[发明专利]管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置及方法

说明书

本发明提供了一种管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置及方法，包括环形挤压筒、变截面挤压芯杆、上固定压盘、下固定压盘以及扭转式工作台；其中，所述环形挤压筒的上端连接所述上固定压盘，下端连接所述下固定压盘；所述变截面挤压芯杆设置在所述环形挤压筒的内侧；所述变截面挤压芯杆的外侧面设置有平滑过渡的凸台；所述变截面挤压芯杆的一端通过所述上固定压盘的第一通孔穿出，所述变截面挤压芯杆的另一端通过所述下固定压盘的第二通孔穿出，实现所述变截面挤压芯杆的定位；所述下固定压盘设置在所述扭转式工作台上。本发明通过引入变截面挤压芯杆以及挤压芯杆相对于坯料的轴向运动，提高了管材组织的均匀性。

技术领域

本发明涉及塑性成形技术，具体地，涉及一种管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置及方法。

背景技术

超细晶材料是集优异的强度与良好的塑韧性于一体的高性能材料。而大塑性变形技术(SPD)具有显著的晶粒细化能力，是一种公认的制备超细晶(晶粒大小为100nm-1um)和块体纳米(晶粒小于100nm)材料最有前途的方法。

经过对现有技术的文献检索发现，公开号为CN103894436A的中国发明专利，发明名称：一种增强镁合金管的往复挤压装置及加工方法，该技术通过环状往复式挤压对镁合金管进行多道次加工，实现“镁合金管——镁合金块——镁合金管”的连续变形，制备出晶粒细小、组织均匀的镁合金管。但是该装置以及加工方法在实际应用中，随着“管”“块”交替变换，不断的有洁净的金属表面裸露以及沾污表面的卷积，导致制得的管材存在明显组织缺陷；同时，该方法制得的管材实为筒形结构，在往复挤压变形结束后，往往需要后续机加工，将筒形结构二次加工为管形结构，因此，管材坯料耗损严重，生产效率低下。

进一步检索发现，L.S.Toth等人在《Scripta Materialia》，2009,60:175-177上发表的“Severe plastic deformation of metals by high-pressure tube twisting”(高压管式扭转大塑性变形)一文中，提出了用于制备超细晶、甚至纳米晶管材的高压管式扭转装置。该装置利用芯棒轴向受压后产生的弹性膨胀，将管形坯料紧紧夹在挤压筒与芯棒之间，在管材内部形成巨大的静水压力；与此同时，扭转挤压筒，使管形坯料沿厚度方向发生连续剪切。将该装置用于制备铝合金管材，凹模仅周向转动30°，铝合金管材内部的晶粒随即得到明显的细化。但几乎所有的晶粒均沿管材轴线发生一定程度的切变，呈现出椭圆形状；同时，当铝合金管材外径处剪切应变量达到14时，管材内径处剪切应变量仅为2，即扭转产生的剪切应变沿管壁厚度方向极其不均匀。此外，尽管理论上该扭转应变可以无限增加，但管材坯料与模具之间的摩擦限制了扭转应变的增加，上述一系列缺点严重制约了该方法在组织均匀的超细晶管状材料制备中的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置及方法。本发明通过引入变截面挤压芯杆以及挤压芯杆相对于管形坯料的轴向运动，有效解决了高压扭转制备管材中出现的沿管壁厚度方向由外到内，管材变形量逐渐较小的现象，提高了管材组织的均匀性；同时，通过改变不同外形尺寸的变截面挤压芯杆，如端部直径、凸台最大截面直径和与之相配的固定压盘，可灵活控制管材内径尺寸以及反挤加工给予的道次应变量；管材坯料沿管壁厚度方向发生的剪切应变可通过扭转工作台得以控制；该方法可用于制备纯金属、合金、金属间化合物、复合材料、高分子材料、半导体材料超细晶管状材料。

根据本发明的一个方面提供的管材制备的连续剪切往复反挤复合式加工装置，包括环形挤压筒、变截面挤压芯杆、上固定压盘、下固定压盘以及扭转式工作台；

其中，所述环形挤压筒的上端连接所述上固定压盘，下端连接所述下固定压盘；

所述变截面挤压芯杆设置在所述环形挤压筒的内侧；所述变截面挤压芯杆的外侧面设置有平滑过渡的凸台；