[发明专利]一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压方法及成形模具

说明书

一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压方法及成形模具，属于金属塑性加工技术领域。坯料首先经过挤压环上的双侧变通道结构实现两次大转角剪切变形，其次经过左凹模及右凹模的圆角筋结构实现多次小转角剪切变形，最终获得细化晶粒并通过大塑性变形量实现筋板类构件强塑变挤压成形。成形模具包括：与压力机上部结构连接的上模具组件、与压力机下部结构连接的下模具组件、组合式凹模、挤压筒和挤压环。本发明方法能极大地细化材料晶粒且配合成形模具能实现高精度筋板件的一次性成形。另外，成形模具的凸模、挤压筒、挤压环和组合式凹模等关键零件均可根据成形零件尺寸进行更换尺寸，可实现不同尺寸零件的成形并有效控制成形过程的塑性变形量和延长模具的使用寿命。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，涉及一种筋板类构件挤压成形方法及模具，具体是指一种加工高性能筋板类零件的挤压方法及成形模具。

背景技术

超细晶金属构件兼具优异强度和良好塑性等优越性能，是超细晶金属材料推广应用和高性能零部件制造的重要途径之一。传统热锻和等温锻造等可在成形金属的同时细化其组织和消除铸造缺陷，获得较优的力学性能。然而，传统热加工由于存在变形不均匀，变形量较小，难以获得较为均匀的超细晶组织，在充分挖掘材料性能潜力方面还存在不足。细晶强化是提高材料强韧化效果的主要方法。强塑性变形技术，具有很好的细晶强化能力，可以直接将金属的内部组织细化至亚微米乃至纳米级，已经被认为制备块体超细晶材料有效方法。近几年，强塑性变形技术得到了迅速的发展，主要有等通道转角挤压、高压扭转、往复挤压等。强塑变技术主要用于制备具备细晶组织的坯料，经过强塑变工艺得到的坯料在经过后续的热成形(热挤压、热锻和等温锻等)时原有的细小晶粒会长大而失去细晶强化的优势，导致强塑变工艺制备细晶组织的作用减弱甚至消失。强塑变可获取细晶组织，而热挤压能实现零件的成形，前者可保障细晶强化性能而后者保障形状尺寸精度。因而综合考虑两个工艺的优势，将两个工艺复合的强塑变挤压成形可实现一个工艺过程“形性”的精确控制。

随着我国航空、航天工业的快速发展，对筋板类零件的性能提出了很高的要求，筋板类零件广泛应用于航空航天等领域，迫切需要发展其高性能构件的先进成形方法，以满足整体减重和高性能的迫切要求，如何找到一种有效提高筋板类零件性能且能广泛应用的成形方法是亟待解决的技术难题。因而本发明提供一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压成形方法及模具，适用于筋板类构件一体化成形成性，达到零件高性能和轻量化的需求。本发明提出的强塑变成形方法对于实现高性能零件的塑性加工具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压成形方法及模具用来成形高性能筋板类构件，本发明基于“等通道转角挤压”原理，提出了一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压成形方法：坯料首先经过挤压环上的双侧变通道结构实现两次大转角剪切变形，其次经过左凹模及右凹模的圆角筋结构实现多次小转角剪切变形，通过多次剪切变形，使金属内部原本粗大的组织不断破碎，同时剧烈变形使金属内部位错等各种缺陷密度急剧增殖，位错的运动与重组导致大角度晶界的形成，最终形成细化晶粒，以获得大塑性变形量实现筋板类构件强塑变挤压成形。

一种筋板类构件双侧变通道强塑变挤压方法，其特征在于：坯料首先经过挤压环上的双侧变通道结构实现两次大转角剪切变形，其次经过左凹模及右凹模的圆角筋结构实现多次小转角剪切变形，最终获得细化晶粒并通过大塑性变形量实现筋板类构件强塑变挤压成形。

进一步地，坯料应预热至成形温度T₁，并保温一定时间，随后将预热好的坯料放入已预热到坯料成形温度T₁的成形模具中，最后以一定的挤压速度V₁完成强塑变挤压过程。

进一步地，为了避开模具和坯料加热速度差，避免坯料长时间加热而引起晶粒长大，该成形方法需要分别预热模具和坯料至相同温度T₁，挤压过程是在恒温箱内完成的，使模具和坯料的温度始终保持所需的温度，以降低坯料的变形抗力，实现筋板类构件的强塑变挤压成形。