本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，涉及一種板材強(qiáng)變形模具及工藝，特別涉及一種板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具及工藝。

背景技術(shù)：

對(duì)板材進(jìn)行強(qiáng)變形是目前細(xì)化板材晶粒、優(yōu)化板材性能的主流工藝，其典型工藝有累積疊軋焊、高壓扭轉(zhuǎn)、限制模壓法、反復(fù)折皺-壓直法等。這些方法絕大部分都受到材料尺寸的限制，很難制備出大尺寸的制品，或者所制備的材料存在較強(qiáng)的各向異性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在問題，本發(fā)明旨在提供一種板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具及工藝，通過環(huán)波模具，反復(fù)成形細(xì)化板材晶粒，使晶粒尺寸達(dá)到微米或亞微米級(jí)，同時(shí)不受板材尺寸的限制，極大的改善板材的物理、化學(xué)、力學(xué)等方面的綜合性能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具，包括環(huán)波上模、環(huán)波下模，所述環(huán)波上模、環(huán)波下模為軸對(duì)稱的圓柱形結(jié)構(gòu)，其上、下表面由若干圈數(shù)的凸凹連續(xù)交替可吻合的環(huán)波構(gòu)成，軸中心的環(huán)波弧度和長度較大，從軸中心向外的環(huán)波弧度和長度逐圈減??；所述環(huán)波上模與液壓機(jī)的活動(dòng)橫梁相連接，所述環(huán)波下模通過液壓機(jī)的下橫梁固定在工作臺(tái)面上，環(huán)波上模為動(dòng)模，環(huán)波下模為定模；在環(huán)波上模和環(huán)波下模之間設(shè)有軸向?qū)ΨQ布置的導(dǎo)柱，與環(huán)波上模配合的導(dǎo)柱處設(shè)有導(dǎo)套；在環(huán)波下模上端設(shè)有兩組徑向?qū)ΨQ布置的定位機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)板材定位；所述環(huán)波上模、環(huán)波下模通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，直接參與板材的成形，通過合模將板材拉延至設(shè)定的環(huán)波形，在拉延過程中，通過定位機(jī)構(gòu)使板材進(jìn)一步定位，實(shí)現(xiàn)板材反復(fù)拉延。

所述環(huán)波弧度、長度及圈數(shù)取決于板材的成形性能和板材的半徑和厚度。

所述的定位機(jī)構(gòu)由定位彈簧、定位螺桿、定位擋塊、螺母、擋塊構(gòu)成，擋塊與環(huán)波下模連接，定位螺桿穿過擋塊與定位擋塊相連，定位彈簧套在定位螺桿上并置于擋塊和定位擋塊之間，定位彈簧處于預(yù)緊狀態(tài)，放置板材后，定位擋塊被板材頂開，通過螺母調(diào)節(jié)螺桿使板材與環(huán)波下模中心準(zhǔn)確對(duì)齊定位，在拉延過程中，隨著板材大徑減小，定位擋塊頂著板材進(jìn)一步定位，確保板材精確反復(fù)拉延。

一種板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形工藝，包括如下道次：

(1)將圓形板材放置在環(huán)波下模中心位置，調(diào)節(jié)定位螺桿，校準(zhǔn)圓形板材與環(huán)波下模中心準(zhǔn)確對(duì)齊。

(2)啟動(dòng)液壓機(jī)，環(huán)波上模按照預(yù)定速度開始下行，將圓形板材拉延變形至與環(huán)波上模和環(huán)波下模貼合后，保壓一定時(shí)間。

(3)環(huán)波上?；爻蹋瑢⒆冃螆A形板材翻轉(zhuǎn)180°，使變形圓形板材的波峰和波谷分別與環(huán)波上、下模的波谷和波峰相對(duì)，再次調(diào)節(jié)定位螺桿，使變形圓形板材與環(huán)波下模中心準(zhǔn)確定位后，重復(fù)道次(2)；

(4)重復(fù)道次(3)2～4次，將變形圓形板材拉延至預(yù)定形變，晶粒細(xì)化至預(yù)定尺寸；

(5)將經(jīng)過道次(4)的變形圓形板材用壓平模具緩慢壓平，獲得晶粒尺寸細(xì)化后的平整圓形板材。

本發(fā)明工藝在上述道次(2)中所述的環(huán)波上模按照預(yù)定速度開始下行，具體為先使環(huán)波上模開始快速下行至與圓形板材相距約0.5mm，再使環(huán)波上模下行速度降為0.5～1.0mm/min緩慢下行。

本發(fā)明工藝在上述道次(2)中所述的保壓一定時(shí)間為保壓1～2min。

本發(fā)明工藝采用本發(fā)明模具可在板材容許變形范圍內(nèi)，通過盡量少的變形道次、盡量大的塑性變形，積累大量的應(yīng)變，且可使應(yīng)變分布均勻。本發(fā)明工藝在室溫下即可使板材積累大的塑性變形，在力學(xué)計(jì)算和仿真模擬的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)本發(fā)明模具各環(huán)波的尺寸，可在多次反復(fù)拉延之后，使得板材各處積累大量、均勻的塑性變形。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形工藝在常溫下即可實(shí)現(xiàn)難變形材料大量塑性應(yīng)變，優(yōu)化板材微觀組織和力學(xué)性能；

(2)模具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且模具具有定位系統(tǒng)，變形過程可控，有嚴(yán)謹(jǐn)力學(xué)運(yùn)算和仿真模擬，精度高；

(3)成形過程中，變形量較小，但累積的塑性應(yīng)變較大，且在反復(fù)過程中微觀均勻化程度高，變形后板材性能均勻穩(wěn)定；

(4)板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形工藝模具為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可以較好改善原始板材和現(xiàn)有成形工藝的各向異性現(xiàn)象，使板材獲得均勻組織、穩(wěn)定性能；

(5)不受成形制件尺寸限制，可加工大尺寸的板材。

附圖說明

圖1為板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具俯視圖(去除環(huán)波上模)。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3為板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具左視圖。

圖4為環(huán)波下模的環(huán)波結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為壓平模具俯視圖(去除上模)。

圖6為圖5的B-B剖視圖。

圖7為板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形工藝各道次板材外形示意圖。

圖中：1-定位擋塊，2-定位彈簧，3-定位螺桿，4-螺母，5-內(nèi)六角螺釘，6-擋塊，7-環(huán)波下模，8-導(dǎo)柱，9-環(huán)波上模，10-導(dǎo)套，11-導(dǎo)柱，12-下模，13-上模，14-導(dǎo)套；S₁～S₆-各環(huán)波定位尺寸，R₁～R₆-各環(huán)波半徑；(a)-道次1原始板材，(b)-道次2拉延后板材，(c)-道次3拉延后板材，(d)-道次4a拉延后板材，(e)-道次4b拉延后板材，(f)-道次5壓平后板材。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明實(shí)施例的板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形模具為軸對(duì)稱的圓柱形結(jié)構(gòu)，如圖1～3所示，由環(huán)波上模9、環(huán)波下模7、導(dǎo)柱8、導(dǎo)套10及定位擋塊1、定位彈簧2、定位螺桿3、螺母4，內(nèi)六角螺釘5、擋塊6等構(gòu)件組成。其中環(huán)波上模9、環(huán)波下模7通過導(dǎo)柱8和導(dǎo)套10導(dǎo)向，直接參與板材的成形，將板材拉延至設(shè)定波形。環(huán)波上模9固定在液壓機(jī)的活動(dòng)橫梁上、環(huán)波下模7通過液壓機(jī)的下橫梁固定在工作臺(tái)面上，環(huán)波上模9為動(dòng)模，環(huán)波下模7為定模。定位彈簧2、定位螺桿3、定位擋塊1、螺母4、擋塊6、內(nèi)六角螺釘5構(gòu)成模具的定位機(jī)構(gòu)，是板材拉延精度的保證。擋塊6用內(nèi)六角螺釘5與環(huán)波下模7連接，定位螺桿3穿過擋塊6與定位擋塊1相連，定位彈簧2套在定位螺桿3上并置于擋塊6和定位擋塊1之間，定位彈簧2處于預(yù)緊狀態(tài)，放置板料后，定位擋塊1被板料頂開，通過調(diào)節(jié)定位螺桿3使圓形板料準(zhǔn)確與模具中心對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)定位。在拉延過程中，隨著板材大徑減小，定位擋塊頂著板材實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步定位，實(shí)現(xiàn)反復(fù)拉延。

如圖4所示，環(huán)波下模表面由3圈凸凹連續(xù)交替的環(huán)波構(gòu)成，環(huán)波下模的環(huán)波與環(huán)波上模的環(huán)波相吻合，環(huán)波弧度、長度及圈數(shù)取決于板材的成形性能和板材的半徑和厚度。在力學(xué)計(jì)算和仿真模擬的基礎(chǔ)上確定各環(huán)波尺寸參數(shù)為：S1＝17.1mm，S2＝26.4mm,S3＝34.8mm,S4＝42.6mm,S5＝50mm,R1＝13.5mm,R₂＝3.6mm,R₃＝2.3mm,R₄＝2.7mm，R₅＝1.8mm，R₆＝2.3mm。所設(shè)計(jì)的環(huán)波模具可在多次反復(fù)拉延之后，使得板材各處積累大量、均勻的塑性變形。

本發(fā)明實(shí)施例的一種板材環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形工藝，對(duì)直徑為68mm、厚為0.7mm的5083Al合金圓形板材(原始板材，以下簡稱板材)，進(jìn)行環(huán)波反復(fù)拉延強(qiáng)變形，包括如下道次：

道次1：將板材(如圖7(a)所示)放置在環(huán)波下模7中心位置，調(diào)節(jié)定位螺桿3，校準(zhǔn)板材與環(huán)波下模7中心準(zhǔn)確對(duì)齊。

道次2：啟動(dòng)液壓機(jī)，先使環(huán)波上模9開始快速下行至與板材相距約0.5mm，再使環(huán)波上模9下行速度降為0.5mm/min緩慢下行，將板材拉延變形至與環(huán)波上模9和環(huán)波下模7貼合后，保壓1min。

經(jīng)過道次2拉延后的變形板材如圖7(b)所示,拉延后的變形板材外圓直徑64.6mm，變形區(qū)板材平均壁厚減薄至0.675mm，平均等效應(yīng)變?yōu)?.25，平均晶粒尺寸由原始的30μm變?yōu)?0μm。

道次3：環(huán)波上模9回程，將變形板材翻轉(zhuǎn)180°，使變形板材的波峰和波谷分別與環(huán)波上、下模的波谷和波峰相對(duì)，再次調(diào)節(jié)定位螺桿3，使變形板材與環(huán)波下模7中心準(zhǔn)確定位后，重復(fù)道次2。

經(jīng)過道次3拉延后的變形板材如圖7(c)所示,拉延后的變形板材外圓直徑67.2mm，變形區(qū)板材平均壁厚減薄至0.628mm，平均等效應(yīng)變?yōu)?.45，平均晶粒尺寸由道次2變形后的10μm變?yōu)?μm。

道次4a：重復(fù)道次3，將變形板材進(jìn)行拉延，拉延后的變形板材如圖7(d)所示，變形板材外圓直徑69.8mm，變形區(qū)板材平均壁厚減薄至0.598mm，平均等效應(yīng)變?yōu)?.75，平均晶粒尺寸由道次3變形后的5μm變?yōu)?μm。

道次4b：重復(fù)道次3，將變形板材再次進(jìn)行拉延，此次變形后的板材如圖7(e)所示，拉延后的變形板材外圓直徑71.8mm，變形區(qū)板材平均壁厚減薄至0.569mm，平均等效應(yīng)變?yōu)?.15，平均晶粒尺寸由道次(4a)變形后的3μm變?yōu)?.2μm。此時(shí)，已將變形板材拉延至預(yù)定形變，晶粒細(xì)化至預(yù)定尺寸。

道次5：將經(jīng)過道次4b的變形板材用圖5、圖6所示的壓平模具緩慢壓平，獲得晶粒尺寸細(xì)化后的平整板材。壓平后的平整板材如圖7(f)所示,壓平后的平整板材外圓直徑72.5mm，變形區(qū)板材平均壁厚減薄至0.6mm，平均等效應(yīng)變?yōu)?.25，最終壓平后板材的平均晶粒尺寸由道次4b拉延后的1.2μm變?yōu)?μm。