本發(fā)明涉及一種加工塊體納米金屬材料的深度塑性加工方法及機(jī)床，屬于金屬塑性加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

深度塑性加工技術(shù)(SPD)自上個(gè)世紀(jì)九十年代中后期發(fā)展至今，它可以利用傳統(tǒng)的塑性加工手段加工塊體的納米金屬材料或合金材料，雖然得到了廣大學(xué)者的關(guān)注，目前仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，取得了一定的階段性研究成果，但是，因?yàn)檫@種加工技術(shù)的重復(fù)穩(wěn)定性較難控制，又很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因而，目前沒(méi)有得到有效的推廣。在深度塑性加工技術(shù)中最有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)應(yīng)用推廣前景的是累積疊軋技術(shù)(ARB)，這種技術(shù)是利用軋制達(dá)到深度塑性變形的目的從而使其達(dá)到納米級(jí)別，但是，由于在軋制的過(guò)程當(dāng)中兩塊材料的微小滑動(dòng)和寬展難以有效控制，使得材料的均勻一致性很難保證，制備的工件形狀不規(guī)則，很容易造成工藝穩(wěn)定性不好，尤其在反復(fù)軋制中，工藝的一致性很難有效控制。因而，如何有效地提高工藝的穩(wěn)定性、改善塑性成形效果和工件的形狀精度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這是解決推廣深度塑性加工技術(shù)主要解決的三方面問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種累積擠壓拉拔納米金屬材料加工工藝及機(jī)床，從而有效地提高工藝的穩(wěn)定性、改善塑性成形效果和工件的形狀精度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，首先對(duì)加工機(jī)床及模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體技術(shù)解決方案如下：

所述的加工機(jī)床包括控制柜、液壓循環(huán)系統(tǒng)、表面處理裝置、牽引裝置、切割裝置，擠壓裝置及工作臺(tái)，控制柜連接各系統(tǒng)及裝置，特征在于，液壓循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)連接擠壓裝置及切割裝置；擠壓裝置由擠壓液壓缸和合模液壓缸、擠壓磨具組成；擠壓模具由上模體和下模體兩部分組成，中間為中空模具腔體，下模體固定在工作臺(tái)上，上模體與合模液壓缸的活塞桿垂直固定連接；擠壓液壓缸的活塞桿水平連接擠壓沖頭，擠壓沖頭在中空模具腔體內(nèi)滑動(dòng)；在擠壓模具的出口依次連接有切割裝置、牽引裝置，分別固定在工作臺(tái)上；在工作臺(tái)上固定有裝卸機(jī)械手和表面處理裝置。

合模液壓缸安裝在立柱上。

切割裝置底部連接導(dǎo)軌，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制其左右方向移動(dòng)，通過(guò)液壓裝置完成切斷動(dòng)作。

牽引裝置通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制完成牽引動(dòng)作。

裝卸機(jī)械手通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制完成工件的抓取動(dòng)作。

整個(gè)工藝流程由控制柜完成總體控制。

利用上述裝置通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)納米金屬材料的累積擠壓拉拔加工工藝:首先利用表面處理裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行表面處理，縱向疊加金屬材料，進(jìn)入擠壓磨具腔體，擠壓液壓缸和合模液壓缸同時(shí)運(yùn)行，對(duì)金屬材料進(jìn)行立體三方向擠壓，同時(shí)牽引裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行拉拔，拉拔均勻后，通過(guò)切割裝置移動(dòng)切割。將切割后的金屬材料重復(fù)多次上述擠壓拉拔工序，完成最終產(chǎn)品定型。

根據(jù)材料的不同調(diào)整擠壓拉拔次數(shù)，通常整個(gè)工藝需要6—10次完成。

工藝參數(shù)：可進(jìn)行冷擠壓拉拔或熱擠壓拉拔。

熱擠壓拉拔：坯料加熱溫度為350℃-550℃，潤(rùn)滑液采用乳液，擠壓與拉拔速度為0.05m/s-0.1m/s，擠壓力根據(jù)截面尺寸確定。

冷擠壓拉拔：坯料經(jīng)退火處理，潤(rùn)滑液采用乳液，擠壓與拉拔速度為0.05m/s-0.1m/s，擠壓力根據(jù)截面尺寸確定。

本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)及原理：采用擠壓工藝代替軋制工藝，擠出的高度比和軋制的壓下量相同，同為2:1，為了便于擠出和防止兩塊材料的微小滑動(dòng)，采用前端拉拔輔助的方式，每一次宏觀的塑性變形和軋制類似，都是剪切面有大的宏觀剪切變形，擠出道次為6—10次，但是橫向?qū)捳贡环乐沽?，而且，前端有牽引，工件的直線形狀精度等有所保證，并且由于是以擠壓方式為主拉拔為輔，所以金屬主要的變形特征是三向壓應(yīng)力，這樣有助于塑性變形。模具采用開(kāi)式的上下擠壓模，便于加工制造、安裝、調(diào)試。采用機(jī)、電、液數(shù)控方式，合模、擠壓、切斷采用液壓，牽引拉拔采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在機(jī)床上安裝裝卸機(jī)械手和表面處理裝置后就可在一臺(tái)機(jī)床上完成一次擠壓的全流程：表面處理、疊加、擠壓拉拔、切斷，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)加工過(guò)程的自動(dòng)化。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

1、加工工藝采用累積擠壓拉拔方式加工納米塊體金屬材料，材料的相對(duì)滑動(dòng)和寬展被有效避免了，變形特征為三向壓應(yīng)力，變形效果被改善了，而且工件的直線形狀精度被提高了，塑性成形好。

2、機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝一致性能有效控制，可以實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化。

3、擠壓模具采用開(kāi)式模具，便于加工制造、安裝、調(diào)試。

本工藝與傳統(tǒng)累積疊軋和等通道角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等深度塑性加工方法相比，工件成形好、晶粒細(xì)化均勻、設(shè)備簡(jiǎn)單、易自動(dòng)化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明加工工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明擠壓模具A-A剖面圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1—擠壓液壓缸；2—擠壓裝置；3—合模液壓缸；

4—擠壓模具；5—上模體；6—下模體；7—切割裝置；8—牽引裝置；9—工作臺(tái)；10—裝卸機(jī)械手；11—表面處理裝置；12—液壓循環(huán)系統(tǒng)；13—控制柜,14-模具腔體，15-活塞A，16-活塞B；17-擠壓沖頭。

圖4為本發(fā)明機(jī)床控制原理圖。

具體實(shí)施方式

為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更好地說(shuō)明，舉實(shí)施例如下：

實(shí)施例1

所述的加工機(jī)床包括控制柜13、液壓循環(huán)系統(tǒng)12、表面處理裝置11、牽引裝置8、切

割裝置7，擠壓裝置2及工作臺(tái)9，控制柜13連接各系統(tǒng)及裝置，特征在于，液壓循環(huán)系統(tǒng)12并聯(lián)連接擠壓裝置2及切割裝置7；擠壓裝置2由擠壓液壓缸1和合模液壓缸3、擠壓磨具4組成；擠壓模具4由上模體5和下模體6兩部分組成，中間為中空模具腔體14，下模體6固定在工作臺(tái)9上，上模體5與合模液壓缸3的活塞桿16B垂直固定連接；擠壓液壓缸1的活塞桿15A水平連接擠壓沖頭17，擠壓沖頭17在中空模具腔體14內(nèi)滑動(dòng)；在擠壓模具的出口依次連接有切割裝置7、牽引裝置8，分別固定在在工作臺(tái)9上；在工作臺(tái)9上固定有裝卸機(jī)械手10和表面處理裝置11。

合模液壓缸3安裝在立柱上。

切割裝置7底部連接導(dǎo)軌，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制其左右方向移動(dòng)，通過(guò)液壓裝置完成切斷動(dòng)作。

牽引裝置8通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制完成牽引動(dòng)作。

裝卸機(jī)械手10通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制完成工件的抓取動(dòng)作。

整個(gè)工藝流程由控制柜完成總體控制。

實(shí)施例2

利用上述機(jī)床通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)納米金屬材料的累積擠壓拉拔加工工藝:首先利用表面處理裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行表面處理，縱向疊加金屬材料，進(jìn)入擠壓磨具腔體，擠壓液壓缸和合模液壓缸同時(shí)運(yùn)行，對(duì)金屬材料進(jìn)行立體三方向擠壓，同時(shí)牽引裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行拉拔，拉拔均勻后，通過(guò)切割裝置的移動(dòng)切割。將切割后的金屬材料重復(fù)多次上述擠壓拉拔工序，完成最終產(chǎn)品定型。

根據(jù)材料的不同調(diào)整擠壓拉拔次數(shù)，通常整個(gè)工藝需要6—10次完成。

工藝參數(shù)：可進(jìn)行冷擠壓拉拔或熱擠壓拉拔。

熱擠壓拉拔：坯料加熱溫度為400℃，潤(rùn)滑液采用乳液，擠壓與拉拔速度為0.05m/s-0.1m/s，擠壓力根據(jù)截面尺寸確定。

冷擠壓拉拔：坯料經(jīng)退火處理，潤(rùn)滑液采用乳液，擠壓與拉拔速度為0.05m/s-0.1m/s，擠壓力根據(jù)截面尺寸確定。