[发明专利]一种等径通道挤压模具

说明书

技术领域

本发明涉及材料的塑性加工技术领域，具体是一种用于制备超细晶材料的等径通道挤压模具。

背景技术

20世纪80年代由前苏联科学家Segal提出一种等径通道挤压技术(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP)，利用该技术他们对材料进行多次加工从而获得特殊的变形织构。进入20世纪90年代后，Valiev等发现利用该技术可以有效地细化多晶材料的晶粒。该技术核心设计在于等截面直径的双通道交截而成，截面几何形状完全相同，按照一定的角度完全相连。挤压过程中，将与通道紧密配合的试样放入通道内，然后用压头沿通道挤压，这样在试样经过通道交角时就产生近似于纯剪切的变形。由于模具的几何特点，试样可实现多道次挤压，从而累积得到大的等效塑性应变，晶粒也因此细化到亚微米甚至纳米级别。

日本学者Y.Iwahashi等提出了计算累积等效应变的理论公式：

ϵ‾=2N3[2cot(Ψ2+Φ2)+Ψcosec(Ψ2+Φ2)]]]>

其中Ψ,Φ分别表示通道内角和外圆角，改变不同的模具参数，可以得到不同的变形量，从而影响晶粒细化效果，根据不同的金属选用不同的模具进行挤压制备超细晶材料。多年来学者们通过理论与数值模拟研究已经系统地总结出金属晶粒细化对其综合性能的影响，同时基于等径通道挤压原理也设计出模具在实验室中制备得到超细晶材料，但由于加工的难度，多数模具设计为半模形式，对称的两个半模组装后形成完整的通道进行挤压，这样在挤压过程中一些过软的材料会被挤入半模中间的缝隙，造成挤压力的急剧增加；或者是一套模具仅是单一的挤压路径，只针对一种或者某几种材料进行细化处理，这样很大程度上增加了制备成本。另外现有技术中，模具与外部压力设备是分离的，利用现有模具制备超细晶材料的过程必须放置于大型压力机上进行挤压，而大吨位压力机往往价值不菲，而且体积庞大。

从目前等径通道挤压技术的研究现状来看，学者们大多采用的方法是单道次挤压后循环挤压，从而累积达到大塑性变形，对于连续通道挤压由于模具设计和加工的困难性，一直以来只是利用有限元方法进行数值模拟。山东建筑科技大学徐淑波等在申请号为201310607491.1的发明创造中提出了一种具有预应力结构的连续等方形通道挤压方法模具，强调此种预应力结构可有效防治模具破坏，同时给出一种90°连续通道设计。该模具设计复杂，纵向挤压方式强烈依赖于机械压力机或液压机，而且90°通道对于一些较软材料可以进行细化处理，但对于强度较高的材料来说必须在高温下进行细化处理甚至不可能完成制备，而高温大大限制了晶粒细化程度，因而影响材料综合性能的改善。

在申请号为2014102218970的发明创造中，提出了一种一体式横向挤压制备超细晶材料的装置，该装置包括台板、挤压杆、送样导槽、压力系统、连接件和挤压模具，其中压力系统中的液压泵体固定在台板上表面一端，挤压模具安装在台板上表面的另一端；所述挤压杆通过连接件安装在液压泵体该端的端面上；压力系统中的液压泵体、挤压杆与挤压模具中的底座上的挤压杆导向孔同轴；送样导槽安放在所述挤压杆导向孔内，并使送样导槽上的导槽与模具型芯上的挤压通道连通。该发明创造能够有效地制备各种块体超细晶材料，提高材料性能，拓展材料的应用。但是，该装置中，采用的挤压模具只能实现一种挤压通道的挤压成形，并只适用于少数材料的细晶处理。

发明内容