出一个斜向上的步长；第三步，释放施加于模块A的正向压力及模块B的推力，使模块A、模块B沿X轴正方向退回初始位置；第四步，重复前三步骤，直至待加工工件全部挤压完成，即完成一个周期的加工。可根据需要重复上述过程，进行多道次加工，获得均匀的细晶组织。与前述公告号为CN101116880A和公告号为JP2000313948的专利文献公开的技术方案不同，公布号为CN102199741A的专利文献通过驱动力驱动模具来加工静止固定的待加工工件，以获得超细晶颗粒材料。但是，该方法在实施时具有一定的困难请继续参阅图1，当在模块B右侧向左施加力Fb进行推挤时，较难保证工件与模块C之间相对静止无滑移，而只有在工件静止不动的情况下，才能确保工件头部被动地挤压进入AB之间的斜通道，实现一个道次的挤压。要实现工件与模块C之间相对静止无滑移，从原理上说，可以要求模块A与待加工工件的上接触面为光滑表面，而模块C与工件接触的表面则尽量粗糙，即通过减少工件与挤压通道下表面之间的摩擦力，并增大对挤压通道的驱动力，使工件前进的阻力减少，能够顺利通过挤压通道。但是在实践中，难以做到模块C对工件下表面提供足够强大的附着力以保持工件静止不动。
实用新型内容本实用新型的发明目的是提供一种用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其是基于公布号为CN102199741A的中国专利文献所涉及的“一种大塑性变形细化晶粒方法”而设计的装置，其旨在实现在挤压过程中固定待加工工件，同时保证相应模块回退时不限制工件的跟随移动，从而确保往复式摩擦挤压能够顺利应用，实现良好的挤压效果。根据上述发明目的，本实用新型提供了一种用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其包括第一模块、第二模块和设于第一模块和第二模块下方的第三模块，其中第一模块和第三模型形成了用于容置待挤压材料的第一通道，第一模块和第二模块形成了用于容置待挤压材料的第二通道，第一模块和第二模块固定连接，第一模块和第二模块之间设有刀片；此外，所述用于大塑性变形细化晶粒方法的装置还包括一尾带压紧块，其设于所述第三模块的上方，并设于第一模块的旁侧；一压紧块驱动元件，其设置于尾带压紧块的上方，并与尾带压紧块固定连接以驱动尾带压紧块在竖直或基本竖直的方向上移动；—模块压紧兀件，其设置于第一模块和第二模块的上方以向第一模块和第二模块施加一竖直向下或基本竖直向下的压紧力，所述第一模块和第二模块可与模块压紧元件在水平方向上发生相对移动；一模块推挤元件，其与第二模块连接，以驱动第二模块和第一模块在水平或基本水平的方向上移动。本技术方案所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置的工作过程为(I)初始位置先将待挤压材料穿入第一通道内，接触到刀片的位置，然后模块压紧元件向下压紧第一模块，压紧块驱动元件驱动尾带压紧块向下压紧待挤压材料的后半部;(2)挤压第一个冲程模块推挤元件将第二模块和第一模块前推到与尾带压紧块相接触的位置，完成引入；(3)回拉准备保持模块压紧元件压紧，压紧块驱动元件驱动尾带压紧块向上，不再压住待挤压材料，然后模块推挤元件驱动第二模块和第一模块后退一个微步长，这时材料跟随第一模块和第二模块向前移动一个相同的微步长，实现进给，该微步长不能过大，否则容易导致材料在尾带压紧块和第一模块和第二模块构成的模块组件之间产生弯曲变形；(4)挤压第二个冲程保持模块压紧元件压紧，压紧块驱动元件驱动尾带压紧块压紧材料，然后模块推挤元件将第二模块和第一模块前推到与压紧块相接触的位置，完成第二个冲程；(5)回拉准备同步骤(3);(6)挤压第三个冲程同步骤(4);......。 如此循环往复，直到除尾部外的所有材料都从第一模块和第二模块组成的模块组件中挤出，然后松开模块组件，移开第一模块，取出挤压了第一道次的材料。再将挤压过的材料重新送入上述装置中按照上述步骤挤压一遍，即完成了材料的第二道次挤压。如此，可实现多个道次的挤压塑性变形，实现晶粒的微细化。进一步地，所述尾带压紧块上与第一模块相邻的侧面，具有一向外伸出的凸起；所述第一模块上也具有一凹槽，与所述凸起匹配。更进一步地，所述凸起的宽度小于待挤压材料的宽度。更进一步地，所述凸起的宽度约为待挤压材料宽度的1/2 2/3。在实际挤压过程中，由于在第一模块和第二模块所形成的挤压通道的转折处材料的塑性变形阻力很大，很容易导致工件在尾带压紧块和第一模块之间产生弯曲变形，从而导致挤压过程难以继续进行。尾带压紧块与第一模块之间的距离越大，工件在两者之间越容易产生弯曲，因此需要控制每次往复步进量，其为一个微步长^ S。尤其是将工件头部挤过第一通道和第二通道所形成的锐角处的第一道次，更加需要精确控制微步长^ s的量。但是如果每次步进量的微步长^ s都比较小，那么全部挤压完一个道次就需要较长的时间，这样不利于生产效率的提高。为了解除微步长」s的限制，并增加首道次挤压的成功率，在本技术方案的优选技术方案中，在尾带压紧块及第一模块上分别设置了能相互匹配的凸起和凹槽，且凸起的宽度小于待挤压材料的宽度。这样，当第一模块受外力向前推或向后挤时，只要其运动行程小于凸起的长度，则可保证凸起和凹槽之间始终楔合，那么待挤压材料喂入装置的部分就会一直受到从上往下的正压力，无裸露在外的自由不受力的部分，因此也就不会产生弯曲变形，同时在外力推进下，工件将不得不从预定的第二通道的锐角转折处挤出，顺利完成大塑性变形，实现材料晶粒微细化的目的。可选地，所述尾带压紧块上与第一模块相邻的侧面，具有若干个向外伸出的凸起，该各凸起沿尾带压紧块的宽度方向依次排布；所述第一模块上也设有若干个与该各凸起对应匹配的凹槽。当工件具有较大的宽度时，也可以沿着尾带压紧块及第一模块的宽度方向相应地设置多个匹配的凸起和凹槽。进一步地，所述压紧块驱动元件为一液压缸。进一步地，所述模块压紧元件包括另一液压缸，以及与另一液压缸的液压杆连接的滚动轴承。进一步地，所述模块推挤元件为又一液压缸。本实用新型所述的技术方案对工件材料的长度、宽度没有限制，可用于钢、铜、铝、钛等多种无室温冷脆性金属材料的加工。本实用新型所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置较之公布号为CN102199741A的中国专利文献中所涉及的装置，具有以下有益效果1.在实际挤压过程中，固定待加工工件，并保证在挤压过程，工件尾部固定不动，工件前半部由于第一和第二模块的进给运动而被动地进入第二通道完成细化，确保往复式摩擦挤压塑性变形方法的顺利应用；2.解决了在半连续通道往复式挤压塑性变形过程中，由于塑性变形阻力较大，工件易在一些薄弱点产生弯曲变形的问题，实现工件连续挤压，并能提高挤压效率； 3.整个装置结构简单，在工业生产中容易实现；4.工件的尺寸在加工前后保持不变。
图1显示了现有大塑性变形细化晶粒方法的步骤流程。图2为本实用新型所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置在一种实施方式下的结构示意图。图3显示了采用图2所示的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置进行大塑性变形细化晶粒的步骤流程。图4显示了材料在挤压过程中发生弯曲变形的状态。图5显示了本实用新型所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置在另一种实施方式下的部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对于本实用新型所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置做出进一步解释，但是该解释并不构成对于本实用新型的限定。实施例1如图2所示，在本实施例中，用于大塑性变形细化晶粒方法的装置包括第一模块和第二模块构成的模块组件105 (挤压过程中第一模块和第二模块之间没有相对移动)，以及设于模块组件105下方的第三模块108，其中第一模块和第三模型108之间形成了用于容置待挤压材料101的第一通道，第一模块和第二模块之间形成了用于挤压材料的第二通道，模块组件105之间设有刀片107，尾带压紧块102设于第三模块108的上方，并设于第一模块的旁边，其与压紧块液压缸103连接，并可由压紧块液压缸103驱动在竖直方向或基本竖直的方向上移动；模块组件105上方设有模块压紧兀件104,在本实施例中模块压紧兀件104包括液压缸和与液压缸的液压杆连接的滚动轴承，其中液压缸用于向模块组件105施加一竖直向下或基本竖直向下的压紧力，滚动轴承使得模块压紧元件104可以在模块组件105的上表面沿水平方向滚动；模块组件105还与推挤液压缸106连接，并由推挤液压缸106驱动其在水平或基本水平的方向上移动。[0048]图3显示了图2所示的装置进行大塑性变形细化晶粒的步骤，如图3所示(I)初始位置先将待挤压材料101穿入第一通道内，接触到刀片107的位置，然后模块压紧元件104向下压紧第一模块，压紧块液压缸103驱动尾带压紧块102向下压紧待挤压材料101的后半部；(2)挤压第一个冲程推挤液压缸106将模块组件105前推到与尾带压紧块102相接触的位置，完成引入；(3)回拉准备保持模块压紧元件104压紧，压紧块液压缸103驱动尾带压紧块102向上，不再压住待挤压材料101，然后推挤液压缸106驱动模块组件105后退一个微步长，从图中可以看出，此时模块压紧元件104与模块组件105之间在水平方向上发生了相对移动，这时材料101跟随模块组件105移动一个相同的微步长，实现进给，该微步长不能过大，否则容易导致材料101在尾带压紧块和模块组件105之间产生弯曲变形；(4)挤压第二个冲程保持模块压紧元件104压紧，压紧块液压缸103驱动尾带压 紧块102压紧材料101，然后推挤液压缸106将模块组件105前推到与压紧块102相接触的位置，完成第二个冲程；(5)回拉准备同步骤(3);......;如此循环往复，直到除尾部外的所有材料101都从模块组件105中挤出，然后松开模块组件105，移开第一模块，取出挤压了第一道次的材料101。再将挤压过的材料101重新送入上述装置中按照上述步骤挤压一遍，即完成了材料101的第二道次挤压。在本实施例中，对2mm厚,70mm宽,初始晶粒尺寸42 μ m的IF钢薄带按照上述步骤进行了八道次挤压试验，挤压后IF金薄带尺寸保持不变，平均晶粒尺寸为200nm，平均维氏硬度达到250。经过组织分析、织构分析以及硬度测试，表明IF钢的组织得到细化，证明了本实用新型所述用于大塑性变形细化晶粒方法的装置所制备的IF钢具有超细晶粒。如图4所示，在实际挤压过程中，由于在第一模块和第二模块所形成的挤压通道的转折处材料101的塑性变形阻力很大，很容易导致材料101在尾带压紧块102和模块组件105之间产生弯曲变形，从而导致挤压过程难以继续进行。尾带压紧块102与模块组件105之间的距离越大，材料101在两者之间越容易产生弯曲，因此需要控制每次往复步进量。实施例2为了避免微步长对于大塑性变形细化晶粒过程的限制，保证即使在较大的步长下，材料也不会在尾带压紧块和模块组件之间产生弯曲变形，本实施例中的尾带压紧块和第一模块还进行以下设置如图5所示，在尾带压紧块102上设置向外伸出的凸起，相应地在第一模块1051上设置与凸起匹配的凹槽1081，该凸起的宽度可以设定约为材料101宽度的1/2 2/3。这样，当第一模块1051受外力向前推或向后挤时，只要其运动行程小于凸起的长度，则可保证凸起和凹槽之间始终啮合，那么待挤压材料101喂入装置的部分就会一直受到从上往下的正压力，无裸露在外的自由不受力的部分，因此也就不会产生弯曲变形，同时在外力推进下，材料101将不得不从预定的第二通道的锐角转折处挤出，顺利完成大塑性变形。本实施例中的其他元件构造和连接关系均与实施例1相同，且装置的工作过程也与实施例1相同，因此在此不再赘述。要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的一个具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的 内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其包括第一模块、第二模块和设于第一模块和第二模块下方的第三模块，其中第一模块和第三模型形成了用于容置待挤压材料的第一通道，第一模块和第二模块形成了用于容置待挤压材料的第二通道，第一模块和第二模块固定连接，第一模块和第二模块之间设有刀片；其特征在于，所述用于大塑性变形细化晶粒方法的装置还包括一尾带压紧块，其设于所述第三模块的上方，并设于第一模块的旁侧；一压紧块驱动元件，其设置于尾带压紧块的上方，并与尾带压紧块固定连接以驱动尾带压紧块在竖直或基本竖直的方向上移动；一模块压紧兀件，其设置于第一模块和第二模块的上方以向第一模块和第二模块施加一竖直向下或基本竖直向下的压紧力，所述第一模块和第二模块可与模块压紧元件在水平方向上发生相对移动；一模块推挤元件，其与第二模块连接，以驱动第二模块和第一模块在水平或基本水平的方向上移动。
2.根据权利要求1所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述尾带压紧块上与第一模块相邻的侧面，具有一向外伸出的凸起；所述第一模块上也具有一凹槽，与所述凸起匹配。
3.根据权利要求2所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述凸起的宽度小于待挤压材料的宽度。
4.根据权利要求3所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述凸起的宽度约为待挤压材料宽度的1/2 2/3。
5.根据权利要求1所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述尾带压紧块上与第一模块相邻的侧面，具有若干个向外伸出的凸起，所述各凸起沿尾带压紧块的宽度方向依次排布；所述第一模块上也设有若干个与所述各凸起对应匹配的凹槽。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述压紧块驱动元件为一液压缸。
7.根据权利要求6所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述模块压紧元件包括另一液压缸，以及与另一液压缸的液压杆连接的滚动轴 承。
8.根据权利要求7所述的用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，其特征在于，所述模块推挤元件为又一液压缸。
专利摘要本实用新型公开了一种用于大塑性变形细化晶粒方法的装置，包括第一模块、第二模块和第三模块；以及一尾带压紧块，其设于所述第三模块的上方，并设于第一模块的旁侧；一压紧块驱动元件，其设置于尾带压紧块的上方，并与尾带压紧块固定连接以驱动尾带压紧块在竖直或基本竖直的方向上移动；一模块压紧元件，其设置于第一模块和第二模块的上方以向第一模块和第二模块施加一竖直向下或基本竖直向下的压紧力，所述第一模块和第二模块可与模块压紧元件在水平方向上发生相对移动；一模块推挤元件，其与第二模块连接，以驱动第二模块和第一模块在水平或基本水平的方向上移动。
文档编号C22F1/00GK202849521SQ20122049164
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者张春伟, 朱健桦, 闫博 申请人:宝山钢铁股份有限公司