一种往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的装置及方法

本发明属于镁合金塑性成形技术领域，具体涉及的是一种往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的装置及方法。

背景技术：

镁合金是密度最小的金属结构材料，同时兼备比强度和比刚度高、摩擦时不起火花、热成形性好、易回收等优点，因此其在汽车、3c、航空航天、军事等领域中占有重要地位，更是被誉为“21世纪的绿色能源材料”。然而，镁合金因其密排六方晶体结构导致室温下无法满足塑性变形要求的von-mises准则，宏观表现为较差的室温力学性能，限制了镁合金在各领域中的应用。晶粒细化可以显著提高金属材料的各项力学性能，镁合金亦是如此，剧烈塑性变形技术被证实能够有效地细化镁合金晶粒，如高压扭转，其可以将晶粒极度细化，甚至可获得超细晶组织。然而，扭转变形一般较为复杂，模具加工要求与设备需求高，需承受较大压力，材料扭转程度低、过程不均匀等，对实现大批量连续制备有着极大限制。因此，发明一种通过扭转变形制备细晶镁合金的装置及其加工方法是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供一种往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的装置及方法。通过该装置及其加工方法，使镁合金坯料在加工过程中发生连续剧烈扭转变形，从而实现晶粒细化，改善镁合金的室温力学性能，扩大镁合金应用范围。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的装置，它包括外部模架、内部扭转模具和往复挤压机，其中：

所述外部模架包括左立柱、右立柱、上横梁、下横梁、左凸模和右凸模，所述左立柱与右立柱相对设置，横跨左立柱与右立柱的上部设置上横梁，横跨左立柱与右立柱的下部设置下横梁，上横梁与下横梁相对的表面均设置为波浪面形状，并且上横梁波浪面的波峰位置与下横梁波浪面的波谷位置相对应；所述左凸模固定安装于左立柱的中部，右凸模固定安装于右立柱的中部，并且左凸模和右凸模相对设置；

所述内部扭转模具包括左凹模、右凹模、摆动板、上传动板、下传动板、定位销与加热层，左凹模与右凹模对称布置，所述左凹模与左凸模相配合，右凹模与右凸模相配合，摆动板设置于左凹模与右凹模之间，左凹模与右凹模之间位于摆动板的上方设置上滑槽，左凹模与右凹模之间位于摆动板的下方设置下滑槽，摆动板尾部的上方设置上传动板，摆动板尾部的下方设置下传动板，上横梁竖直向下压紧上传动板在上滑槽中沿上横梁的波浪面轨迹往复运动，下横梁竖直向上压紧下传动板在下滑槽中沿下横梁的波浪面轨迹往复运动；所述摆动板的首端设置与待成形棒料外形相配合的棒料扭转成形孔，上传动板与下传动板共同驱动摆动板绕扭转成形孔做往复式摆动，棒料成形孔的上下两侧沿摆动板的宽度方向对称设置腰形孔，贯穿腰形孔安装定位销，摆动板以腰形孔为轨迹、定位销为极限位置进行往复摆动；加热槽沿长度方向贯穿左凹模与右凹模，并且加热槽位于摆动板的上、下行程终了位置处，加热层安装于加热槽中；

所述往复挤压机包括左挤压油缸、左挤压杆、右挤压杆和右挤压油缸，左挤压杆的一端安装在左挤压油缸上，左挤压杆的另一端与左凹模固定连接，右挤压杆的一端安装在右挤压油缸上，右挤压杆的另一端与右凹模固定连接；左凸模、右凸模、左凹模、右凹模与摆动板围成的空腔组成的扭转挤压空间，正多边形棱柱形状的镁合金棒料填充于扭转挤压空间中，往复挤压机驱动左凹模与右凹模在上横梁与下横梁之间同步向左立柱或者右立柱运动。

进一步地，所述扭转挤压空间包括由左向右依次设置的左固定区域ⅰ、扭转区域ⅲ与右固定区域ⅱ，扭转区域ⅲ在镁合金棒料成形过程中不断扭转进入该区域的镁合金棒料，使镁合金棒料产生剧烈塑性变形以细化晶粒，左固定区域ⅰ与右固定区域ⅱ将挤出扭转区域ⅲ的镁合金棒料整形。

进一步地，所述左固定区域ⅰ、右固定区域ⅱ与扭转区域ⅲ三个区域的纵截面的形状与尺寸均与镁合金棒料纵截面的形状与尺寸相同。

进一步地，所述左凸模、右凸模、左凹模、右凹模与摆动板的材质均为热作模具钢4cr5mosiv1，左凸模、右凸模、左凹模、右凹模与摆动板的表面粗糙度均为ra0.16~0.4μm。

进一步地，所述上横梁、下横梁、上传动板与下传动板的表面粗糙度均为ra0.16~0.4μm。

进一步地，所述摆动板在成形过程中单边摆动角不大于15度。

由于所述上横梁与下横梁均是具有一段波浪弧的横梁，在竖直方向，上横梁上的波峰与下横梁上的波谷分别对应，即：上横梁的最宽处在竖直方向上的下横梁对应位置为最窄处。在装置工作过程中，上横梁、上传动板、摆动板、下传动板与下横梁五者时刻紧密接触，且上横梁与上传动板的线接触垂直于上传动板与摆动板的线接触及下传动板与摆动板的线接触并平行于下传动板与下横梁的线接触，而上传动板与摆动板的线接触平行于下传动板与摆动板的线接触。

因此，当内部扭转模具由中位向左位移动时，上传动板与上横梁的接触线逐渐从上横梁波浪弧中间位置移向波谷位置，同时下传动板与下横梁的接触线逐渐由下横梁波浪弧中间位置移向波峰位置，在此过程中，上横梁、上传动板、摆动板、下传动板与下横梁始终紧密接触，通过上横梁与上传动板的线接触、上传动板与摆动板的线接触、摆动板与下传动板的线接触及下传动板与下横梁的线接触这四副接触结构，使得摆动板在左视方向上进行顺时针转动并在装置处于左位状态时达到最大单边摆动角，使得镁合金坯料在此过程中发生动态扭转；同理，当内部扭转模具由中位向右位移动时，上传动板与上横梁的接触线逐渐从上横梁波浪弧中间位置移向波峰位置，同时下传动板与下横梁的接触线逐渐由下横梁波浪弧中间位置移向波谷位置，在此过程中，上横梁、上传动板、摆动板、下传动板与下横梁始终紧密接触，通过上横梁与上传动板的线接触、上传动板与摆动板的线接触、摆动板与下传动板的线接触及下传动板与下横梁的线接触这四副接触结构，使得摆动板在左视方向上进行逆时针转动并在装置处于右位状态时达到最大单边摆动角，使得镁合金坯料在此过程中发生动态扭转。需要说明的是，装置的左位状态与右位状态并非装置工作过程中其内部扭转模具的左、右极限位置。通过上横梁、上传动板、摆动板、下传动板与下横梁的可靠机械传动，使摆动板在左视方向上时而顺时针转动，时而逆时针转动，带动内部扭转区域的镁合金坯料发生扭转变形细化晶粒。

进一步，在装置工作过程中，当内部扭转模具移动至左（右）极限位置时，即：当内部扭转模具移动至摆动板与左（右）凹模的接触面与左（右）凸模的右（左）端面重合时，则控制左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器控制左挤压杆与右挤压杆使内部扭转模具向右（左）移动。由于所述左凸模与右凸模在装置工作过程中分别固定在左立柱与右立柱上，所述左立柱与右立柱的间距通过上横梁与下横梁固定，因此，所述镁合金坯料在空间上相对外部模架处于静止状态，而所述内部扭转模具在装置工作过程中在空间上相对外部模架不断左右往复运动，这将导致所述扭转区域中的镁合金坯料始终不是同一处坯料，因此，通过该装置的往复扭转挤压变形作用所得的镁合金坯料的晶粒极度细化，同时其内部组织均匀。

一种采用上述装置往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的方法，包括以下步骤：

s1、镁合金棒料预处理：

s1-1、将镁合金棒材加工成成正多边形棱柱形状的镁合金棒料，并用600目砂纸对镁合金棒料的表面进行打磨，去除油污，然后依次用800目、1000目、1200目砂纸进行打磨，直至镁合金棒料表面光洁；

s1-2、将丙酮与无水乙醇按体积比3:2在清洗槽中混合后搅拌均匀，配制成清洗液；

s1-3、将步骤s1-1制备的镁合金棒料浸没入步骤s1-2制备的清洗液内，将清洗槽放置在超声波清洗机上对镁合金棒料超声波清洗30~60min，然后取出镁合金棒料并用无水乙醇清洗，最后用吹风机吹干；

s1-4、将步骤s1-3制备的镁合金棒料的表面涂抹石墨油溶液，留待后步使用；

s2、镁合金棒料预热：设定真空气氛加热炉的加热温度为350~500℃，加热炉炉温达到设定温度后，将镁合金棒料放入加热炉内，保温2~4h；

s3、往复扭转挤压变形成形装置的润滑、装配与预热：

s3-1、润滑：将左凸模外表面、右凸模外表面、左凹模内腔、右凹模内腔、摆动板所有表面、上传动板所有表面、下传动板所有表面上涂抹石墨油溶液；

s3-2、装配：

首先，将左凸模安装于左立柱上，将右凸模、上横梁与下横梁安装于右立柱上，将左挤压杆与左凹模固定连接、右挤压杆与右凹模固定连接，并将左挤压杆和右挤压杆分别与对应的左挤压油缸和右挤压油缸连接，将左凸模插入左凹模内，将右凸模插入右凹模内，将上横梁与下横梁的自由端安装于左立柱上；

其次，分别操作左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器，调节左凹模与右凹模之间的距离，使左凹模与右凹模之间能放入摆动板、上传动板与下传动板；然后，将上横梁抵住上传动板的上方，上传动板的下方抵住摆动板的尾部，摆动板的尾部抵住下传动板的上方，下传动板的下方抵住下横梁，使上横梁、上传动板、摆动板、下传动板与下横梁五者紧密接触；

再次，操作左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器，使摆动板、上传动板以及下传动板的两侧面分别与对应的左凹模和右凹模贴紧；

最后，操作左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器，使内部扭转模具整体同步左右移动，观察摆动板的摆动情况，执行如下步骤a或者步骤b：

a如摆动板不能正常摆动，继续调整左凹模与右凹模的间距，直至摆动板摆动正常，然后执行步骤b；

b如摆动板能正常摆动，控制左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器使内部扭转模具移动至中部位置，并将上横梁与下横梁均紧固以保证左立柱与右立柱紧固为一体，然后执行后续步骤；

s3-3、预热：操作加热层控制器控制加热层温度为350~500℃，达到设定温度后保温2~4h，留待后步使用；

s4、往复扭转挤压成形：

s4-1、将左凸模从左凹模与左立柱中退出，扭转挤压空间中放入镁合金棒料，然后左凸模重新与左凹模装配，至左凸模不能移动，然后将左凸模固定在左立柱上；操作左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器控制内部扭转模具整体同步移动速度v为10~200mm/min，往复扭转挤压成形过程中，操作加热层控制器控制加热层温度为350~500℃；

s4-2、操作左挤压油缸控制器与右挤压油缸控制器控制内部扭转模具在左立柱与右立柱之间往复运动，使镁合金棒料各段晶粒均得到细化；待内部扭转模具往复运动20次以上，并且使内部扭转模具停在中部位置，然后按下停止按钮，完成镁合金棒料往复扭转挤压成形；

s4-3、取出步骤s4-2制得的镁合金棒料，用砂纸对其表面进行打磨，然后用步骤s1-2制备的清洗液清洗镁合金棒料，最后用无水乙醇二次清洗，并用吹风机吹干，制得能够直接投入使用的细晶镁合金棒材。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1.本发明各零件形状简单，制造工序简单、制造成本低；

2.往复扭转挤压过程提供扭转变形使得镁合金多边形棒料晶粒细化效果更为显著，且所得细晶镁合金多边形棒料组织均匀；

3.分块式结构，使用者可根据需求变更模块以制备不同正多边形截面的细晶镁合金多边形棒料。

附图说明

图1为本发明内部扭转模具处于左位状态时的主视结构示意图；图2为图1中a-a面内部扭转模具左视结构示意图；图3为图1中扭转挤压空间局部主剖视图；图4为图3的d-d面截面图；

图5为本发明内部扭转模具处于中位状态时的主视结构示意图；图6为图5中b-b面内部扭转模具左视结构示意图；图7为图5中扭转挤压空间局部主剖视图；图8为图7的e-e面截面图；

图9为本发明内部扭转模具处于右位状态时的主视结构示意图；图10为图9中c-c面内部扭转模具左视结构示意图；图11为图9中扭转挤压空间局部主剖视图；图12为图11的f-f面截面图；

图13为传统工艺方法相同条件所得镁合金多边形棒料的ebsd；

图14为通过本发明往复扭转挤压装置及加工方法所得细晶镁合金多边形棒料的ebsd图。

图中：1-左立柱；2-上横梁；3-上传动板；4-摆动板；5-左凸模；6-加热层；7-左挤压杆；8-左挤压油缸；9-左凹模；10-右立柱；11-下横梁；12-下传动板；13-镁合金棒料；14-右挤压油缸；15-右凸模；16-右挤压杆；17-定位销；18-右凹模；19-显示屏；20-开始按钮；21-左挤压油缸控制器；22-加热层控制器；23-导线；24-中央控制台；25-右挤压油缸控制器；26-暂停按钮；27-停止按钮；

ⅰ-左固定区域；ⅱ-右固定区域；ⅲ-扭转区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

一种往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的装置，它包括外部模架、内部扭转模具和往复挤压机，其中：

所述外部模架包括左立柱1、右立柱10、上横梁2、下横梁11、左凸模5和右凸模15，所述左立柱1与右立柱10相对设置，横跨左立柱1与右立柱10的上部设置上横梁2，横跨左立柱1与右立柱10的下部设置下横梁11，上横梁2与下横梁11相对的表面均设置为波浪面形状，并且上横梁2波浪面的波峰位置与下横梁11波浪面的波谷位置相对应；所述左凸模5固定安装于左立柱1的中部，右凸模15固定安装于右立柱10的中部，并且左凸模5和右凸模15相对设置；

所述内部扭转模具包括左凹模9、右凹模18、摆动板4、上传动板3、下传动板12、定位销17与加热层6，左凹模9与右凹模18对称布置，所述左凹模9与左凸模5相配合，右凹模18与右凸模15相配合，摆动板4设置于左凹模9与右凹模18之间，左凹模9与右凹模18之间位于摆动板4的上方设置上滑槽，左凹模9与右凹模18之间位于摆动板4的下方设置下滑槽，摆动板4尾部的上方设置上传动板3，摆动板4尾部的下方设置下传动板12，上横梁2竖直向下压紧上传动板3在上滑槽中沿上横梁2的波浪面轨迹往复运动，下横梁11竖直向上压紧下传动板12在下滑槽中沿下横梁11的波浪面轨迹往复运动；所述摆动板4的首端设置待成形棒料外形相配合的棒料扭转成形孔，在本具体实施方式中棒料扭转成形孔设置为正六边形，上传动板3与下传动板12共同驱动摆动板4绕扭转成形孔做往复式摆动，棒料成形孔的上下两侧沿摆动板的宽度方向对称设置腰形孔，贯穿腰形孔安装定位销17，摆动板4以腰形孔为轨迹、定位销17为极限位置进行往复摆动；加热槽沿长度方向贯穿左凹模9与右凹模18，并且加热槽位于摆动板4的上、下行程终了位置处，加热层6安装于加热槽中；

所述往复挤压机包括左挤压油缸8、左挤压杆7、右挤压杆16和右挤压油缸14，左挤压杆7的一端安装在左挤压油缸8上，左挤压杆7的另一端与左凹模9固定连接，右挤压杆16的一端安装在右挤压油缸14上，右挤压杆16的另一端与右凹模18固定连接；左凸模5、右凸模15、左凹模9、右凹模18与摆动板4围成的空腔组成的扭转挤压空间，六棱柱形状的镁合金棒料13填充于扭转挤压空间中，往复挤压机驱动左凹模9与右凹模18在上横梁2与下横梁11之间同步向左立柱1或者右立柱10运动。

进一步地，所述扭转挤压空间包括由左向右依次设置的左固定区域ⅰ、扭转区域ⅲ与右固定区域ⅱ，扭转区域ⅲ在镁合金棒料13成形过程中不断扭转进入该区域的镁合金棒料13，使镁合金棒料13产生剧烈塑性变形以细化晶粒，左固定区域ⅰ与右固定区域ⅱ将挤出扭转区域ⅲ的镁合金棒料13整形。

进一步地，所述左固定区域ⅰ、右固定区域ⅱ与扭转区域ⅲ三个区域的纵截面的形状与尺寸均与镁合金棒料13纵截面的形状与尺寸相同。

进一步地，所述左凸模5、右凸模15、左凹模9、右凹模18与摆动板4的材质均为热作模具钢4cr5mosiv1，左凸模5、右凸模15、左凹模9、右凹模18与摆动板4的表面粗糙度均为ra0.16μm。

进一步地，所述上横梁2、下横梁11、上传动板3与下传动板12的表面粗糙度均为ra0.16μm。

进一步地，所述摆动板4在成形过程中单边摆动角不大于15度。

本具体实施方式中，在进行往复扭转挤压变形制备细晶镁合金之前先精选制备过程需要的材料、化学试剂：

1、镁合金棒料13：正六棱柱棒坯，材料选用az31，含镁96%、含铝3%、含锌1%；

2、砂纸，固态固体；

3、石墨油溶液，黏稠液体；

4、无水乙醇，液态液体，纯度99.5%；

5、丙酮，液态液体，纯度99%。

一种采用上述装置往复扭转挤压变形制备细晶镁合金的方法，包括以下步骤：

s1、镁合金棒料13预处理：

s1-1、将镁合金棒材加工成正六棱柱形状的镁合金棒料13，并用600目砂纸对镁合金棒料13的表面进行打磨，去除油污，然后依次用800目、1000目、1200目砂纸进行打磨，直至镁合金棒料13表面光洁；

s1-2、将丙酮与无水乙醇按体积比3:2在清洗槽中混合后搅拌均匀，配制成清洗液；

s1-3、将步骤s1-1制备的镁合金棒料13浸没入步骤s1-2制备的清洗液内，将清洗槽放置在超声波清洗机上对镁合金棒料13超声波清洗60min，然后取出镁合金棒料13并用无水乙醇清洗，最后用吹风机吹干；

s1-4、将步骤s1-3制备的镁合金棒料13的表面涂抹石墨油溶液，留待后步使用；

s2、镁合金棒料13预热：设定真空气氛加热炉的加热温度为450℃，加热炉炉温达到设定温度后，将镁合金棒料13放入加热炉内，保温3h；

s3、往复扭转挤压变形成形装置的润滑、装配与预热：

s3-1、润滑：将左凸模5外表面、右凸模15外表面、左凹模9内腔、右凹模18内腔、摆动板4所有表面、上传动板3所有表面、下传动板12所有表面上涂抹石墨油溶液；

s3-2、装配：

首先，将左凸模5安装于左立柱1上，将右凸模15、上横梁2与下横梁11安装于右立柱10上，将左挤压杆7与左凹模9固定连接、右挤压杆16与右凹模18固定连接，并将左挤压杆7和右挤压杆16分别与对应的左挤压油缸8和右挤压油缸14连接，将左凸模5插入左凹模9内，将右凸模15插入右凹模18内，将上横梁2与下横梁11的自由端安装于左立柱1上；

其次，分别操作左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25，调节左凹模9与右凹模18之间的距离，使左凹模9与右凹模18之间能放入摆动板4、上传动板3与下传动板12；然后，将上横梁2抵住上传动板3的上方，上传动板3的下方抵住摆动板4的尾部，摆动板4的尾部抵住下传动板12的上方，下传动板12的下方抵住下横梁11，使上横梁2、上传动板3、摆动板4、下传动板12与下横梁11五者紧密接触；

再次，操作左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25，使摆动板4、上传动板3以及下传动板12的两侧面分别与对应的左凹模9和右凹模18贴紧；

最后，操作左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25，使内部扭转模具整体同步左右移动，观察摆动板4的摆动情况，执行如下步骤a或者步骤b：

a.如摆动板4不能正常摆动，继续调整左凹模9与右凹模18的间距，直至摆动板4摆动正常，然后执行步骤b；

b.如摆动板4能正常摆动，控制左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25使内部扭转模具移动至中部位置，并将上横梁2与下横梁11均紧固以保证左立柱1与右立柱10紧固为一体，然后执行后续步骤；

s3-3、预热：操作加热层控制器22控制加热层6温度为450℃，达到设定温度后保温3h，留待后步使用；

s4、往复扭转挤压成形：

s4-1、将左凸模5从左凹模9与左立柱1中退出，扭转挤压空间中放入镁合金棒料13，然后左凸模5重新与左凹模9装配，至左凸模5不能移动，然后将左凸模5固定在左立柱1上；操作左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25控制内部扭转模具整体同步移动速度v为120mm/min，往复扭转挤压成形过程中，操作加热层控制器22控制加热层6温度为450℃；

s4-2、操作左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25控制内部扭转模具在左立柱1与右立柱10之间往复运动，使镁合金棒料13各段晶粒均得到细化；待内部扭转模具往复运动20次以上，并且使内部扭转模具停在中部位置，然后按下停止按钮27，完成镁合金棒料13往复扭转挤压成形；

s4-3、取出步骤s4-2制得的镁合金棒料13，用砂纸对其表面进行打磨，然后用步骤s1-2制备的清洗液清洗镁合金棒料13，最后用无水乙醇二次清洗，并用吹风机吹干，制得能够直接投入使用的细晶镁合金棒材。

以下结合附图对本发明通过上述步骤获得细晶镁合金的原理进行详述：

由于所述上横梁2与下横梁11均是具有一段波浪弧的横梁，在竖直方向，上横梁2上的波峰与下横梁11上的波谷分别对应，即：上横梁2的最宽处在竖直方向上的下横梁11对应位置为最窄处，如图1、5、9所示。在装置工作过程中，上横梁2、上传动板3、摆动板4、下传动板12与下横梁11五者时刻紧密接触，且上横梁2与上传动板3的线接触垂直于上传动板3与摆动板4的线接触及下传动板12与摆动板4的线接触并平行于下传动板12与下横梁11的线接触，而上传动板3与摆动板4的线接触平行于下传动板12与摆动板4的线接触。

因此，当内部扭转模具由中位向左位移动时，上传动板3与上横梁2的接触线逐渐从上横梁2波浪弧中间位置移向波谷位置，同时下传动板12与下横梁11的接触线逐渐由下横梁11波浪弧中间位置移向波峰位置，即：上传动板3与上横梁2的接触位置及下传动板12与下横梁11的接触位置由图5状态变为图1状态，在此过程中，上横梁2、上传动板3、摆动板4、下传动板12与下横梁11始终紧密接触，通过上横梁2与上传动板3的线接触、上传动板3与摆动板4的线接触、摆动板4与下传动板12的线接触及下传动板12与下横梁11的线接触这四副接触结构，使得摆动板4在左视方向上进行顺时针转动并在装置处于左位状态时达到最大单边摆动角α（在本具体实施例中α为15°），即：摆动板4由图6状态转为图2状态，使得此过程中处于扭转区域ⅲ的镁合金棒料13发生动态扭转；同理，当内部扭转模具由中位向右位移动时，上传动板3与上横梁2的接触线逐渐从上横梁2波浪弧中间位置移向波峰位置，同时下传动板12与下横梁11的接触线逐渐由下横梁11波浪弧中间位置移向波谷位置，即：上传动板3与上横梁2的接触位置及下传动板12与下横梁11的接触位置由图5状态变为图9状态，在此过程中，上横梁2、上传动板3、摆动板4、下传动板12与下横梁11始终紧密接触，通过上横梁2与上传动板3的线接触、上传动板3与摆动板4的线接触、摆动板4与下传动板12的线接触及下传动板12与下横梁11的线接触这四副接触结构，使得摆动板4在左视方向上进行逆时针转动并在装置处于右位状态时达到最大单边摆动角α（在本具体实施例中α为15°），即：摆动板4由图6状态转为图10状态，使得此过程中处于扭转区域ⅲ的镁合金棒料13发生动态扭转。需要说明的是，装置的左位状态与右位状态并非装置工作过程中其内部扭转模具的左、右极限位置。通过上横梁2、上传动板3、摆动板4、下传动板12与下横梁11的可靠机械传动，进而使摆动板4在左视方向上时而顺时针转动，时而逆时针转动，从而带动其内部扭转区域ⅲ中的镁合金棒料13发生扭转变形以细化晶粒。

进一步的，在装置工作过程中，当内部扭转模具移动至左（右）极限位置时，即：当内部扭转模具移动至摆动板4与左（右）凹模9（18）的接触面与左（右）凸模5（15）的右（左）端面重合时，则控制左挤压油缸控制器21与右挤压油缸控制器25控制左挤压杆7与右挤压杆16使内部扭转模具向右（左）移动。由于左凸模5与右凸模15在装置工作过程中分别固定在左立柱1与右立柱10上，而左立柱1与右立柱10的间距通过上横梁2与下横梁11固定，因此，镁合金棒料13在空间上相对外部模架处于静止状态，而内部扭转模具在装置工作过程中在空间上相对外部模架不断左右往复运动，这将导致扭转区域ⅲ中的镁合金棒料13始终不是同一段棒料，因此，通过该装置的往复扭转挤压变形作用所得的镁合金棒料13的晶粒细化效果优越且镁合金棒料13各段均得到细化。

通过上述原理，最终获得组织均匀，晶粒尺寸约为0.8μm的超细晶镁合金六边形棒料。

图13为传统挤压工艺方法所得镁合金多边形棒料的ebsd图，图14为通过本发明往复扭转挤压装置及挤压加工方法20次往复挤压所得细晶镁合金多边形棒料的ebsd图。从图中可以看出，通过本发明往复扭转挤压装置及挤压加工方法所得细晶镁合金多边形棒料的平均晶粒尺寸较传统工艺所得的小的多，晶粒细化有助于改善镁合金室温机械性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。