專利名稱：背壓等通道角擠壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料加工擠壓技術(shù)領(lǐng)域，是ー種高效率背壓等通道角擠壓模具。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代汽車、航空航天等制造行業(yè)的發(fā)展，鎂合金以其優(yōu)異的性能而受到越來越廣泛的關(guān)注。在實用材料中鎂合金的密度最低(約I. 74g/cm3)，比強度和比剛度很高，而且阻尼性好、切削加工性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，在汽車、航天器上應(yīng)用可有效降低產(chǎn)品整體質(zhì)量，有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎阪V合金是密排六方結(jié)構(gòu)，只有3個可動滑移系和2個獨立的滑移系，室溫延展性差，限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。鎂合金的強韌化研究目前受到了人們的普遍關(guān)注，根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，HCP結(jié)構(gòu)具有更高的petch斜率常數(shù)，鎂合金的細化晶粒強化效果比較好。晶粒細化的途徑很多，其機理主要是以下兩個方面(I)加入晶粒細化劑，如稀土元素Ca、Sr、B等(2)熱加工、塑性變形技術(shù)，如熱機械控制、粉末冶金、機械合金化、快速凝固及深度塑性變形等，然而粉末冶金和快速凝固方法制備的材料大多會導(dǎo)致裂紋、松孔及雜質(zhì)等缺陷，而深度塑性變形方法可以克服以上エ藝的不足，而且有良好的組織均勻性。等通道角擠壓法(ECAP)是由Segal及其合作者于上個世紀80年代初興起的，ECAP變形的特點是在不改變試樣的幾何尺寸條件下獲得大變形量，容易實現(xiàn)深度塑性變形，ECAP作為ー種能夠獲得超細晶粒的強烈塑性變形方法而得到進ー步的發(fā)展與應(yīng)用。隨著鎂合金的廣泛應(yīng)用，人們對鎂合金的力學(xué)性能要求越來越高，細化晶粒是提高鎂合金強度和塑性的重要途徑，對鎂合金進行ECAP變形，細化晶粒，提高力學(xué)性能是制備高性能鎂合金的ー個重要方向。雖然目前國內(nèi)外已經(jīng)研究和發(fā)展了不少ECAP擠壓模具，但現(xiàn)有的模具仍存在以下缺點(I)采用簡單的單個沖頭式凸模，如專利CN2584308，CN1712155，CN1357240等。沖頭式凸模最大缺點是剛度低，對難變形鎂合金進行擠壓時，需要較大的壓力，容易發(fā)生彎曲而失穩(wěn)。(2)模具的工作效率低，每擠壓一個試樣，需要拆模具取出試樣或者要從橫通道內(nèi)敲出，操作繁瑣。如專利CN1792487，CN101590493。(3)現(xiàn)有的模具大部分沒有背壓裝置，只能用傳統(tǒng)的擠壓エ藝擠壓，如CN101797596，CN1792487等。查閱文獻發(fā)現(xiàn)CN101590493專利的擠壓模具雖然擠壓時可以加背壓。但存在以下缺陷(1)采用簡單的沖頭式凸模，沖頭剛度不高，容易發(fā)生彎曲而失穩(wěn)；(2)對液壓機要求較高，只有三向的液壓機才能用此模具擠壓鎂合金，兩向液壓機不能用。(3) —個試樣擠壓完后，需要拆模具才能取出試樣，操作繁瑣，效率低，不能多個試樣連續(xù)擠壓。綜上所述可知，現(xiàn)有的模具大部分只能在傳統(tǒng)的エ藝下擠壓，不能對難變形鎂合金在較低的溫度下擠壓，并且擠壓效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有ECAP擠壓模具存在的不足，提供一種高效率的背壓ECAP擠壓模具，本發(fā)明對沖頭進行了改進，采用雙叉式?jīng)_頭，沖頭的橫截面積増大，提高了沖頭的剛度和強度；橫通道內(nèi)放置ー個定位滑塊，定位滑塊來回移動，方便取出橫通道內(nèi)的最后ー個樣；模具右端連接背壓裝置，擠壓過程中可以以頂桿加壓方式對試樣施加背壓，有效地降低了擠壓溫度，細化晶粒，改善鎂合金綜合力學(xué)性能。
本發(fā)明方案通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種背壓等通道角擠壓模具包括上壓板、導(dǎo)柱、沖頭、加熱圈、凸模、導(dǎo)套、彈簧、凹模、定位滑塊、模具底座、背壓頂桿支架、豎直通道、橫通道、導(dǎo)向桿和背壓頂桿。進ー步的，所述背壓等通道角擠壓模具還包括敲棒、銷釘、內(nèi)六角螺釘、和凸模墊塊。所述沖頭上端放在所述凸模腔槽內(nèi)，優(yōu)選所述凸模腔槽為T形槽；較佳的，所述凸模上面壓ー個凸模墊塊，優(yōu)選墊塊表面和凸模上表面持平；較佳的，通過銷釘和內(nèi)六角螺釘固定在一起；所述沖頭上帯有導(dǎo)向桿，優(yōu)選所述導(dǎo)向桿為兩根彼此之間形成雙叉式結(jié)構(gòu)。所述凹模型腔有ー個垂直的豎通道和一個連通的橫通道組成ー個L形的通道，優(yōu)選垂直通道與橫通道為90°C;優(yōu)選橫通道左半面是方形，右半面是凸形；橫通道內(nèi)放置ー個定位滑塊，使所述橫通道的左半邊被封死，所述橫通道右半邊剛好與定位滑塊之間有ー個空間，優(yōu)選所述空間截面積與試樣截面積相等；擠壓時試樣從右邊擠出。沖頭向下移動時，沖頭的兩根導(dǎo)向桿與定位滑塊緊密配合，擠壓槽向下移動穿過定位滑塊時，定位滑塊被導(dǎo)向桿擋住不能左右移動，擠壓時定位滑塊在水平方向不能移動。凹模周圍包有ー個加熱圈，對模具進行加熱，試樣在旁邊的保溫爐中加熱，擠壓時橫通道內(nèi)的試樣是被下ー個樣自動擠出，同一溫度下可以對多個試樣連續(xù)擠壓，大幅度提高了擠壓效率。所述橫通道右端ロ連接背壓裝置，背壓裝置包括背壓頂桿，背壓頂桿支架，壓カ泵。通過頂桿加壓方式對試樣施加背壓，防止裂紋的萌生和擴展，有利于降低擠壓溫度。本發(fā)明的優(yōu)點是I、采用雙叉式?jīng)_頭，試樣在擠壓槽中擠壓，増加了沖頭的橫截面積，提高了擠壓桿的剛度，防止擠壓桿受カ時發(fā)生彎曲而失穩(wěn)。2、模具和試樣分開加熱，模具通過包裹凹模的加熱圈加熱，試樣用保溫爐加熱，以往模具和試樣一起加熱，毎次只能擠壓ー個樣，模具效率低。本發(fā)明可以實現(xiàn)同一道次對多個試樣進行連續(xù)擠壓，后一個試樣把前一個試樣從橫通道內(nèi)擠出，不用毎次都拆模具或者人工敲出取試樣，提高了擠壓效率。3、橫通道內(nèi)放置ー個定位滑塊，當沖頭向下擠壓時，沖頭穿過定位滑塊，與定位滑塊插入式配合，卡死定位滑塊，使滑塊在橫通道內(nèi)不能連續(xù)移動，通過定位滑塊封死了橫通道的左半邊，定位滑塊與橫通道右半邊之間有一個空間，試樣只能從右半邊擠出。同一溫度下擠壓時，橫通道內(nèi)的試樣被后ー個試樣擠出，但最后一個試樣擠壓是殘留在橫通道內(nèi)的，凸模拔出后，定位滑塊可以來回移動，敲出定位滑塊，可以方便地取出留在橫通道內(nèi)的最后一個試樣，取樣比較容易。4、模具配有背壓裝置，通過頂桿方式對試樣施加背壓，背壓頂桿可以插入橫通道內(nèi)，在試樣剛被擠出時就施加背壓，可以使試樣受カ均勻，組織均勻性較好。另外，頂桿加壓法與粘性介質(zhì)法相比變形量大，有利于細化晶粒。另外，根據(jù)文獻，擠壓溫度越低，細化效果越好，背壓可以防止裂紋的萌生和擴展，降低了擠壓溫度，提高了鎂合金的綜合力學(xué)性能。
5、與傳統(tǒng)的模具相比本發(fā)明有以下優(yōu)勢(a)對沖頭進行了改進，采用雙叉式?jīng)_頭，沖頭的橫截面積増大，提高了沖頭的剛度和強度；(b)模具和試樣分開加熱，同一溫度下，可以對多個試樣進行連續(xù)擠壓，后一個試樣把前一個試樣從橫通道內(nèi)擠出，取樣簡単，操作方便，大幅度提高了擠壓效率；(c)橫通道內(nèi)放置ー個定位滑塊，不用拆模具，敲出定位滑塊，可以較方便的取出最后ー個擠壓樣；(d)模具配有背壓裝置，可以在橫通道內(nèi)在水平方向?qū)υ嚇邮┘颖硥?，背壓可以有效地防止裂紋的萌生和擴展，在背壓作用下，試樣處于三向應(yīng)カ狀態(tài)，塑性較好，鎂合金可以在較低的溫度下進行ECAP擠壓變形而不出現(xiàn)裂紋。6、本發(fā)明適用于塊狀鎂合金和鋁合金的ECAP擠壓成形，傳統(tǒng)ECAP擠壓模具適用于傳統(tǒng)エ藝，只有在較高的溫度下才能擠壓難變形鎂合金，高溫下擠壓吋，晶粒容易長大， 細化效果不明顯，不能有效地改善鎂合金力學(xué)性能，發(fā)揮不了等通道角擠壓的優(yōu)勢。本發(fā)明對傳統(tǒng)的模具和エ藝進行了改進，通過施加背壓可以有效地降低難變形鎂合金擠壓溫度，改善其力學(xué)性能。對沖頭進行了改進，提高了擠壓桿的強度和剛度。同一道次可以對多個試樣進行連續(xù)擠壓，橫通道內(nèi)的試樣是被下一個樣擠出，實現(xiàn)了取試樣半自動化，簡化了擠壓過程，操作方便，提高了擠壓效率。


圖I為具體實施方式
中EACP擠壓模的結(jié)構(gòu)示意圖圖l_a為前視圖，圖l_b為左視圖。圖2為具體實施方式
中凸模6的結(jié)構(gòu)示意圖圖2-a標注了 E-E和B-B方向，圖
2-b為E-E方向的剖視圖，圖2-c為B-B方向的剖視圖。圖3為具體實施方式
中凹模9的結(jié)構(gòu)示意圖圖3-a標注了 A-A和B-B方向，圖
3-b為A-A方向的剖視圖，圖3-c為B-B方向的剖視圖。圖4為具體實施方式
中沖頭3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為具體實施方式
中定位滑塊10的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為具體實施方式
中沖頭3和定位滑塊10的配合結(jié)構(gòu)示意圖圖6-a為前視圖，圖6-b為左視圖。圖7為背壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖7-a為背壓裝置前視圖，圖7_b為右視圖，圖7_c為俯視圖。
具體實施例方式如圖1-7所示，本實施例中模具由上壓板I、導(dǎo)柱2、沖頭3、加熱圈4、敲棒5、凸模
6、彈簧7、導(dǎo)套8、凹模9、定位滑塊10、模具底座11、背壓頂桿支架12、銷釘13、內(nèi)六角螺釘14、T形槽15、豎直通道16、橫通道17、凸模墊塊18、導(dǎo)向桿19、擠壓槽20、背壓頂桿21組成。I、將凹模9與模具底座11用螺栓和銷釘13固定好，凸模6與上模板固定在一起，凹模與凸模裝配好，將模具底座放在立式液壓機工作臺上，由于導(dǎo)向桿19要穿過模具底座進入工作臺下邊，模具底座的圓孔要與工作臺的圓孔對準。2、調(diào)整好底座位置后，用T形螺栓將模具底座固定在工作臺上，先不要鎖太緊后面可能還需要微調(diào)動，下降壓カ機把上壓板與液壓機固定在一起，固定好后上升壓カ機。
3、把定位滑塊放入橫通道17內(nèi)，定位滑塊10 —頭移動至橫通道右端時，確定滑塊的精確位置，用ー個截面積和導(dǎo)向桿大小相同的方塊試樣插入導(dǎo)向空內(nèi)，向下移動看是否能順利通過定位滑塊，不能順利通過時，左右微調(diào)動定位滑塊，直到能順利通過定位滑塊，這樣可以保證導(dǎo)向桿下移時不會碰到定位滑塊而損壞。只需要在安裝模具時定位一次，導(dǎo)向桿與定位滑塊精確配合，擠壓時滑塊不會移動，后面擠壓不需要再定位。4、確定液壓機的下限位，由于本發(fā)明可以實現(xiàn)同一道次多個試樣連續(xù)擠壓，毎次擠壓ー個試樣后不需要拆模具取出試樣或者從橫通道內(nèi)敲出試樣，是通過下ー個試樣把前ー個試樣擠出，所以凸模不需要下降到最低位置，毎次下降到離橫通道還有IOmm處，這樣可以避免下降底部時導(dǎo)向桿底部與橫通道接觸，減少沖力。5、安裝背壓裝置，壓カ大小有壓カ泵控制，背壓裝置的背壓頂桿20插入橫通道內(nèi)。6、凹模周圍的加熱圈4與溫控儀連接，設(shè)定溫度，對模具進行預(yù)熱，擠壓試樣在旁邊的保溫爐內(nèi)預(yù)熱，模具和試樣要加熱到同一溫度。7、模具和試樣到了預(yù)定溫度后，設(shè)定好背壓的壓力，試樣放入兩導(dǎo)向桿之間的擠壓槽內(nèi)，對試樣進行第一道次擠壓，同一道次可以進行多個試樣連續(xù)擠壓，下一個試樣把前一個試樣從橫通道內(nèi)擠出，操作方便，不需要拆模具。經(jīng)過1-4道次擠壓后，每道次擠壓4個樣。1-4道次后試樣的塑性已經(jīng)有所改善，所以試樣5-8道次可以在較低的溫度下擠壓而不出現(xiàn)裂紋。降低模具和試樣的溫度，5-8道次在較低的溫度下擠壓。難變形鎂合金在傳統(tǒng)的ECAP模具和エ藝下擠壓時，在較高的溫度下才能擠壓，溫度低時試樣會破裂。本發(fā)明可以在較低的溫度下對難變形鎂合金進行ECAP變形而不出現(xiàn)裂紋等缺陷，而且擠壓效率得到明顯提升。實施例I:等通道角擠壓AZ31鎂合金根據(jù)模具尺寸，先把AZ31鎂合金線切割成12 X 12 X 90mm的方形擠壓試樣。加熱模具的溫控儀溫度設(shè)為200°C，試樣在旁邊的保溫爐內(nèi)預(yù)熱至200°C，加熱10分鐘后，對試樣，擠壓桿，橫通道涂潤滑剤，減少擠壓過程中的摩擦。模具和試樣溫度預(yù)熱至200°C后，壓カ泵背壓調(diào)至50Mpa，從保溫爐中取出試樣放在擠壓槽內(nèi)進行擠壓，第一個樣擠壓后，上升壓カ機，取出第二個樣放入加壓槽中進行擠壓。第一個樣被第二個樣從橫通道內(nèi)擠出，擠壓后的樣放入保溫爐中，這樣連續(xù)擠壓，8個樣全部擠壓后，有7個樣被擠出橫通道，還有ー個留在橫通道內(nèi)，繼續(xù)進行第二道次擠壓，留在橫通道內(nèi)的樣被下一道次的樣擠壓時擠出。經(jīng)過1-2道次擠壓后，模具和試樣溫度降為175°C，繼續(xù)進行3-4道次擠壓，試樣在擠壓過程中沒有出現(xiàn)裂紋等缺陷。根據(jù)文獻常規(guī)擠壓溫度要225°C，靳麗用兩步降溫ECAP變形AZ31鎂合金最低ECAP擠壓溫度降到180°C，用此發(fā)明在擠壓過程中施加背壓，可以進一歩降低擠壓溫度，150°C擠壓時試樣沒有出現(xiàn)裂紋。實驗結(jié)果依據(jù)靳麗的博士論文，通過兩步ECAP變形，1-4道次在225°C下，第5道次在180°C下擠壓，晶粒細化到Ium左右。在用本發(fā)明進行擠壓，擠壓時施加50Mpa的背壓，1-4道次在225°C下擠壓，第5道次擠壓溫度可以降到150°C，晶粒細化到O. 7 μ m左右，屈服強度有230Mpa提高到290Mpa。，實施例2 :等通道角擠壓稀土鎂合金GW103
GW103是稀土鎂合金，硬度比較大，塑性不好，用傳統(tǒng)模具擠壓時需要在較高的溫度下才能擠壓，模具容易因壓カ過大而受損，對模具的強度和結(jié)構(gòu)要求也高。
與實施例I 一樣把試樣切割成12 X 12 X 12mm的方形試樣，按照實施例I的步驟安裝模具，模具和試樣預(yù)熱至420°C后，把試樣從保溫爐中放入擠壓槽中進行擠壓。進行前兩道次擠壓，試樣在擠壓過程中沒有損壞。繼續(xù)降低溫度，發(fā)現(xiàn)常規(guī)擠壓溫度最低是390°C，低于390°C擠壓時試樣會出現(xiàn)裂紋缺陷。為了進一歩降低溫度，在擠壓過程中對試樣施加背壓，模具和試樣都預(yù)熱至375°C，背壓壓カ設(shè)為lOOMpa，從保溫爐中取出試樣進行擠壓，發(fā)現(xiàn)在375°C溫度下加IOOMpa擠壓時試樣沒有出現(xiàn)裂紋，試樣完好。在375°C，IOOMpa下對試樣進行1_4道次擠壓，每道次擠壓4個樣。4道次過后，試樣和模具溫度降到350°C，背壓保持IOOMpa不變，在第5道次在350°C溫度下擠壓時發(fā)現(xiàn)試樣沒有破壞，沒有出現(xiàn)裂紋。常規(guī)擠壓最低溫度是390°C，晶粒尺寸大小約為5 μ m，用本發(fā)明對難變形鎂合金進行等通道角擠壓時，施加IOOMpa的情況下，擠壓溫度可以降低到350°C，晶粒尺寸減小到3 μ m左右。與常規(guī)模具和エ藝相比，可以明顯降低擠壓溫度，而且擠壓效率明顯提升，很快完成20個樣的1-8道次等通道角擠壓。
權(quán)利要求
1.一種背壓等通道角擠壓模具包括上壓板、導(dǎo)柱、沖頭、加熱圈、凸模、導(dǎo)套、模具底座、彈簧和凹模，所述沖頭上端放在凸模腔槽內(nèi)，其特征在于還包括定位滑塊、導(dǎo)向桿和背壓裝置，所述背壓裝置包括背壓頂桿，所述凹模腔內(nèi)設(shè)有ー個豎通道和一個連通的橫通道，所述橫通道內(nèi)放置所述定位滑塊，所述沖頭向下移動時，所述沖頭上的所述導(dǎo)向桿與所述定位滑塊緊密配合可左右卡死所述定位滑塊，擠壓時所述定位滑塊水平方向不移動，所述橫通道的左半邊可被所述定位滑塊封死，所述橫通道右半邊與定位滑塊之間留有空間，所述背壓頂桿可插入所述橫通道內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述橫通道右端ロ連接所述背壓裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述導(dǎo)向桿成雙叉形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述模具還包括凸模墊塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具，其中，所述墊塊表面和所述凸模上表面持平，并固定在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述橫通道左半面是方形，右半面是凸形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述空間的橫截面與試樣的橫截面相等，擠壓時試樣可從右邊擠出。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模具，其中，所述凸模腔槽為T形槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任ー項所述的模具，其中，所述背壓裝置還包括背壓頂桿支架。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模具，其中，所述凹模周圍包裹有加熱圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背壓等通道角擠壓模具，包括壓板、導(dǎo)柱、敲棒、凸模、導(dǎo)套、彈簧、凹模、模具底、雙叉式?jīng)_頭、加熱圈、定位滑塊、背壓頂桿和頂桿支架，所述雙叉式?jīng)_頭提高了沖頭的剛度和強度；所述橫通道內(nèi)設(shè)置有可來回滑動的所述定位滑塊，方便取出所述橫通道內(nèi)的最后一個試樣；所述背壓裝置在擠壓過程中可以以頂桿加壓方式對試樣施加背壓，有效地降低了擠壓溫度，細化晶粒，改善鎂合金綜合力學(xué)性能。
文檔編號B21C25/02GK102615133SQ201210083360
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者丁文江, 周銀鵬, 曾小勤, 李德江, 湯曉明 申請人:上海交通大學(xué)