一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置

本技术涉及制造梯度结构金属材料的，更具体地说是一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置。

背景技术：

1、现代工业、医疗器械与航空航天等领域发展迅速，需要工艺来制造具有更优异性能的金属材料。近些年多项研究表明，通过对金属材料进行结构上的多级梯度构筑，可以有效地克服纳米结构材料的性能缺点，使其呈现出较优的高强度高塑性匹配，且具备良好的抗疲劳、耐磨和粘结性等优异特性，梯度结构材料备受研究人员关注，存在广泛的应用前景，所以如何制备优异的梯度结构材料成为了研究人员的关注热点。

2、梯度结构材料是一种成分、组织或相逐渐向另一成分、组织或相过渡的材料，此材料不仅能够有效避免由于尺寸突变而引起的性能突变，而且能够使材料具有不同特征尺寸的结构之间相互协调，使材料的整体性能和使役性能得到极大优化和提升。

3、然而目前现有的制备梯度结构材料的技术，有的制备的梯度结构性能较差，并没有兼顾良好的高强度与高塑性；有的则需要多道工艺，生产效率低下；有的则需要复杂的设备，生产要求高，这些问题使得梯度结构材料的推广应用受到限制。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于至少克服上述现有技术的缺点和不足之一，提供一种制备双边梯度金属的装置，基于一种塑性流动成型原理，通过可控的侧向挤出切削过程将大块工件的表层分离出来，并将其转化为具有梯度结构的材料，通过所述装置制备得到的材料可以在厚度方向呈现出明显的应变梯度，由材料两侧的超细晶粒逐渐过渡到内部的粗大晶粒，其性能得到了极大提高，并且所需设备简单，生产效率高。

2、为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，包括主半模、副半模、嵌入限制块、挤压块和冲头；

4、所述副半模和所述主半模可拆卸连接；

5、嵌入限制块和挤压块可拆卸嵌入设置在主半模上且挤压块位于嵌入限制块下方，当嵌入限制块和挤压块嵌入主半模后在靠近嵌入限制块的位置形成用于放入待加工工件的输入通道，在靠近挤压块的位置形成用于输送多余材料的下方输出通道，在嵌入限制块和挤压块之间形成用于输出流出梯度结构金属的横向输出通道，输入通道与下方输出通道、横向输出通道均相通；

6、冲头的一端用于插入输入通道以将待加工工件往下方输出通道的方向推动。

7、将工件放入装置后放入冲头，对冲头施加向下的压力下压工件，工件向下移动，然后在塑性流动成型原理下形成梯度结构金属，使得金属两侧为超细晶材料，中间为粗晶材料，材料内部晶粒由中间向两侧均有细化趋势，没有尺寸突变而起的性能突变。

8、优选地，还包括取出模块，所述取出模块用于取出嵌入限制块和挤压块。

9、优选地，所述取出模块包括第一取出棒和第二取出棒，在主半模上且相应于设置嵌入限制块的位置处开设有上孔、相应于设置挤压块的位置处开设有下孔，第一取出棒和第二取出棒的一端可分别插入上孔和下孔中。

10、优选地，在主半模上且相应于下方输出通道和设置嵌入挤压块的位置处设置所述下孔，第二取出棒的一端可插入下孔。用于加工梯度结构金属结束后，将嵌入限制块、挤压块与工件从主半模上顶出。

11、优选地，所述第一取出棒呈圆柱形，第二取出棒呈t型。

12、优选地，所述主半模上设置有限制块安装卡槽和挤压块安装卡槽，分别用于嵌装嵌入限制块和挤压块。

13、优选地，所述主半模和所述副半模上均设置有安装孔，用于与紧固件配合实现所述主半模和所述副半模的可拆卸连接。

14、优选地，横向输出通道从进口到出口方向的尺寸逐渐增大。

15、优选地，输入通道的中心线和下方输出通道的中心线不重合。

16、优选地，所述嵌入限制块上具有锯齿结构，用于在加工时对待加工工件进行挤压。锯齿结构的参数可根据需求进行调整，如锯齿的高度可增加或减小。

17、优选地，所述挤压块上具有刃口，用于在加工时对待加工工件进行挤压与切削。刃口的几何参数可根据需求进行调整，如斜度可增大或变小。

18、优选地，在待加工工件放入前，在输入通道中涂抹润滑剂，可以起到润滑的作用，降低加工过程中待加工工件与输入通道的摩擦。

19、优选地，所述冲头在尺寸上与输入通道为间隙配合，既可以减少加工过程中冲头与输入通道的摩擦，又可以有效下压待加工工件。

20、优选地，所述待加工工件在尺寸上与输入通道为间隙配合，并且形状相同，可以轻易将待加工工件放入输入通道中，而且产生的梯度结构金属材质均匀。

21、与已有技术相比，本实用新型有益效果至少体现在：

22、1、本实用新型的装置可以制造出梯度结构明显的金属，为材料两侧为超细晶/纳米晶材料，内部为粗晶材料的梯度结构金属，材质之间过渡均匀，没有尺寸突变而引起的性能突变，显著提高整体性能，具有良好的强度与塑性。

23、2、本实用新型的装置加工效率高，可一次成型制造出梯度结构金属，并且成形效果明显，与需要多道步骤加工梯度结构的工艺相比，具有较高的加工效率，能够解决现有方法低效率问题。

24、3、本实用新型的装置结构简单，易于设计制造，并且装配简单，所需的外部加工设备简单，对于装置与设备的要求不高，能够解决现有技术存在的设备复杂的问题。

25、4、本实用新型的装置可以实现制造不同性能参数的梯度结构金属，满足不同的生产需求。制备时只需通过修改锯齿结构和刃口的几何参数，比如锯齿结构的锯齿高度和刃口的斜度，便可实现对性能参数的改变，实现制造出不同的梯度结构金属，可满足多样化需求。

26、5、本实用新型的装置应用广泛，可以对各种塑性较好的金属进行加工，制造出梯度结构金属，加工范围广泛。

技术特征：

1.一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，包括主半模(10)、副半模(20)、嵌入限制块(30)、挤压块(40)和冲头(81)；

2.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，还包括取出模块，所述取出模块用于取出嵌入限制块(30)和挤压块(40)。

3.根据权利要求2所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，所述取出模块包括第一取出棒(51)和第二取出棒(52)，在主半模(10)上且相应于设置嵌入限制块(30)的位置处开设有上孔(11)、相应于设置挤压块(40)的位置处开设有下孔(12)，第一取出棒(51)和第二取出棒(52)的一端可分别插入上孔(11)和下孔(12)中。

4.根据权利要求3所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，在主半模(10)上且相应于下方输出通道(103)和设置嵌入挤压块(40)的位置处设置所述下孔(12)，第二取出棒(52)的一端可插入下孔(12)。

5.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，所述主半模(10)上设置有限制块安装卡槽和挤压块安装卡槽，分别用于嵌装嵌入限制块(30)和挤压块(40)。

6.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，所述主半模(10)和所述副半模(20)上均设置有安装孔，用于与紧固件配合实现所述主半模(10)和所述副半模(20)的可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，横向输出通道(102)从进口到出口方向的尺寸逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，输入通道(101)的中心线和下方输出通道(103)的中心线不重合。

9.根据权利要求1所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，所述嵌入限制块(30)上具有锯齿结构(31)，用于在加工时对待加工工件进行挤压。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，其特征在于，所述挤压块(40)上具有刃口(41)，用于在加工时对待加工工件进行挤压与切削。

技术总结
本技术公开的一种基于塑性流动成型原理制备双边梯度金属的装置，包括主半模、副半模、嵌入限制块、挤压块和冲头，副半模和主半模可拆卸连接；嵌入限制块和挤压块可拆卸设置在主半模上且挤压块位于嵌入限制块下方，当嵌入限制块和挤压块嵌入主半模后在靠近嵌入限制块的位置形成用于放入待加工工件的输入通道，在靠近挤压块的位置形成用于输送多余材料的下方输出通道，在嵌入限制块和挤压块之间形成用于输出流出梯度结构金属的横向输出通道，输入通道与下方输出通道、横向输出通道均相通；冲头一端可插入输入通道。本技术的装置应用广泛，可以对各种塑性较好的金属进行加工，制造出梯度结构金属，加工范围广泛。

技术研发人员：郝兴盛,李松青,邓文君,钟佩璇
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：20240315
技术公布日：2024/10/31