一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬大塑性變形技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超細晶材料是指晶粒尺寸在10nm?Ium的亞微米級或納米級材料。超細晶結(jié)構(gòu)材料常常表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學(xué)性能，如高強度和良好的韌性、耐磨性，因此廣泛應(yīng)用于航空航天、高層建筑、大跨度重載橋梁、輕量節(jié)能汽車、大型工程機械。
[0003]在眾多細化方法中，劇烈塑性變形作為一種獨特的、以組織控制為目的的塑性加工方法可直接獲得亞微晶和納米晶組織。等徑角擠壓是目前制備高性能塊狀超細晶材料最有效的劇烈塑性變形方法，也是目前最具工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)之一。等徑角擠壓法(ECAP)最早由Segal提出并得到許多研究者的重視，ECAP關(guān)鍵在于純剪切變形，剪切變形的交互作用導(dǎo)致晶粒細化，被擠壓材料的微觀組織演變可通過擠壓過程中加工硬化、動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶來控制，最終達到細化晶粒、提尚材料綜合力學(xué)性能的目的。ECAP變形制備塊體超細晶金屬材料的技術(shù)已表現(xiàn)出誘人的市場前景，如生物醫(yī)學(xué)材料、高技術(shù)精密鍛件、貴金屬濺射靶材、超塑性成形材料、高技術(shù)武器裝備等都是ECAP制備超細晶金屬材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]現(xiàn)有的ECAP模具有三個缺點:1)制備的擠壓件表面易產(chǎn)生裂紋或劃痕；2)制備的試樣組織的均勻性和塑性變形區(qū)的分布不好；3)現(xiàn)有的ECAP模具制備的超細晶材料在尺度上很難達到200nm以下。因此，制造一套合適的等徑角擠壓實驗裝置，對于開展金屬材料的ECAP研究是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有等徑角擠壓技術(shù)中的不足，提供一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，將超聲波應(yīng)用到等徑角擠壓模具中，超聲波在固體材料中傳播時能夠增加材料位錯密度、降低材料的內(nèi)摩擦力并產(chǎn)生熱，在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場的耦合作用下，使坯料發(fā)生劇烈塑性變形，提高組織的均勻性和細化材料晶粒，制備塊體納米晶。本發(fā)明能有效提尚擠壓件晶粒的細化和組織的均勾性，制備出尚質(zhì)量的擠壓件。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、壓力柱、導(dǎo)套、應(yīng)力圈、凹模、導(dǎo)柱、下模板、液壓柱塞以及凸模。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接，導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接，凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間安裝有超聲波振動裝置。
[0007]所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。
[0008]所述凹模為對稱兩分體，對稱兩分體凹模下端固定在下模板上，對稱兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，應(yīng)力圈分成兩個部分，與對稱兩分體凹模對應(yīng)。
[0009]所述安裝上模板和下模板可作相對運動。
[0010]所述超聲波放大器，用螺帽將超聲波放大器固定在壓力柱的下端。
[0011]所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的施工方法，包括如下步驟:
[0012]I)根據(jù)擠壓件的尺寸，確定凸模的外徑，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動的頻率和擠壓件的長度，確定凸模的長度，
[0013]2)將擠壓件放入凹模內(nèi)；
[0014]3)啟動液壓機，上模板和下模板在液壓機作用下作相對運動并帶動壓力柱和凸模運動；
[0015]4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模產(chǎn)生高頻振動；
[0016]5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模下行，推動擠壓件向下通過凹模，制備出工件；
[0017]6)打開應(yīng)力圈，分開凹模，取出擠壓件。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]通過將高強度超聲波輸入到凸模中，在凸模表面產(chǎn)生高頻周期振動位移。因此，在等徑角擠壓過程中凸模與擠壓件之間由于振動而產(chǎn)生瞬間分離，從而使擠壓件產(chǎn)生強烈的“體積效應(yīng)”和“表面效應(yīng)”，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)振動改變傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為及金屬流動行為，有利于變形加工；2)振動增加材料位錯密度、降低材料的內(nèi)摩擦力并產(chǎn)生熱，減少局部黏焊現(xiàn)象；3)在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場的耦合作用下，是材料發(fā)生劇烈塑性變形，提高組織的均勻性和細化材料晶粒；4)振動改善加工潤滑條件。因此，通過超聲波高頻振動，提高擠壓件均勻化和細化晶粒，有效克服現(xiàn)有等徑角擠壓模具所存在的問題。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的擠壓件示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的凹模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置發(fā)明所述的應(yīng)力圈結(jié)果示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的超聲波放大器示意圖。
[0025]圖中標記為:1-上模板、2-壓力柱、3-導(dǎo)套、4-螺帽、5-應(yīng)力圈、6-凹模、7-導(dǎo)柱、8-下模板、9-液壓柱塞、10-電纜、11-超聲波換能器、12-超聲波放大器、13-凸模、14-擠壓件、15-超聲波發(fā)生器。
【具體實施方式】
[0026]以下通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
[0027]如圖1至圖5所示，本發(fā)明所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板1、壓力柱2、導(dǎo)套3、螺帽4、應(yīng)力圈5、凹模6、導(dǎo)柱7、下模板8、液壓柱塞9以及凸模13 ;具體結(jié)構(gòu)和連接方式為:上模板I和下模板8可作相對運動，壓力柱2上端固定在上模板I上，上模板I上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞9相連接；導(dǎo)套3的上端與上模板I固定連接，導(dǎo)套3的下端和導(dǎo)柱7連接，導(dǎo)柱7的下端與下模板8固定連接。凸模13的上端與上模板I之間安裝有超聲波振動裝置。
[0028]所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器12、超聲波換能器11和超聲波發(fā)生器15 ;超聲波放大器12通過螺釘或定位銷與凸模13相連，超聲波放大器I通過螺桿2與超聲波換能器11連接，超聲波換能器11通過電纜10與超聲波發(fā)生器15連接；超聲波換能器11置于超聲波放大器12上，超聲波放大器12通過壓力柱2固定在上模板I上。
[0029]為了固定超聲波振動裝置，超聲波放大器12與4根壓力柱2的下端分別由螺帽4固定；4根壓力柱2的上端分別固定于上模板I上。
[0030]為了能夠方便地取出擠壓件，采用兩對稱分體凹模6，兩對稱分體凹模6下端固定在下模板8上，兩對稱分體凹模6側(cè)面采用應(yīng)力圈11固定，應(yīng)力圈11有兩部分組成，兩部分應(yīng)力圈11相互連接。
[0031]工作原理及過程:
[0032]I)根據(jù)擠壓件14的尺寸，確定凸模13的外徑，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動的頻率和擠壓件14的長度，確定凸模13的長度，使凸模13在輸入的超聲波作用下能產(chǎn)生共振；
[0033]2)將擠壓件14放入凹模6內(nèi)；
[0034]3)啟動液壓機，模具的上模板I和下模板8在液壓機作用下作相對運動并帶動壓力柱2和凸模13運動；
[0035]4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模產(chǎn)生振幅為微米級的尚頻振動；
[0036]5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模13下行，推動擠壓件14向下通過凹模6，從而制備出高質(zhì)量的工件；
[0037]6)打開應(yīng)力圈11，分開凹模6，取出擠壓件14。
【主權(quán)項】
1.一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，包括上模板、壓力柱、導(dǎo)套、應(yīng)力圈、凹模、導(dǎo)柱、下模板、液壓柱塞以及凸模，其特征在于，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:所述壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接，導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接，凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間安裝有超聲波振動裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器、超聲波換能器和超聲波發(fā)生器，超聲波放大器通過螺桿與超聲波換能器連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述凹模為對稱兩分體，對稱兩分體凹模下端固定在下模板上，對稱兩分體凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，應(yīng)力圈分成兩個部分，與對稱兩分體凹模對應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述上模板和下模板可作相對運動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，其特征在于，所述超聲波放大器，用螺帽將超聲波放大器固定在壓力柱的下端。6.權(quán)利要求1所述的超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)根據(jù)擠壓件的尺寸，確定凸模的外徑，根據(jù)超聲波產(chǎn)生的超聲振動的頻率和擠壓件的長度，確定凸模的長度， 2)將擠壓件放入凹模內(nèi)； 3)啟動液壓機，上模板和下模板在液壓機作用下作相對運動并帶動壓力柱和凸模運動； 4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產(chǎn)生共振，凸模的產(chǎn)生振幅為微米級的尚頻振動； 5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模下行，推動擠壓件向下通過凹模，制備出工件； 6)打開應(yīng)力圈，分開凹模，取出擠壓件。
【專利摘要】一種超聲振動凸模的等徑角擠壓裝置，該裝置的壓力柱上端固定在上模板上，上模板上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導(dǎo)套的上端與上模板固定連接，導(dǎo)套的下端和導(dǎo)柱相接，導(dǎo)柱的下端與下模板固定連接；凹模側(cè)面用應(yīng)力圈固定，凸模的上端與上模板之間固定連接有超聲波振動裝置。本發(fā)明通過將高強度超聲波輸入到凸模中，在凸模表面產(chǎn)生高頻周期振動位移，提高擠壓件均勻化和細化晶粒，有效克服等徑角擠壓模具存在的晶粒細化不均勻、擠壓件有裂紋的問題。
【IPC分類】B21C25/02
【公開號】CN105080992
【申請?zhí)枴緾N201510639661
【發(fā)明人】鄭戰(zhàn)光, 朱帥, 楊興, 馮強, 黃龍貴
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月30日