專利名稱:一種制備變通道超細(xì)晶銅鋁線材的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及金屬材料銅鋁的超細(xì)晶制備和微塑性加工領(lǐng)域,具體是一種銅鋁線材 變通道拉拔裝置。
背景技術(shù):
晶粒尺寸1 IOOOnm塊體超細(xì)晶材料具有優(yōu)異的物理和力學(xué)性能,是材料領(lǐng)域研 究的熱點(diǎn)之一。大塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)是目前最受關(guān)注制備 超細(xì)晶材料的成形方法,其主要有高壓扭轉(zhuǎn)法(High Pressure and Torsion,HPT)、等徑角 擠壓變形法(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)、疊層車L合法(Accumulative Roll Bonding, ARB)、反復(fù)折敏一壓直法(R印etitive Corrugation and Straightening, RCS)禾口 多向鍛造法(Multi Directional Forging,MDF)等技術(shù)。HPT通過轉(zhuǎn)動(dòng)沖頭來扭轉(zhuǎn)模具中 的被施以GI^a級(jí)的高壓試樣樣品在高壓力沖頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦力和剪切力的共同作 用下,制得納米塊體材料。ECAP是一種塊體材料在具有一定夾角型腔的模具通過擠壓以純 剪切方式實(shí)現(xiàn)大塑性變形的金屬成形工藝。上海交通大學(xué)在公開號(hào)分別為CN101259493、 CN1709605.CN2757953XN2757954和CN2768921的專利申請(qǐng)中提出的制備超細(xì)晶材料所用 的L形、U形、C形、S形轉(zhuǎn)角往復(fù)擠壓模具和反復(fù)鐓粗?jǐn)D壓模具僅僅是ECAP裝置的改進(jìn)。 ARB將原始板材經(jīng)表面處理后雙層堆垛,加熱后在軋機(jī)上軋焊在一起,然后從中間剪開送回 表面處理后再進(jìn)行下次軋焊循環(huán)。MDF用上下砧對(duì)試樣反復(fù)的進(jìn)行多方向的鐓粗拉拔過程 實(shí)現(xiàn)材料晶粒度細(xì)化的自由鍛工藝。公開號(hào)分別為CN101117694和CN201186305的發(fā)明專 利申請(qǐng)中提出的鐓壓裝置和公開號(hào)分別為CN201088982和CN201338093的專利申請(qǐng)中提 出的反復(fù)擠壓裝置都是利用模具反復(fù)壓縮的MDF裝置的改進(jìn)。西北工業(yè)大學(xué)在公開號(hào)為 1446935的專利申請(qǐng)中提到的SPD超細(xì)晶材料制備裝置和HPD的裝置很相似,具體是有一定 的壓力和轉(zhuǎn)速的扭頭在材料上實(shí)現(xiàn)相對(duì)橫向移動(dòng)使金屬晶粒破碎細(xì)化的方法。西北工業(yè)大 學(xué)在公開號(hào)為CN201371172和CN101823085A的專利申請(qǐng)中提出的一種新型SPD制備超細(xì) 晶的由圓截面變?yōu)闄E圓截面,再由橢圓截面變?yōu)閳A截面的型腔變通道擠壓模具。由此可見目前的大塑性成形裝置尚不成熟,不適合批量反復(fù)工藝過程,所用設(shè)備 昂貴且對(duì)設(shè)備要求也極高,加工成本大,工藝過程復(fù)雜,難以滿足微塑性成形批量生產(chǎn)的 需要。如何設(shè)計(jì)出一套先進(jìn)簡便的裝置制備超細(xì)晶材料,以滿足實(shí)際科研和生產(chǎn)的需要是 材料研究所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出的制備變通道超細(xì)晶銅鋁線材的裝置包括模具、導(dǎo)向輪、換向輪、加熱 冷卻組件和拉拔組件。模具由模芯和模套組成,模套的內(nèi)徑等同于模芯的外徑。模芯是分 為兩瓣的中空?qǐng)A柱體,其內(nèi)腔為一由圓截面變?yōu)闄E圓截面、再由橢圓截面變?yōu)閳A截面的圓 滑過渡變截面形狀的型腔;模芯固定在模套內(nèi)。模芯的型腔分為第一引導(dǎo)段、變形段和第二引導(dǎo)段;模芯型腔的第一引導(dǎo)段為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為1. 1倍銅鋁線材的直徑,與變形段相鄰處的內(nèi) 圓直徑等同于銅鋁線材的直徑;第一引導(dǎo)段的長度為0. 5倍銅鋁線材的直徑;變形段的型 腔為變截面,包括圓-橢圓過渡通道、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道和橢圓-圓過渡通道,其中,圓-橢圓過渡通道與第一引導(dǎo)段相接;圓-橢圓過渡通道型腔的截面由第一引導(dǎo) 段的圓形逐漸光滑過渡為橢圓形,并且圓-橢圓過渡通道型腔的橢圓形截面的面積等同于 圓形截面的面積;圓-橢圓過渡通道橢圓形截面的長短軸之比為1.4 1 1.8 1,長度 為0. 5 0. 8倍銅鋁線材直徑。橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道一端與圓-橢圓過渡通道相接,另一端與橢圓-圓過渡通道相 接。橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道型腔的截面為橢圓形,并且該橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道的橢圓形型腔繞模 芯中心軸線光滑扭轉(zhuǎn),使橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道兩端的橢圓形截面旋轉(zhuǎn)60 90°。橢圓轉(zhuǎn)角過 渡通道的長度為0. 8 1倍銅鋁線材的直徑。橢圓-圓過渡通道與第二引導(dǎo)段相接;橢圓-圓過渡通道型腔的截面由橢圓轉(zhuǎn)角 過渡通道的截面橢圓形逐漸光滑過渡為第二引導(dǎo)段的圓形,并且圓形截面的面積等同于橢 圓-圓過渡通道型腔的橢圓形截面的面積;長度為0. 5 0. 8倍銅鋁線材的直徑。模芯型腔的第二引導(dǎo)段為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為1. 1倍銅 鋁線材的直徑,與變形段相鄰處的內(nèi)圓直徑等同于銅鋁線材的直徑;第二引導(dǎo)段的長度為 0.5倍銅鋁線材的直徑。本發(fā)明的加熱冷卻組件包括3片熱電偶、加熱電阻絲、冷卻水套、陶瓷套、溫控儀。 模具位于陶瓷套內(nèi)。陶瓷套位于冷卻水套內(nèi)。溫控儀的兩端通過導(dǎo)線分別與模具的模套的 兩端連接。3片熱電偶分別鑲嵌在模套殼體兩端及中間的內(nèi)表面。加熱電阻絲緊密纏繞在 模套上。拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)、貯絲筒和兩個(gè)漲緊輪;貯絲筒安裝在電動(dòng)機(jī)主軸上,兩個(gè)漲 緊輪分別位于貯絲筒兩側(cè);銅鋁線材通過貯絲筒經(jīng)該貯絲筒一側(cè)的漲緊輪、換向輪和導(dǎo)向輪,穿過模芯,再經(jīng) 貯絲筒另一側(cè)的導(dǎo)向輪、換向輪和漲緊輪,回到貯絲筒,形成一封閉的金屬絲環(huán)。本發(fā)明提出的變通道超細(xì)晶線材的裝置制備超細(xì)晶銅鋁線材時(shí),銅鋁線材從貯絲 筒引出,電動(dòng)機(jī)通過漲緊輪、換向輪和導(dǎo)向輪牽拉銅鋁線材進(jìn)入模芯,穿過第一引導(dǎo)段進(jìn)入 變形段,依次經(jīng)過圓-橢圓過渡通道、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道和橢圓-圓過渡通道后,從第二引 導(dǎo)段出來,經(jīng)電動(dòng)機(jī)牽拉經(jīng)導(dǎo)向輪、換向輪和漲緊輪再到達(dá)貯絲筒,完成貯絲筒的線材一道 次的拉拔;然后調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng);進(jìn)行第二道次的拉拔;加熱冷卻組件和電動(dòng)機(jī)可以 對(duì)溫度和拉拔速度進(jìn)行調(diào)節(jié),重復(fù)以上步驟過程,對(duì)銅鋁線材往復(fù)多道次拉拔,完成對(duì)銅鋁 線材的超細(xì)晶制備。利用該裝置制備超細(xì)晶材料時(shí),變通道拉拔變形由相當(dāng)于在橫截面上扭轉(zhuǎn)剪切變 形以及鐓拔變形組成,實(shí)現(xiàn)了一次拉拔過程多種變形模式的組合,晶粒的細(xì)化主要由變形 過程中晶粒的剪切破碎和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所貢獻(xiàn),而多次往復(fù)的拉拔過程所累積的等效塑性應(yīng) 變?yōu)榫Я5钠扑樘峁┝藯l件。在圓-橢圓及橢圓轉(zhuǎn)角通道的變形階段,即材料進(jìn)入金屬過渡區(qū)的扭轉(zhuǎn)剪切變形 帶,在剪切應(yīng)力的作用下,晶粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)和剪切應(yīng)變,引起材料組織結(jié)構(gòu)的取向,即晶粒 尺寸的變化和新的織構(gòu)的形成,形成改善同等變形程度下的變形織構(gòu)。變形材料進(jìn)一步發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,晶粒得到了細(xì)化。在拉拔變形過程中變形溫度是影響金屬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主 要因素之一。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是伴隨著熱變形所發(fā)生的再結(jié)晶,是一個(gè)新晶粒形核與核長大的 過程。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶又是一個(gè)速度控制的過程,變形速度不僅影響新晶粒的形核,而且對(duì)新晶 粒的尺寸有很大的影響。裝置里的加熱冷卻組件和拉拔組件都為成形提供了溫度和速度的 技術(shù)要求。綜上所述,變通道超細(xì)晶銅鋁線材的制備裝置是一種利用扭轉(zhuǎn)剪切變形、拉壓和 拉拔變形相結(jié)合的新型裝置,具有成形效果好,速度快,效率高等優(yōu)點(diǎn),能極大地改善了材 料內(nèi)部的應(yīng)變分布、應(yīng)力分布和變形織構(gòu),同時(shí)達(dá)到了細(xì)化晶粒的目的。變通道拉拔成形裝 置能夠應(yīng)用于微塑性成形超細(xì)晶材料的制備,還能夠應(yīng)用于線材拉拔成形的教學(xué)、科研和 生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置具有投資小,操作簡便等優(yōu)點(diǎn),有利于降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。
附圖1是變通道拉拔裝置示意圖;附圖2是模芯的剖視圖;附圖3模芯的截面形狀示意圖,其中,a-a視圖為第一引導(dǎo)段與圓-橢圓過渡通道 銜接處的剖面示意圖;b_b視圖為圓-橢圓過渡通道與橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道銜接處的剖面示 意圖;c-c視圖為橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道與橢圓-圓過渡通道銜接處的剖面示意圖;d-d視圖為 橢圓-圓過渡通道與第二引導(dǎo)段銜接處的剖面示意圖。附圖中1.導(dǎo)向輪2.銅鋁線材3.鍵槽4.模套5.陶瓷套6.熱電偶7.冷卻水套8.模芯9.加熱電阻絲10.換向輪11.溫度控制儀12.電動(dòng)機(jī)13.漲緊輪14.貯絲筒15.圓-橢圓過渡通道16.橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道17.橢圓-圓過渡通 道A.第一引導(dǎo)段C.變形段B.第二引導(dǎo)段
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例是一種用于成形銅線材規(guī)格為直徑φ為4mm,晶粒尺寸達(dá)到50 IOOnm 的變通道裝置及拉拔方法。本實(shí)施例提出的變通道裝置包括模具、導(dǎo)向輪1、換向輪10、加熱冷卻組件和拉拔 組件。模具由模芯8和模套4組成;模套4的內(nèi)徑等同于模芯8的外徑,均為7mm ;模芯 8是分為兩瓣的中空?qǐng)A柱體,其內(nèi)腔為一由圓截面變?yōu)闄E圓截面、再由橢圓截面變?yōu)閳A截面 的圓滑過渡變截面形狀的型腔;模芯8固定在模套4內(nèi)。模芯8的型腔分為第一引導(dǎo)段A、變形段C和第二引導(dǎo)段B。模芯8型腔的第一引導(dǎo)段A為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑φ為 4. 4mm,是1. 1倍銅線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為4mm,等同于銅線材2直 徑;第一引導(dǎo)段A的長度2mm,是0. 5倍銅線材2直徑。模芯8型腔的變形段C的型腔為變截面,包括圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16和橢圓-圓過渡通道17,其中圓-橢圓過渡通道15與第一引導(dǎo)段A相接;圓-橢圓過渡通道15型腔的截面由 第一引導(dǎo)段A的圓形逐漸光滑過渡為橢圓形,并且圓-橢圓過渡通道15型腔的橢圓形截 面的面積等同于圓形截面的面積;圓-橢圓過渡通道15橢圓形截面的長軸短軸分別為5mm 和3. 2mm,長短軸之比是1.56 1 ;圓-橢圓過渡通道15長度為2mm,是0. 5倍銅線材2直徑。橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16 —端與圓-橢圓過渡通道15相接,另一端與橢圓-圓過渡 通道17相接;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16型腔的截面為橢圓形,并且該橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的 橢圓形型腔繞模芯8中心軸線光滑扭轉(zhuǎn),使橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16兩端的橢圓形截面旋轉(zhuǎn) 60° ;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16長度為3. 2mm,是0. 8倍銅線材2直徑。橢圓-圓過渡通道17與第二引導(dǎo)段B相接;橢圓-圓過渡通道17型腔的截面由 橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的截面橢圓形逐漸光滑過渡為第二引導(dǎo)段A的圓形,并且圓形截面的 面積等同于橢圓-圓過渡通道17型腔的橢圓形截面的面積;橢圓-圓過渡通道17長度為 2mm,是0.5倍銅線材2直徑。模芯8型腔的第二引導(dǎo)段B為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為φ為 4. 4mm,是1. 1倍銅線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為4mm,等同于銅線材2直 徑;第二引導(dǎo)段B的長度為2mm,是0. 5倍銅線材2直徑。加熱冷卻組件包括3片熱電偶6、加熱電阻絲9、冷卻水套7、陶瓷套5和溫控儀11 ; 溫控儀11采用XMT7100智能PID溫度控制儀,加熱電阻絲9緊密纏繞在模套4上;模套4 位于陶瓷套5內(nèi);陶瓷套5位于冷卻水套7內(nèi);冷卻水套7兩端有進(jìn)水口和出水口 ;溫控儀 11的兩端通過導(dǎo)線分別與模具的模套4的兩端連接;3片熱電偶6分別鑲嵌在模套4殼體 兩端及中間的內(nèi)表面。拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)12、貯絲筒14和兩個(gè)漲緊輪13 ;電動(dòng)機(jī)12采用型號(hào)55SZ09 直流伺服電動(dòng)機(jī),貯絲筒14安裝在電動(dòng)機(jī)12主軸上,兩個(gè)漲緊輪13分別位于貯絲筒14兩 側(cè);銅線材2通過貯絲筒14經(jīng)該貯絲筒一側(cè)的漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1,穿過模芯 8,再經(jīng)貯絲筒另一側(cè)的導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲緊輪13,回到貯絲筒14,形成一封閉的銅絲 環(huán)。本實(shí)施例提出的變通道超細(xì)晶線材的裝置制備超細(xì)晶銅線材時(shí),銅線材2從貯絲 筒14引出,電動(dòng)機(jī)12通過漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1牽拉銅線材2進(jìn)入模芯8,穿 過第一引導(dǎo)段A進(jìn)入變形段C,依次經(jīng)過圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16和橢 圓-圓過渡通道17后,從第二引導(dǎo)B段出來,經(jīng)電動(dòng)機(jī)12牽拉經(jīng)導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲 緊輪13再到達(dá)貯絲筒14,完成貯絲筒14銅線材2的第一道次的拉拔;然后調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)12 反向轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)行第二道次的拉拔;加熱冷卻組件和拉拔組件可以對(duì)裝置的溫度和拉拔速度 進(jìn)行調(diào)節(jié),在拉拔過程中,溫度控制在200°C,銅線材2的拉拔速度控制在lmm/s,重復(fù)以上 步驟過程,對(duì)銅線材往復(fù)拉拔4道次,完成對(duì)銅線材2的超細(xì)晶制備,最終成形為規(guī)格為直 徑φ為4mm、晶粒度達(dá)到60nm的預(yù)制銅線材,滿足預(yù)制線材晶粒度50 IOOnm規(guī)格需要。實(shí)施例二本實(shí)施例是一種用于成形鋁線材規(guī)格為直徑φ為6mm,晶粒尺寸達(dá)到80 150nm 的變通道拉拔裝置及方法。
6[0040]本實(shí)施例提出的拉拔裝置包括模具、導(dǎo)向輪1、換向輪10、加熱冷卻組件和拉拔組 件。模具由模芯8和模套4組成;模套4的內(nèi)徑等同于模芯8的外徑,都為IOmm模芯 8是分為兩瓣的中空?qǐng)A柱體,其內(nèi)腔為一由圓截面變?yōu)闄E圓截面、再由橢圓截面變?yōu)閳A截面 的圓滑過渡變截面形狀的型腔;模芯8固定在模套4內(nèi)。模芯8的型腔分為第一引導(dǎo)段A、變形段C和第二引導(dǎo)段B。模芯8型腔的第一引導(dǎo)段A為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為φ為 6. 6mm,是1. 1倍鋁線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為6mm,等同于鋁線材2直 徑;第一引導(dǎo)段A的長度3mm,是0. 5倍鋁線材2直徑。模芯8型腔的變形段C的型腔為變截面,包括圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡 通道16和橢圓-圓過渡通道17,其中圓-橢圓過渡通道15與第一引導(dǎo)段A相接;圓-橢圓過渡通道15型腔的截面由 第一引導(dǎo)段A的圓形逐漸光滑過渡為橢圓形,并且圓-橢圓過渡通道15型腔的橢圓形截面 的面積等同于圓形截面的面積;圓-橢圓過渡通道15橢圓形截面的長軸短軸分別為7mm和
5.1mm,長短軸之比是1.4 1 ;長度為3. 6mm,是0. 6倍鋁線材2直徑。橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16 —端與圓-橢圓過渡通道15相接,另一端與橢圓-圓過渡 通道17相接;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16型腔的截面為橢圓形,并且該橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的 橢圓形型腔繞模芯8中心軸線光滑扭轉(zhuǎn),使橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16兩端的橢圓形截面旋轉(zhuǎn) 80° ;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的長度為6mm,是1倍鋁線材2直徑。橢圓-圓過渡通道17與第二引導(dǎo)段B相接;橢圓-圓過渡通道17型腔的截面由 橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的截面橢圓形逐漸光滑過渡為第二引導(dǎo)段A的圓形,并且圓形截面 的面積等同于橢圓-圓過渡通道17型腔的橢圓形截面的面積;長度為3. 6mm,是0. 6倍鋁 線材2直徑。模芯8型腔的第二引導(dǎo)段B為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為φ為
6.6mm,是1. 1倍鋁線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為6mm,等同于鋁線材2直 徑;第二引導(dǎo)段B的長度為3mm,是0. 5倍鋁線材2直徑。加熱冷卻組件包括3片熱電偶6、加熱電阻絲9、冷卻水套7、陶瓷套5和溫控儀11 ; 溫控儀11采用XMT7100智能PID溫度控制儀,加熱電阻絲9緊密纏繞在模套4上;模套4 位于陶瓷套5內(nèi);陶瓷套5位于冷卻水套7內(nèi);冷卻水套7兩端有進(jìn)水口和出水口 ;溫控儀 11的兩端通過導(dǎo)線分別與模具的模套4的兩端連接;3片熱電偶6分別鑲嵌在模套4殼體 兩端及中間的內(nèi)表面;拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)12、貯絲筒14和兩個(gè)漲緊輪13 ;電動(dòng)機(jī)12采用型號(hào)55SZ09 直流伺服電動(dòng)機(jī),貯絲筒14安裝在電動(dòng)機(jī)12主軸上,兩個(gè)漲緊輪13分別位于貯絲筒14兩 側(cè);鋁線材2通過貯絲筒14經(jīng)該貯絲筒14 一側(cè)的漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1,穿過模 芯8,再經(jīng)貯絲筒14另一側(cè)的導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲緊輪13,回到貯絲筒14,形成一封閉 的鋁絲環(huán)。本實(shí)施例提出的變通道超細(xì)晶線材的裝置制備超細(xì)晶鋁線材時(shí),鋁線材2從貯絲 筒14引出,電動(dòng)機(jī)12通過漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1牽拉鋁線材2進(jìn)入模芯8,穿 過第一引導(dǎo)段A進(jìn)入變形段C,依次經(jīng)過圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16和橢圓-圓過渡通道17后,從第二引導(dǎo)B段出來,經(jīng)電動(dòng)機(jī)12牽拉經(jīng)導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲緊 輪13再到達(dá)貯絲筒14,完成貯絲筒14鋁線材2的第一道次的拉拔;然后調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)12反 向轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)行第二道次的拉拔;加熱冷卻組件和拉拔組件可以對(duì)裝置的溫度和拉拔速度進(jìn) 行調(diào)節(jié),在拉拔過程中,溫度控制在300°C,鋁線材2的拉拔速度控制在lmm/s,重復(fù)以上步 驟過程,對(duì)鋁線材2往復(fù)拉拔3道次,完成對(duì)鋁線材2的超細(xì)晶制備,最終成形為規(guī)格為直 徑φ為6mm、晶粒度達(dá)到90nm的預(yù)制鋁線材,滿足預(yù)制線材晶粒度80 IOOnm規(guī)格需要。實(shí)施例三本實(shí)施例是一種用于成形鋁線材規(guī)格為直徑φ為8mm,晶粒尺寸達(dá)到30 SOnm 的變通道拉拔裝置及方法。本實(shí)施例提出的拉拔裝置包括模具、導(dǎo)向輪1、換向輪10、加熱冷卻組件和拉拔組 件。模具由模芯8和模套4組成;模套4的內(nèi)徑等同于模芯8的外徑,都為15mm ;模芯 8是分為兩瓣的中空?qǐng)A柱體,其內(nèi)腔為一由圓截面變?yōu)闄E圓截面、再由橢圓截面變?yōu)閳A截面 的圓滑過渡變截面形狀的型腔;模芯8固定在模套4內(nèi)。模芯8的型腔分為第一引導(dǎo)段A、變形段C和第二引導(dǎo)段B。模芯8型腔的第一引導(dǎo)段A為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為φ為 8. 8mm,是1. 1倍鋁線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為8mm,等同于鋁線材2直 徑;第一引導(dǎo)段A的長度4mm,是0. 5倍鋁線材2直徑。模芯8型腔的變形段C的型腔為變截面,包括圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡 通道16和橢圓-圓過渡通道17,其中圓-橢圓過渡通道15與第一引導(dǎo)段A相接;圓-橢圓過渡通道15型腔的截面由第 一引導(dǎo)段A的圓形逐漸光滑過渡為橢圓形,并且圓-橢圓過渡通道15型腔的橢圓形截面的 面積等同于圓形截面的面積;圓-橢圓過渡通道15橢圓形截面的長軸短軸分別為10. 8mm 和6mm,長短軸之比是1.8:1 ;長度為6. 4mm,是0. 8倍鋁線材2直徑。橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16 —端與圓-橢圓過渡通道15相接,另一端與橢圓-圓過渡 通道17相接;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16型腔的截面為橢圓形,并且該橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的 橢圓形型腔繞模芯8中心軸線光滑扭轉(zhuǎn),使橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16兩端的橢圓形截面旋轉(zhuǎn) 90° ;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的長度為8mm,是1倍鋁線材2直徑。橢圓-圓過渡通道17與第二引導(dǎo)段B相接;橢圓-圓過渡通道17型腔的截面由 橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16的截面橢圓形逐漸光滑過渡為第二引導(dǎo)段A的圓形,并且圓形截面的 面積等同于橢圓-圓過渡通道17型腔的橢圓形截面的面積;長度為6. 4mm,是0. 8倍鋁線 材2直徑。模芯8型腔的第二引導(dǎo)段B為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為φ為 8. 8mm,是1. 1倍鋁線材2直徑,與變形段C相鄰處的內(nèi)圓直徑φ為8mm,等同于鋁線材2直 徑;第二引導(dǎo)段B的長度為4mm,是0. 5倍鋁線材2直徑。加熱冷卻組件包括3片熱電偶6、加熱電阻絲9、冷卻水套7、陶瓷套5和溫控儀11 ; 溫控儀11采用XMT7100智能PID溫度控制儀,加熱電阻絲9緊密纏繞在模套4上;模套4 位于陶瓷套5內(nèi);陶瓷套5位于冷卻水套7內(nèi);冷卻水套7兩端有進(jìn)水口和出水口 ;溫控儀 11的兩端通過導(dǎo)線分別與模具的模套4的兩端連接;3片熱電偶6分別鑲嵌在模套4殼體兩端及中間的內(nèi)表面;拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)12、貯絲筒14和兩個(gè)漲緊輪13 ;電動(dòng)機(jī)12采用型號(hào)55SZ09 直流伺服電動(dòng)機(jī),貯絲筒14安裝在電動(dòng)機(jī)12主軸上,兩個(gè)漲緊輪13分別位于貯絲筒14兩 側(cè);鋁線材2通過貯絲筒14經(jīng)該貯絲筒一側(cè)的漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1,穿過模芯 8,再經(jīng)貯絲筒另一側(cè)的導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲緊輪13,回到貯絲筒14,形成一封閉的鋁絲 環(huán)。本實(shí)施例提出的變通道超細(xì)晶線材的裝置制備超細(xì)晶鋁線材時(shí),鋁線材2從貯絲 筒14引出,電動(dòng)機(jī)12通過漲緊輪13、換向輪10和導(dǎo)向輪1牽拉鋁線材2進(jìn)入模芯8,穿 過第一引導(dǎo)段A進(jìn)入變形段C,依次經(jīng)過圓-橢圓過渡通道15、橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道16和橢 圓-圓過渡通道17后,從第二引導(dǎo)B段出來,經(jīng)電動(dòng)機(jī)12牽拉經(jīng)導(dǎo)向輪1、換向輪10和漲 緊輪13再到達(dá)貯絲筒14,完成貯絲筒14鋁線材2的第一道次的拉拔;然后調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)12 反向轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)行第二道次的拉拔;加熱冷卻組件和拉拔組件可以對(duì)裝置的溫度和拉拔速度 進(jìn)行調(diào)節(jié),在拉拔過程中,溫度控制在250°C,鋁線材2的拉拔速度控制在2mm/s,重復(fù)以上 步驟過程,對(duì)鋁線材往復(fù)拉拔6道次,完成對(duì)鋁線材2的超細(xì)晶制備,最終成形為規(guī)格為直 徑φ為8mm、晶粒度達(dá)到40nm的預(yù)制鋁線材,滿足預(yù)制線材晶粒度30 SOnm規(guī)格需要。
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權(quán)利要求1. 一種制備變通道超細(xì)晶銅鋁線材的裝置,包括模具、導(dǎo)向輪(1)、換向輪(10)、加熱 冷卻組件和拉拔組件;其特征在于,1.模具由模芯⑶和模套⑷組成;模套⑷的內(nèi)徑等同于模芯⑶的外徑;模芯⑶ 是分為兩瓣的中空?qǐng)A柱體,其內(nèi)腔為一由圓截面變?yōu)闄E圓截面、再由橢圓截面變?yōu)閳A截面 的圓滑過渡變截面形狀的型腔;模芯(8)固定在模套內(nèi);II.模芯(8)的型腔分為第一引導(dǎo)段(A)、變形段(C)和第二引導(dǎo)段(B);模芯(8)型 腔的第一引導(dǎo)段(A)為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為1. 1倍銅鋁線材(2) 直徑,與變形段(C)相鄰處的內(nèi)圓直徑為等同于銅鋁線材直徑;第一引導(dǎo)段A的長度為0.5 倍銅鋁線材( 直徑;變形段(C)的型腔為變截面,包括圓-橢圓過渡通道(15)、橢圓轉(zhuǎn)角 過渡通道(16)和橢圓-圓過渡通道(17),其中,a.圓-橢圓過渡通道(15)與第一引導(dǎo)段(A)相接;圓-橢圓過渡通道(15)型腔的截 面由第一引導(dǎo)段(A)的圓形逐漸光滑過渡為橢圓形,并且圓-橢圓過渡通道(1 型腔的橢 圓形截面的面積等同于圓形截面的面積;圓-橢圓過渡通道(1 橢圓形截面的長短軸之比 為1.4 1 1.8 1,長度為0.5 0.8倍銅鋁線材( 直徑;b.橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道(16)—端與圓-橢圓過渡通道(15)相接,另一端與橢圓-圓過 渡通道(17)相接;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道(16)型腔的截面為橢圓形,并且該橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道 (16)的橢圓形型腔繞模芯(8)中心軸線光滑扭轉(zhuǎn),使橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道(16)兩端的橢圓形 截面旋轉(zhuǎn)60 90° ;橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道(16)的長度為0. 8 1倍銅鋁線材( 直徑;c.橢圓-圓過渡通道(17)與第二引導(dǎo)段(B)相接;橢圓-圓過渡通道(17)型腔的截 面由橢圓轉(zhuǎn)角過渡通道(16)的截面橢圓形逐漸光滑過渡為第二引導(dǎo)段A的圓形,并且圓形 截面的面積等同于橢圓-圓過渡通道(17)型腔的橢圓形截面的面積;長度為0. 5 0. 8倍 銅鋁線材( 直徑;d.模芯(8)型腔的第二引導(dǎo)段(B)為圓形變直徑的通道,該段端面處內(nèi)圓的直徑為 1. 1倍銅鋁線材(2)直徑,與變形段(C)相鄰處的內(nèi)圓直徑等同于銅鋁線材(2)直徑;第二 引導(dǎo)段(B)的長度為0. 5倍銅鋁線材( 直徑;III.加熱冷卻組件包括3片熱電偶(6)、加熱電阻絲(9)、冷卻水套(7)、陶瓷套(5)、溫 控儀(11);模具位于陶瓷套(5)內(nèi);陶瓷套(5)位于冷卻水套(7)內(nèi);溫控儀(11)的兩端 通過導(dǎo)線分別與模具的模套的兩端連接;3片熱電偶(6)分別鑲嵌在模套(4)殼體兩 端及中間的內(nèi)表面;IV.拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)(12)、貯絲筒(14)和兩個(gè)漲緊輪(13) ;C絲筒(14)安裝在 電動(dòng)機(jī)(1 主軸上,兩個(gè)漲緊輪(1 分別位于貯絲筒(14)兩側(cè);V.銅鋁線材( 通過貯絲筒(14)經(jīng)該貯絲筒(14) 一側(cè)的漲緊輪(13)、換向輪(10) 和導(dǎo)向輪(1),穿過模芯(8),再經(jīng)貯絲筒(14)另一側(cè)的導(dǎo)向輪(1)、換向輪(10)和漲緊輪 (13),回到貯絲筒(14),形成一封閉的金屬絲環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述一種制備變通道超細(xì)晶銅鋁線材的裝置,其特征在于,加熱電阻 絲(9)緊密纏繞在模套(4)上。
專利摘要一種制備變通道超細(xì)晶銅鋁線材的裝置,包括模具、導(dǎo)向輪(1)、換向輪(10)、加熱冷卻組件和拉拔組件;模具由模芯(8)和模套(4)組成;加熱冷卻組件包括熱電偶(6)、加熱電阻絲(9)、冷卻水套(7)、陶瓷套(5)、溫控儀(11);拉拔組件包括電動(dòng)機(jī)(12)、貯絲筒(14)和漲緊輪(13);使用時(shí)調(diào)節(jié)溫度和拉拔速度及方向,對(duì)銅鋁線材(2)往復(fù)多道次拉拔,完成超細(xì)晶材料的制備。本實(shí)用新型能夠細(xì)化金屬晶粒,提高成形件的力學(xué)性能,改善變形織構(gòu),不僅能夠應(yīng)用于微塑性成形超細(xì)晶材料的制備,還能夠應(yīng)用于線材拉拔成形的科研和生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B21C9/00GK201862645SQ201020574100
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者李付國, 汪程鵬, 陳波 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)