專(zhuān)利名稱(chēng)：擠壓方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)金屬，合金和其它晶體材料實(shí)施形變處理的方法和設(shè)備，目的是控制材料的顯微組織，織構(gòu)及物理和機(jī)械性能。本發(fā)明特別涉及連續(xù)摩擦角擠壓的方法和設(shè)備，以獲得晶體材料的大塑性形變。
晶體材料的性能在很大程度上取決于其顯微組織，特別是晶粒尺寸。晶粒細(xì)化對(duì)性能通常有明顯改善。例如，小晶粒尺寸在低溫可提高材料的強(qiáng)度和韌性，在高溫則細(xì)晶合金可表現(xiàn)出超塑性。
工業(yè)金屬和合金的鑄態(tài)晶粒尺寸一般很大(＞100μm)，可采用機(jī)械熱處理等方法進(jìn)行細(xì)化，包括對(duì)材料進(jìn)行各種熱和機(jī)械組合處理，其中形變是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。實(shí)際上，亞微晶粒結(jié)構(gòu)可以通過(guò)很大的塑性形變直接形成，稍加或不加后續(xù)的退火[參見(jiàn)F.J.Humphreys，P.B.Prangnell，J.R.Bowen，A.Gholinia and C.Harris，用大應(yīng)變形變開(kāi)發(fā)穩(wěn)定細(xì)晶顯微組織，皇家學(xué)會(huì)倫敦哲學(xué)匯刊，357卷(A)，1999年，1663-1681頁(yè)]。
獲得細(xì)晶顯微組織要求的應(yīng)變很大，例如，在鋁合金AA7075中獲得小于10μm平均晶粒尺寸在溫軋條件下要求真應(yīng)變2.3[參見(jiàn)J.A.Wert，N.E.Paton，C.H.Hamilton and M.W.Mahoney，用熱機(jī)械處理方法對(duì)7075鋁合金晶粒細(xì)化，冶金匯刊，12卷(A)，1981年，1267-1276頁(yè)]。亞微米顯微組織需要更高應(yīng)變，具體數(shù)值取決于材料和形變方式。
許多工業(yè)生產(chǎn)中很重要金屬成形方法如軋制和擠壓等，雖然在個(gè)別情況下可以施加大應(yīng)變而獲得細(xì)晶，但在形變過(guò)程中，工件尺寸至少在一個(gè)方向上會(huì)不斷減少，最終制品只能是絲材或箔材，應(yīng)用價(jià)值有限。
近年來(lái)，一些劇烈塑性形變處理方法被相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)，以克服傳統(tǒng)成形過(guò)程中在獲得細(xì)晶顯微組織所必須的高應(yīng)變和織構(gòu)形成等方面的困難。例如，循環(huán)擠-壓(CEC)[參見(jiàn)J.Richert and M.Richert，一種對(duì)金屬和合金施加無(wú)限制形變的新方法，鋁，62卷，1986年，604-607頁(yè)]，高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)[參見(jiàn)I.Saunders and J.Nutting，用扭轉(zhuǎn)和壓縮組合對(duì)金屬施加大應(yīng)變，金屬科學(xué)，18卷，1984年，571-575頁(yè)]，等通道角擠壓(ECAE)，累積疊軋(ARB)[參見(jiàn)H.Saito，N.Utsunomiya and T.Tsuji，材料學(xué)報(bào)，47卷，1999年，579-583頁(yè)]和連續(xù)薄帶切變(C2S2))[參見(jiàn)J-C Lee等，通過(guò)連續(xù)約束薄帶剪切(C2S2)過(guò)程控制金屬薄帶的織構(gòu)，材料研究快報(bào)，36卷，2001年，997-1004頁(yè)]等。有些方法如ECAE等顯示出令人振奮的施加超大應(yīng)變的工藝特點(diǎn)并具有大規(guī)模應(yīng)用潛力。但以現(xiàn)有形式，這些用于顯微組織細(xì)化的劇烈塑變方法在商用品種，尺寸和產(chǎn)量等很多方面受到限制，生產(chǎn)率低，工業(yè)應(yīng)用或可行性有限。
ECAE最初由VM Segal在前蘇聯(lián)發(fā)明[參見(jiàn)V.M.Segal，證書(shū)為575892號(hào)的蘇聯(lián)發(fā)明專(zhuān)利，1974年10月22日]，后在美國(guó)得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)[參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利US5,400,633號(hào)，1993年9月3日；V，M.Segal，晶體材料的塑性形變，專(zhuān)利號(hào)為US5,513,512的美國(guó)專(zhuān)利，1994年6月17日；V.M.Segal，平板坯料劇烈塑性形變的方法和設(shè)備，專(zhuān)利號(hào)為US5,850,755的美國(guó)專(zhuān)利，1995年2月8日]。在ECAE過(guò)程中，坯料在一個(gè)封閉的模具中被擠壓。該模具有兩個(gè)尺寸相同并相交成一特定角度的通道。在理想情況下，ECAE形變方式為“簡(jiǎn)單剪切”，形變發(fā)生在兩個(gè)通道的交界面上的狹窄區(qū)域。由于坯料在擠壓后尺寸不變，該過(guò)程可以重復(fù)來(lái)產(chǎn)生超大應(yīng)變。ECAE的問(wèn)題是坯料尺寸由第一個(gè)模具通道長(zhǎng)度限制，因?yàn)橥ǖ劳饷娴牟牧蠒?huì)先屈服，并且擠壓力隨模具通道增大迅速增加。其它限制ECAE應(yīng)用的問(wèn)題有操作困難，廢料率高，生產(chǎn)率低等。
有一種連續(xù)擠壓過(guò)程叫做“連續(xù)成形”(Conform)，由英國(guó)原子能機(jī)構(gòu)在上世紀(jì)七十年代初發(fā)明[參見(jiàn)D.Green，英國(guó)原子能部，專(zhuān)利號(hào)為GB1370894的英國(guó)專(zhuān)利，1973年10月]，最近被用于與ECAE結(jié)合[參見(jiàn)G.J.Raab等，材料科學(xué)與工程，382卷(A)，2004年，30-34頁(yè)]以施加超大應(yīng)變。等通道角擠壓連續(xù)成形方法ECAE-Conform目前只能處理橫截面為小尺寸的樣品，如線材，在材料形變處理方面的應(yīng)用受限。
本發(fā)明提供新的形變處理方法和設(shè)備以克服上述現(xiàn)有方法的缺陷。本發(fā)明的方法和設(shè)備特別用于大體積材料塑性形變，適合處理大量常規(guī)金屬和合金以及其它晶體材料。采用本發(fā)明可對(duì)材料施加大塑性形變，最終獲得細(xì)晶和超細(xì)晶顯微結(jié)構(gòu)，提高材料物理和力學(xué)性能。
本發(fā)明的第一方案是提供一種工件擠壓方法，包括提供擠壓模具和迫使工件穿過(guò)模具的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；使得工件的一個(gè)表面和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)表面接觸以形成一個(gè)界面；向工件施加一個(gè)指向工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)界面的力以確保界面上的摩擦力；利用所述摩擦力迫使工件通過(guò)模具在工件被擠壓通過(guò)模具過(guò)程中對(duì)工件材料施加塑性形變而不改變其幾何尺寸。
上述施加在工件上的力形成一個(gè)指向工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)界面的壓力。主要地或?qū)嵸|(zhì)上只用摩擦力來(lái)迫使工件進(jìn)入模具(如推)。
這樣，在工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)表面在壓力下獲得接觸的情況下，運(yùn)動(dòng)界面上的驅(qū)動(dòng)表面將在界面上施加摩擦力。
例如，本發(fā)明提供一個(gè)細(xì)化晶體材料工件顯微組織的方法，包括連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程。這個(gè)過(guò)程使用角模具設(shè)計(jì)和可在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下平移或轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)借助其與工件之間的摩擦力連續(xù)將晶體材料工件擠壓通過(guò)角模具，在工件通過(guò)角模具時(shí)發(fā)生塑變。角模具設(shè)計(jì)是這樣的，工件在被擠壓通過(guò)它時(shí)發(fā)生塑性形變但不改變幾何形狀。摩擦力用施加在工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)界面上的正壓力來(lái)建立和維持。
本發(fā)明的一個(gè)最為重要的優(yōu)點(diǎn)是可處理的工件長(zhǎng)度沒(méi)有限制，由于每次擠壓后工件幾何尺寸不變，可在一個(gè)工件上反復(fù)擠壓多次，最終獲得大塑性應(yīng)變，從而有效地細(xì)化顯微組織，提高材料的力學(xué)和物理性能。
本發(fā)明的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可處理大量的金屬，合金和其它晶體材料。并且材料可以有很多形式，如帶，薄板，中厚板，方坯和棒材，這些是金屬和合金在結(jié)構(gòu)，汽車(chē)和飛機(jī)制造中主要的形式。由于過(guò)程連續(xù)，用本發(fā)明對(duì)材料進(jìn)行形變處理生產(chǎn)效率高，材料浪費(fèi)少。
本發(fā)明還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，即連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程適合工業(yè)開(kāi)發(fā)并且可以很容易納入現(xiàn)有生產(chǎn)線上。例如，本擠壓過(guò)程可直接在連續(xù)薄帶鑄造或熱軋等工藝后采用。
工件在預(yù)定的移動(dòng)方向進(jìn)入模具。模具的構(gòu)造使得工件從模具擠出的方向與其進(jìn)入模具的方向成一定角度，稱(chēng)為擠壓角。擠壓角可以為大于或等于90度，最好在90至135度之間。
本方法包括在基本上垂直于工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)界面方向上施加一個(gè)力以確保上述的摩擦力。本方法包括提供第一擠壓通道和第二擠壓通道，第二擠壓通道與第一擠壓通道相接但傾斜一個(gè)角度，即擠壓角，迫使工件從第一擠壓通道進(jìn)入模具，從第二擠壓通道被擠壓出去。第一和第二擠壓通道在垂直于工件通過(guò)擠壓通道的方向上有相等的尺寸，且與工件的厚度相應(yīng)。
模具的第一擠壓通道由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的驅(qū)動(dòng)表面和第一模塊的一個(gè)表面之間構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)表面的尺度在工件運(yùn)動(dòng)方向要比第一模塊表面大很多以便帶動(dòng)工件材料。與第一擠壓通道相連接的第二擠壓通道則由上述第一模塊的另一個(gè)表面和第二模塊的一個(gè)表面之間構(gòu)成。上述第一和第二擠壓通道具有相同的橫截面尺寸，與工件橫截面尺寸相對(duì)應(yīng)，或具有相同的開(kāi)口橫截面，截面高度與工件厚度相等。上述的第二擠壓通道與第一擠壓通道傾斜一個(gè)角度，即擠壓角。工件從第一擠壓通道進(jìn)入模具，從第二擠壓通道出來(lái)。模塊在工件運(yùn)動(dòng)方向采用小尺寸設(shè)計(jì)是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它可有效減少工件與模具表面的摩擦阻力并降低工件在進(jìn)入變形區(qū)之前的屈服傾向。
作為一個(gè)優(yōu)先選擇，本方法包括提供由驅(qū)動(dòng)表面和與之相對(duì)的模具表面之間形成的空間作為第一擠壓通道，這樣，借助摩擦力，通過(guò)相對(duì)于模具表面的驅(qū)動(dòng)表面的運(yùn)動(dòng)而將工件送入第一擠壓通道并穿過(guò)模具。
連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程包括一個(gè)傳送工件穿過(guò)模具的步驟，該步驟借助于工件與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)表面(第一擠壓通道構(gòu)成表面)的摩擦力，通過(guò)相對(duì)第一模塊的第一擠壓通道構(gòu)成表面運(yùn)動(dòng)上述驅(qū)動(dòng)表面來(lái)完成。工件在穿過(guò)模具過(guò)程中發(fā)生塑性形變。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是一個(gè)輥(稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)輥)。該輥可由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輥的采用提供了可連續(xù)將所需擠壓的工件材料送入模具并實(shí)施連續(xù)擠壓的手段。
本方法包括用驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述驅(qū)動(dòng)摩擦力。本方法也包括將工件壓向驅(qū)動(dòng)表面以確保驅(qū)動(dòng)摩擦力。
驅(qū)動(dòng)輥可采用平面輥，即輥表面無(wú)模槽。該輥表面即構(gòu)成第一擠壓通道的驅(qū)動(dòng)表面。第一和第二模塊可為平板，方壞，或任何需要的形狀。工件可為帶材包括薄帶和板材。帶材工件的寬厚比可大于5，最好大于10，這樣可形成平面應(yīng)變狀態(tài)。
本發(fā)明還提供若干其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，摩擦作為驅(qū)動(dòng)手段大大減少了其在第一擠壓通道中對(duì)工件的阻礙作用，這種摩擦阻力在ECAE過(guò)程中很?chē)?yán)重。平面應(yīng)變擠壓在本過(guò)程中很容易得到，形變以簡(jiǎn)單剪切方式在一個(gè)狹窄區(qū)域里發(fā)生。流過(guò)模具的材料基本上經(jīng)歷同樣的形變條件和同樣的塑性應(yīng)變。由于形變方式確定，預(yù)先給定的應(yīng)變量可以準(zhǔn)確地得到。因此，用本發(fā)明可在整個(gè)工件中獲得均勻分布的高強(qiáng)度應(yīng)變，因而獲得均勻細(xì)化的顯微組織，從而提高工件材料的力學(xué)和物理性能。
另外，可以采用在表面上做有沿周線方向封閉的模槽的驅(qū)動(dòng)輥，與這種驅(qū)動(dòng)輥相匹配的是靴形第一模塊，靴形第一模塊與驅(qū)動(dòng)輥上的模槽構(gòu)成第一擠壓通道。第二模塊則采用支座式結(jié)構(gòu)，插入驅(qū)動(dòng)輥的模槽中。有模槽的驅(qū)動(dòng)輥特別用于擠壓具有矩形或圓形截面的棒狀工件。
可對(duì)平面驅(qū)動(dòng)輥和有模槽的驅(qū)動(dòng)輥表面進(jìn)行改性處理以提高其潤(rùn)滑性能，耐熱和耐磨性能。這種表面改性處理對(duì)高溫?cái)D壓尤其重要。
連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程包括一個(gè)在工件上施加正壓力步驟，以確保在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下有足夠高的摩擦力作用在工件上，使得將工件擠壓通過(guò)模具過(guò)程得以進(jìn)行?？捎抿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)工件施加正壓力。在這種情況下，需要采用一個(gè)工件支撐機(jī)構(gòu)來(lái)支撐工件，平衡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)施加的壓力?？梢耘溆袀鬏攷аb置的支撐機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)可以大大減少工件與其支撐機(jī)構(gòu)之間的摩擦阻力并進(jìn)而減少啟動(dòng)擠壓過(guò)程需要的施加在工件上的正壓力。施加在工件上的正壓力也可以采用一個(gè)獨(dú)立的壓力機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述壓力機(jī)施加的力由驅(qū)動(dòng)表面或定義第一擠壓通道的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)表面來(lái)平衡。壓力機(jī)也可以采用傳輸帶施壓裝置。
本方法包括提供一個(gè)對(duì)工件的反作用壓力以平衡驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。本方法還包括提供這樣一個(gè)工件支撐機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力時(shí)該工件支撐機(jī)構(gòu)在相反方向向工件施加壓力，平衡驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
工件支撐機(jī)構(gòu)可以用一個(gè)傳輸支撐機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本方法包括借助摩擦力用傳輸支撐裝置在工件支撐機(jī)構(gòu)上傳輸工件。
壓力機(jī)也最好用傳輸壓力裝置對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力。本方法包括借助摩擦力用壓力傳輸裝置在壓力機(jī)下傳送工件。
壓力傳輸裝置包括一組傳輸輥和一個(gè)傳輸帶，傳輸帶由一組傳輸輥支撐并圍繞該輥組系列運(yùn)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)表面與工件之間的摩擦系數(shù)要控制在大于工件與工件支撐機(jī)構(gòu)或工件與壓力機(jī)施壓機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)。
本方法包括根據(jù)驅(qū)動(dòng)表面與工件之間的摩擦系數(shù)和工件與工件支撐機(jī)構(gòu)或工件與壓力施壓機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)的差值來(lái)確定施加在工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)界面的壓力。
連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程包括一個(gè)向工件施加反壓力的步驟，目的是提高工件材料在塑性形變區(qū)的靜水壓力從而減少或消除相對(duì)脆性的材料在形變過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷。向被擠壓工件施加反壓力可以用安裝在模具出口的一個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，當(dāng)工件被擠出擠壓模時(shí)對(duì)工件的表面施加一個(gè)可變的反摩擦力，以產(chǎn)生一個(gè)作用于工件上的可變的反壓力，進(jìn)而對(duì)在擠壓模中的工件提供一個(gè)壓力(例如流體靜壓力)。工件上的可控制的反壓力最好在第二擠壓通道出口處施加。
在高溫進(jìn)行連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程操作時(shí)，本過(guò)程包括對(duì)工件加熱的步驟，此步驟可以在擠壓之前或擠壓之中進(jìn)行。
本方法進(jìn)一步還包括對(duì)經(jīng)過(guò)模具擠壓后的工件進(jìn)行熱處理的步驟。這樣的熱處理可以有效地保證獲得優(yōu)越的顯微組織。連續(xù)再結(jié)晶退火是傾向選擇的熱處理方式。在一般情況下，在相對(duì)低溫進(jìn)行熱處理比較好。
連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程可通過(guò)模具對(duì)工件進(jìn)行多次操作。在材料韌性允許的條件下通過(guò)多次重復(fù)連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程獲得基本上無(wú)限制的塑性應(yīng)變是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
晶體材料經(jīng)過(guò)細(xì)化可以形成細(xì)晶甚至超細(xì)晶顯微組織。細(xì)晶一般是指材料的平均晶粒尺寸在一到十微米，而超細(xì)晶材料的平均晶粒尺寸是在一微米以下。
本發(fā)明的另一方案是提供一個(gè)用本發(fā)明第一方案所述的擠壓方法細(xì)化晶體材料顯微組織的方法，以生產(chǎn)細(xì)晶或超細(xì)晶材料。
本發(fā)明的第二方案是提供了對(duì)工件進(jìn)行擠壓的設(shè)備，包括一套擠壓模具和驅(qū)動(dòng)工件穿過(guò)模具的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)表面與工件的一個(gè)表面接觸形成一個(gè)界面；施壓機(jī)構(gòu)以用于向上述界面施加一個(gè)力從而確保該界面上的摩擦力；在擠壓設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)借助其驅(qū)動(dòng)表面與工件表面的摩擦力迫使工件進(jìn)入模具并從模具中擠壓出來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)工件材料施加塑性形變。模具的結(jié)構(gòu)可使上述擠壓發(fā)生而不改變工件的幾何尺寸。
驅(qū)動(dòng)表面和工件表面在他們之間的交界面處于壓力接觸狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)其驅(qū)動(dòng)表面從而施加一個(gè)摩擦力。
例如，本發(fā)明提供一個(gè)細(xì)化晶體材料工件顯微組織的設(shè)備，由連續(xù)摩擦角擠壓設(shè)備構(gòu)成。它包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下平移或轉(zhuǎn)動(dòng)，借助與工件之間的摩擦驅(qū)動(dòng)晶體材料工件穿過(guò)模具。該模具結(jié)構(gòu)使得工件穿過(guò)時(shí)發(fā)生塑性形變但不改變幾何形狀。施壓機(jī)構(gòu)被采用向基本上垂直于驅(qū)動(dòng)表面和工件表面之間的界面施加一個(gè)壓力以確保所述摩擦力，優(yōu)選地，施壓機(jī)構(gòu)施加的壓力垂直于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與工件界面，產(chǎn)生足夠的摩擦力來(lái)啟動(dòng)和進(jìn)行擠壓形變過(guò)程。
本設(shè)備包括第一擠壓通道和第二擠壓通道，第二擠壓通道與第一擠壓通道相接但傾斜一個(gè)擠壓角。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將工件從第一擠壓通道擠入模具，從第二擠壓通道擠出。第一和第二擠壓通道在垂直于工件通過(guò)相應(yīng)的擠壓通道運(yùn)動(dòng)方向上有相同的尺寸，在相應(yīng)于工件厚度方向上的截面尺寸相等。
連續(xù)摩擦角擠壓設(shè)備在使用時(shí)，利用其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿預(yù)先確定的方向?qū)⒐ぜ腿肽＞摺ＴO(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)使得工件從模具中被擠出的預(yù)定方向與進(jìn)入模具的方向成一個(gè)角度，即擠壓角。擠壓角應(yīng)大于或等于90度，最好在90度至135度之間。
模具的第一擠壓通道由驅(qū)動(dòng)表面和相對(duì)的第一模塊的一個(gè)表面之間形成的空間構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)相對(duì)模具表面移動(dòng)驅(qū)動(dòng)表面從而利用摩擦力將工件經(jīng)第一擠壓通道送入并穿過(guò)模具。壓力機(jī)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述摩擦力。壓力機(jī)構(gòu)也可對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓來(lái)確保上述摩擦力。
模具可由第一擠壓通道和第二擠壓通道構(gòu)成，第一擠壓通道由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的驅(qū)動(dòng)表面和相對(duì)的第一模塊的一個(gè)表面構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)表面的尺度在工件運(yùn)動(dòng)方向要比第一模塊表面大很多以便帶動(dòng)工件材料。與第一擠壓通道相連接的第二擠壓通道則于上述第一模塊的另一個(gè)表面和第二模塊的一個(gè)表面之間形成。上述第一和第二擠壓通道具有相同的橫截面尺寸且與工件橫截面尺寸相對(duì)應(yīng)，或具有尺寸相同、與工件厚度相應(yīng)的開(kāi)口橫截面。上述的第二擠壓通道與第一擠壓通道傾斜一個(gè)角度，即擠壓角。工件從第一擠壓通道進(jìn)入模具，從第二擠壓通道出來(lái)。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可由轉(zhuǎn)動(dòng)單元構(gòu)成(驅(qū)動(dòng)輥)。該輥可在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，借助驅(qū)動(dòng)輥與工件間的摩擦力迫使工件在預(yù)定方向穿過(guò)模具。驅(qū)動(dòng)輥的采用提供了可連續(xù)將工件材料送入并通過(guò)模具實(shí)施連續(xù)擠壓。驅(qū)動(dòng)輥可采用平面輥以對(duì)板帶工件進(jìn)行形變處理，或采用具有表面模槽的平面輥來(lái)處理方型或圓型截面的棒材。
本設(shè)備包括一個(gè)平衡機(jī)構(gòu)用以提供反作用壓力來(lái)平衡由驅(qū)動(dòng)表面施加在工件上的壓力。平衡機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)工件支撐機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力時(shí)該支撐機(jī)構(gòu)在相反方向向工件施加壓力，用以平衡驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
工件支撐可以配有傳輸帶支撐裝置，在工件相應(yīng)于上述摩擦力運(yùn)動(dòng)時(shí)，用于傳輸在工件支撐機(jī)構(gòu)上的工件。壓力機(jī)構(gòu)最好包括壓力傳輸裝置，可用壓力傳輸裝置對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力，利用傳輸裝置借助摩擦力傳送位于壓力機(jī)構(gòu)上的工件。
傳輸裝置包括傳輸輥組和一個(gè)傳輸帶，傳輸帶由傳輸輥組支撐并圍繞該輥組系列運(yùn)動(dòng)。
連續(xù)摩擦角擠壓設(shè)備包括在工件上施加正壓力的機(jī)構(gòu)，以確保有足夠高的摩擦力作用在工件上，使得將工件擠壓通過(guò)模具過(guò)程得以進(jìn)行。向工件施加正壓力機(jī)構(gòu)可與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，即由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)工件施加正壓力。在這種情況下，需要采用工件支撐機(jī)構(gòu)來(lái)支撐工件，平衡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)施加的正壓力。支撐機(jī)構(gòu)可以配有帶裝置，因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)可以大大減少工件與其支撐機(jī)構(gòu)之間的摩擦阻力并進(jìn)而減少啟動(dòng)擠壓過(guò)程需要的施加于工件上的正壓力。也可以用一個(gè)壓力機(jī)向工件施加正壓力。壓力機(jī)也可以采用帶裝置。
驅(qū)動(dòng)表面與工件之間的摩擦系數(shù)要大于工件與工件支撐機(jī)構(gòu)或工件與壓力機(jī)施加機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)。施加在驅(qū)動(dòng)表面和工件界面上的壓力最好由上述摩擦系數(shù)之差來(lái)確定。
本設(shè)備包括向工件施加反壓力的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在工件塑性形變后被出擠壓模時(shí)向工件的一個(gè)表面施加一個(gè)可變的反摩擦力，因而對(duì)模具內(nèi)的材料施加一個(gè)可變反壓力。反壓力機(jī)構(gòu)最好施加可控制反壓力，設(shè)置在第二擠壓通道出口處。
連續(xù)摩擦角擠壓設(shè)備對(duì)被擠壓工件施加反壓力以提高工件材料在形變區(qū)的韌性。反壓力機(jī)構(gòu)可以是一個(gè)安裝在模具出口的一個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)，施加的反壓力在擠壓過(guò)程中應(yīng)該是恒定的和可以調(diào)節(jié)的(連續(xù)摩擦角擠壓方法包括對(duì)被擠壓工件施加反壓力步驟，以提高工件材料在形變區(qū)的韌性。安裝在模具出口的摩擦機(jī)構(gòu)可以用來(lái)施加的反壓力，在擠壓過(guò)程中所施加的反壓力是恒定的或可以調(diào)節(jié)的)。
本設(shè)備可包括加熱裝置，以便對(duì)工件在擠壓之前或擠壓之中進(jìn)行加熱。還可包括對(duì)經(jīng)擠壓模具擠壓后的工件進(jìn)行熱處理的加熱機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，采用熱處理裝置可對(duì)工件進(jìn)行連續(xù)再結(jié)晶退火。加熱處理可安排在兩個(gè)擠壓過(guò)程之間，用于恢復(fù)退火。
本發(fā)明的另一方案是提供一個(gè)細(xì)化晶體材料顯微組織的設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明第二方案，采用所述設(shè)備，可以生產(chǎn)細(xì)晶或超細(xì)晶材料。
下面將參考圖例詳述本發(fā)明的方法和設(shè)備的具體內(nèi)容和實(shí)施例，其中

圖1a為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的中線剖面示意圖，表明本發(fā)明的方法和設(shè)備的主要部件排布和操作原理。
圖1b為沿圖1a中A-A線的局部剖面圖，表明模具模塊在出口部分相對(duì)于處理中的帶狀工件和機(jī)架的排布情況。
圖2為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的中線局部剖面原理示意圖，表明工件，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，模具模塊，工件支撐機(jī)構(gòu)等的裝配關(guān)系以及工作表面和過(guò)程參數(shù)等的定義。
圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例改進(jìn)型的局部中線剖面示意圖，采用配有帶-輥裝置的工件支撐機(jī)構(gòu)。
圖4為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例改進(jìn)型的局部中線剖面示意圖，采用配有平面帶裝置的工件支撐機(jī)構(gòu)。
圖5(a)示出一個(gè)放大的本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的局部剖面示意圖，表明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和模具的排布情況，此形式用于處理棒狀工件。
圖5(b)為沿圖5(a)B-B線的局部剖面圖，表明棒狀工件在有模槽的驅(qū)動(dòng)輥和工件支撐之間的排布情況。
圖5(c)，圖5(d)和圖5(e)為圖5(a)中模具的不同方位視圖。
圖6(a)為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的中線剖面示意圖，示出具有水平出口排布的本發(fā)明設(shè)備的構(gòu)造和主要部件，包括分立的壓力機(jī)構(gòu)和反壓力機(jī)構(gòu)。
圖6(b)為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的中線放大剖面示意圖，表示壓力裝置，模具和反壓裝置等的裝配關(guān)系，以及與驅(qū)動(dòng)輥，工件相關(guān)的各個(gè)模塊工作表面的定義。
圖7(a)為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例改進(jìn)型的一個(gè)局部剖示圖，表示配有帶裝置的施壓機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)輥，工件和模具。
圖7(b)是沿圖7(a)中C-C線的剖視圖，表明在壓力裝置中帶機(jī)構(gòu)的裝配。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例由圖1至圖7(b)示出，當(dāng)然，本發(fā)明不限于這些形式。同樣的數(shù)字用于描述在不同圖中同樣的特征，結(jié)構(gòu)和部件。本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例由圖1a至圖4示出。圖5a至圖5e展示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。圖6a至圖7b給出本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例。這些圖是示意性的，用以表明本方法的操作原理和設(shè)備的關(guān)鍵部件以及大致的相對(duì)位置和尺寸。
如圖1a所示，本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例主要包括進(jìn)料機(jī)構(gòu)1，驅(qū)動(dòng)輥20，該驅(qū)動(dòng)輥為過(guò)程的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，模塊40和50，工件支撐機(jī)構(gòu)30，和模塊支撐43和53，以及一對(duì)出料輥2。工件10從開(kāi)卷機(jī)或輥臺(tái)上(未示出)由進(jìn)料裝置1送到驅(qū)動(dòng)輥20上。驅(qū)動(dòng)輥在動(dòng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，如箭頭A1所示，借助其與工件10的摩擦將工件向模具傳送并迫使工件穿過(guò)模具。模具由模塊40，50，加上模塊支撐43和53構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)輥20還用做施壓機(jī)構(gòu)，如箭頭A2所示，向工件10施加一個(gè)正壓力以產(chǎn)生足夠大的摩擦力來(lái)啟動(dòng)并進(jìn)行擠壓過(guò)程。工件10在被擠壓穿過(guò)模具過(guò)程中發(fā)生塑性形變，然后由出料輥2送到一個(gè)打卷機(jī)或輥臺(tái)(未示出)上。如果需要，出料輥2可以對(duì)工件10施加一個(gè)適當(dāng)?shù)睦σ詼p少需要的擠壓力。在過(guò)程的最后階段，使用中的出料輥2或開(kāi)卷機(jī)需要施加比較大的拉力以便將工件10從模具中拉出，因?yàn)樵谶@個(gè)階段，由驅(qū)動(dòng)輥20提供的摩擦力可能不夠大。
工件和模塊支撐機(jī)構(gòu)30，模塊支撐43和53可以做成一個(gè)整體，也可做成各自獨(dú)立的部件，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)決定。各個(gè)部件的在機(jī)架(圖1b中100所示)中安裝的詳細(xì)結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)化描述沒(méi)有給出。
通過(guò)向被擠壓工件施加一個(gè)正壓力從而產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)擠壓過(guò)程所需要的摩擦力是本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特之處，也是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)越特征。不過(guò)，更優(yōu)選的是由于工件與驅(qū)動(dòng)輥之間的摩擦提供過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力，而工件10與其支撐機(jī)構(gòu)30之間的摩擦對(duì)過(guò)程施加一個(gè)阻力，工件與其支撐之間的摩擦系數(shù)(fr)必須顯著小于驅(qū)動(dòng)輥20和工件10之間的摩擦系數(shù)(fd)。這樣才能使得驅(qū)動(dòng)輥20在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)工件10施加一個(gè)正壓力時(shí)，在工件上產(chǎn)生一個(gè)凈驅(qū)動(dòng)摩擦力。該摩擦力的方向與驅(qū)動(dòng)輥20表面和工件任一接觸點(diǎn)的切向一致并指向模具。如果在工件10上施加的正壓力足夠大，產(chǎn)生的摩擦力將能夠迫使工件10穿過(guò)模具并使工件發(fā)生塑性形變。
圖2.為工件，驅(qū)動(dòng)輥，模具和支撐機(jī)構(gòu)關(guān)系的放大示意圖并給出主要過(guò)程參數(shù)。從圖中可以看出，工件支撐機(jī)構(gòu)工作表面31是曲面，與驅(qū)動(dòng)輥20的曲率相對(duì)應(yīng)。這樣，驅(qū)動(dòng)輥施加在工件上的正壓力在整個(gè)接觸長(zhǎng)度(L)上都是均勻的。接觸長(zhǎng)度(L)等于接觸弧角(p)與驅(qū)動(dòng)輥半徑(R)的乘積。
從圖2還可以看到，驅(qū)動(dòng)輥20與模塊40和模塊50定義了工件10的通道。驅(qū)動(dòng)輥20的驅(qū)動(dòng)表面21和模塊40的一個(gè)表面41確定了工件通道的第一部份，稱(chēng)為第一擠壓通道。模塊40的另一個(gè)表面42和模塊50的一個(gè)表面52定義了工件通道的第二部分，稱(chēng)為第二擠壓通道。模具結(jié)構(gòu)是這樣的，第一和第二擠壓通道的橫截面相等并與工件10的橫截面相對(duì)應(yīng)。兩個(gè)擠壓通道連在一起但成一個(gè)角度(2θ)，稱(chēng)為擠壓角。需要注意的是，驅(qū)動(dòng)表面21與模塊表面51之間需要滑動(dòng)配合，以確保第一和第二擠壓通道形成一個(gè)連續(xù)的，完全封閉相接的工件通道。第一和第二擠壓通道在工件運(yùn)動(dòng)方向的尺寸比驅(qū)動(dòng)輥的圓周長(zhǎng)度小得多。在擠壓過(guò)程中，工件10在摩擦拖動(dòng)下在第一擠壓通道進(jìn)入模具，從第二擠壓通道被擠壓出來(lái)，工件在兩個(gè)通道交界面的一個(gè)狹窄區(qū)間發(fā)生塑性形變。
圖2中，第一和第二擠壓通道的交界面用虛線OC來(lái)表示，O為驅(qū)動(dòng)表面21與模塊表面51的交點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)20的表面21定義了第一擠壓通道的一部分，模塊50的表面51定義了第二擠壓通道的一部分；C為模塊40上表面41與表面42的交點(diǎn)，模塊40的表面41定義了第一擠壓通道的一部分，其表面42定義了第二擠壓通道的一部分。AO為在驅(qū)動(dòng)輥20上O點(diǎn)的切線，是工件10在第一擠壓通道中的主運(yùn)動(dòng)方向。OB是工件10從第二擠壓通道被擠壓出的方向，即擠壓方向。OA與OB的夾角即為擠壓角(2θ)。該角大于或等于90度，通常在90至135度之間。因?yàn)閮蓚€(gè)擠壓通道的橫截面相等，它們的交面OC等分?jǐn)D壓角(2θ)從而使工件10擠壓后尺寸不變。這樣，可在幾何條件不變的情況下重復(fù)擠壓過(guò)程，最終獲得大塑性應(yīng)變，細(xì)化晶體材料工件的顯微組織并改善其性能。
上述本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例適合用于對(duì)帶材工件(包括薄帶和板材)的形變處理。圖1b示出模塊在模具出口端相對(duì)于帶材工件的排布結(jié)構(gòu)。工件的寬度可以比如圖1b所示的擠壓通道的寬度小一些。實(shí)際上，擠壓通道在工件寬度方向，或嚴(yán)格地說(shuō)在垂直于與工件運(yùn)動(dòng)方向一致的縱斷面的方向上可以是開(kāi)口的。如果工件的寬厚比大于5，最好大于10，材料在形變過(guò)程中將不發(fā)生橫向流動(dòng)，即形變?cè)谄矫鎽?yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行。在理想情況下，即形變區(qū)內(nèi)的摩擦可以忽略，任一塑性應(yīng)變?cè)隽烤鶠榧羟校@樣整個(gè)形變即為在OC平面中的“簡(jiǎn)單剪切”。工件經(jīng)過(guò)模具發(fā)生的塑性應(yīng)變僅僅取決于擠壓角γ＝2cotθ (1)其中γ是每個(gè)道次的剪切應(yīng)變。相應(yīng)的每道次等效應(yīng)變(ε)則為ϵ=23cotθ---(2)]]>在n個(gè)擠壓道次后的總等效應(yīng)變(εn)為εn＝nε (3)如擠壓角為120度，ε＝0.664，10道次后εn＝6.64。每個(gè)道次的應(yīng)變的可加性是“簡(jiǎn)單剪切”形變方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。單位擠壓力(p)是材料屈服強(qiáng)度(σs)和擠壓角(2θ)的函數(shù)p=23σscotθ---(4)]]>或p＝2kcotθ (4’)其中σs為被擠壓的材料的屈服強(qiáng)度，k是材料的剪切強(qiáng)度。根據(jù)Levey-Mises屈服準(zhǔn)則，k＝σs/。
本連續(xù)摩擦擠壓過(guò)程是一個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。有效摩擦系數(shù)(fe)，定義為工件10和驅(qū)動(dòng)輥20界面的摩擦系數(shù)fd與工件10和其支撐機(jī)構(gòu)30界面的摩擦系數(shù)fr之差，即fe＝fd-fr，是決定需要施加在工件上的正壓力大小的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)之一。其它參數(shù)包括材料屈服強(qiáng)度(σs)，工件厚度(t)和擠壓角(2θ)。fe值越高，可允許處理的材料的強(qiáng)度越高，工件可以越厚。對(duì)于具有一定強(qiáng)度和厚度的工件，fe值越高，要求施加在工件上的正壓力越小。一般來(lái)說(shuō)，高fe值一方面提高設(shè)備的能力，另一方面降低能量消耗。
如圖2箭頭F所示，作用在工件10上的摩擦的方向與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輥表面上的接觸點(diǎn)相切并指向第一擠壓通道。但是，只有與AO方向平行的摩擦分力，如圖2箭頭P所示，才會(huì)對(duì)擠壓過(guò)程作貢獻(xiàn)。對(duì)擠壓有貢獻(xiàn)的總的摩擦力(Fe)是作用在工件10上的正壓力(pn)，與如圖2中定義的角(p)相應(yīng)的、施加有正壓力的接觸表面弧長(zhǎng)度(L)，摩擦系數(shù)fd和fr，工件10的厚度(t)和寬度(w)以及驅(qū)動(dòng)輥的半徑(R)等的函數(shù)
如果正壓力pn和摩擦系數(shù)fd，fr為常數(shù)，t＜＜R，那么Fe≈wfeNRsin(LR)---(6)]]>為建立和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的連續(xù)擠壓過(guò)程，此摩擦力Fe必須對(duì)沿交界面OC的形變區(qū)材料施加一個(gè)等于P＝2wtσscotθ/的載荷，P為過(guò)程要求的擠壓力。于是，要產(chǎn)生載荷所要求的施加在工件上的正壓力為pn=2tσscotθ3feRsin(L/R)---(7)]]>可以看出，進(jìn)行擠壓過(guò)程所要求的施加在工件上正壓力依賴(lài)于材料的強(qiáng)度，工件的厚度，有效摩擦系數(shù)，擠壓角，所施加的正壓力的接觸弧長(zhǎng)和驅(qū)動(dòng)輥半徑等。如果R＝500mm，L＝200mm，2θ＝120°，t＝4mm，fe＝0.25，σs＝750MPa，需要的正壓力pn＝40MPa。如果帶狀工件寬w＝500mm，產(chǎn)生這樣一個(gè)正壓力所需的壓力為400噸。這個(gè)力小于冷軋同樣強(qiáng)度和尺寸片材工件到同樣應(yīng)變所需要的力。
有若干提高有效摩擦系數(shù)(fe)的途徑，包括(a)增加驅(qū)動(dòng)表面21的粗糙度；(b)減少工件支撐表面31的粗糙度；(c)潤(rùn)滑工件支撐表面31。改變工件表面粗糙度作用不大，因?yàn)閮擅娴淖饔脮?huì)抵消。降低工件與支撐表面接觸一側(cè)表面的粗糙度，增加與驅(qū)動(dòng)表面接觸一側(cè)的粗糙度對(duì)提高有效摩擦系數(shù)會(huì)有效，但實(shí)際操作成本會(huì)很高。
工件支撐表面31用固態(tài)潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑比較好，因?yàn)檫@種潤(rùn)滑在改進(jìn)擠壓過(guò)程的同時(shí)不會(huì)引起其它麻煩。直接對(duì)工件用液態(tài)潤(rùn)滑劑不是優(yōu)選，可能引起問(wèn)題，如需要在下一個(gè)擠壓道次前對(duì)潤(rùn)滑表面進(jìn)行清洗，并由于冷卻作用可能在工件厚度方向產(chǎn)生溫度梯度-在高溫作業(yè)時(shí)是個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題。工件支撐表面31也可以采用自潤(rùn)滑材料，或襯上低摩擦系數(shù)的耐磨材料。再有，也可對(duì)工件支撐表面31進(jìn)行改性處理以提高光潔度和耐磨性。
除了上述措施外，可以對(duì)工件支撐進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)以減少對(duì)工件的凈摩擦阻力，提高有效摩擦系數(shù)(fe)。圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)型的局部中線剖面示意圖，示出改進(jìn)的工件支撐機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)輥20，工件10和模具。如圖3所示，帶131被用于與工件10接觸，代替了直接用在支撐塊130上表面。一組安裝在支撐塊130中的輥132支撐帶131。這樣，當(dāng)工件10由驅(qū)動(dòng)輥20向模具傳送時(shí)，帶131在一組輥132上繞支撐130運(yùn)動(dòng)。采用這種帶-輥設(shè)置，工件10與其支撐機(jī)構(gòu)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件的阻力只是發(fā)生在一組輥132和133上的滾動(dòng)摩擦，幾乎可以不計(jì)。一對(duì)輥133配在支撐130的底部，如圖3所示，使得帶131在擠壓過(guò)程中連續(xù)平穩(wěn)地做環(huán)狀運(yùn)動(dòng)。帶131的材料和結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)使得輥組132對(duì)其的壓力分布在整個(gè)帶表面上。
工件支撐機(jī)構(gòu)可以安裝在驅(qū)動(dòng)輥20下面，與驅(qū)動(dòng)輥垂直中線對(duì)稱(chēng)，或設(shè)計(jì)中如果力學(xué)考慮方面有利亦可偏離驅(qū)動(dòng)輥20的中線。
在這個(gè)改進(jìn)型中，可能需要模具支撐與工件支撐分開(kāi)以提供一點(diǎn)縫隙使帶131的運(yùn)動(dòng)不影響模具工作，參見(jiàn)圖3?？p隙越小越好以防止工件10被擠進(jìn)去。
圖3還示出一種模塊140，150，在支撐143和153中用螺栓組144和155的裝配方式，不過(guò)，模塊和它們的支撐的結(jié)構(gòu)及尺寸在實(shí)踐中應(yīng)考慮被處理的材料，工藝參數(shù)和設(shè)備規(guī)模等等。
采用帶裝置傳送工件以減少摩擦阻力至最小是本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
在圖3所示的改進(jìn)型中，由于帶131通常會(huì)比較柔軟，而一組輥132與帶131的接觸面積有限，可能會(huì)在工件10上形成局部應(yīng)力，這樣，作用在工件10上的正壓力可能會(huì)分布不均，局部應(yīng)力可能使工件在進(jìn)入形變區(qū)前發(fā)生需要避免的局部塑性形變。為克服這個(gè)問(wèn)題，如圖4所示，直接用良好潤(rùn)滑的支撐塊上表面234支撐帶231而不用輥組支撐。輥232和233用來(lái)輔助帶231繞支撐塊230運(yùn)動(dòng)。
雖然本發(fā)明的連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程適合用于板帶晶體材料的形變處理，它也可以用于其它形狀的晶體材料，如方棒和圓棒。由于棒材截面的長(zhǎng)寬尺寸接近，材料在形變時(shí)除有沿軸向的流動(dòng)外，還發(fā)生橫向流動(dòng)。如果發(fā)生材料橫向流動(dòng)，工件的形狀在擠壓后將發(fā)生改變，本發(fā)明設(shè)計(jì)的重復(fù)擠壓過(guò)程則不可能進(jìn)行，因此，在處理棒狀工件時(shí)，要施加橫向約束以防止棒形工件材料的橫向流動(dòng)。采用與工件寬度尺寸完全一樣的封閉的擠壓通道可以實(shí)現(xiàn)這一要求。另外，在驅(qū)動(dòng)輥周向作成模槽可以限制材料在傳送和擠壓過(guò)程中的橫向流動(dòng)。圖5(a)示出用于處理棒狀工件的本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。圖中，驅(qū)動(dòng)輥為320，其表面上的模槽為321，模槽321的底表面為322，側(cè)面為323。棒狀工件310通過(guò)與第一個(gè)實(shí)施例相似的進(jìn)料機(jī)構(gòu)被送入模槽321，驅(qū)動(dòng)輥320對(duì)由支撐機(jī)構(gòu)330支撐的工件310施壓，借助摩擦向模具傳送并迫使其穿過(guò)模具進(jìn)行擠壓，其摩擦力為工件310與模槽底表面322及側(cè)面323界面摩擦力之和。模具主要由模塊340，350以及它們的支撐343和353構(gòu)成。圖5(b)示出工件310在帶有模槽的驅(qū)動(dòng)輥320和支撐塊330之間的結(jié)構(gòu)。圖5(c)，5(d)和5(e)示出用于擠壓方棒工件的模具結(jié)構(gòu)。模槽的底表面322，模槽321的側(cè)面323與模塊340的上表面341及模塊340的側(cè)面343構(gòu)成第一擠壓通道，模塊340的表面342和343，模塊350的表面352與模槽321的側(cè)面323一起構(gòu)成第二擠壓通道。上述定義的第一和第二擠壓通道相接并具有相同的與工件310一致的橫截面尺寸。第二擠壓通道與第一擠壓通道傾斜一個(gè)角度，即為擠壓角，其定義與本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中的一致。同樣，擠壓角最好在90度至135度之間，使得形變以“簡(jiǎn)單剪切”方式發(fā)生在沿兩個(gè)擠壓通道相交界面的狹窄區(qū)域中。
本過(guò)程有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)包括操作的連續(xù)性和各種形式大體積材料的適用性。作為一個(gè)實(shí)例，圖5a至5e示出整體化的模具支撐360結(jié)構(gòu)。楔形板361用來(lái)把模塊350用一組螺栓362固定在支撐360上。模塊表面351與模槽321底表面322之間應(yīng)該是滑動(dòng)配合。模塊340由一組螺栓363和364固定到支撐360上。支撐360經(jīng)其“肩”360’插入機(jī)架(未示出)中。
擠壓棒狀工件所要求的驅(qū)動(dòng)輥工作長(zhǎng)度比較小。在實(shí)際應(yīng)用中，可在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥上提供若干個(gè)模槽和相應(yīng)多個(gè)模具以便同時(shí)處理多個(gè)棒狀工件。用本過(guò)程處理棒狀工件尺寸可以很大，只受設(shè)備能力限制。
采用棒狀工件的一個(gè)好處是可通過(guò)改變不同道次的工件轉(zhuǎn)向更好地控制內(nèi)部織構(gòu)。改變工件轉(zhuǎn)向的意思是使工件繞其軸線轉(zhuǎn)一個(gè)角度，通常為90度。
圖6(a)為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的中線剖面示意圖，這種形式比較適合處理板帶工件。這種形式的主要特點(diǎn)是采用獨(dú)立的壓力機(jī)構(gòu)向工件施加正壓力以保證擠壓要求的摩擦力。如圖6a所示，這種形式設(shè)備的主要構(gòu)成是進(jìn)料機(jī)構(gòu)401到405，驅(qū)動(dòng)輥420帶兩個(gè)輔助輥406和407，壓力機(jī)構(gòu)430和435，由模塊440和450及它們的支撐443和453構(gòu)成的模具，反壓裝置460和出料機(jī)構(gòu)411至415。在這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)料輥405把工件10從開(kāi)卷機(jī)或輥臺(tái)(未示出)送到驅(qū)動(dòng)輥420上。圖6a箭頭A3所示，驅(qū)動(dòng)輥由動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)擠壓過(guò)程。驅(qū)動(dòng)輥420用其與工件的摩擦力迫使工件穿過(guò)模具。模具的結(jié)構(gòu)使工件穿過(guò)時(shí)發(fā)生塑性形變而不改變形狀。
工件10在被傳送到模具過(guò)程中發(fā)生彎曲。不過(guò)，詳細(xì)計(jì)算表明，所需的彎矩或力與所需擠壓力相比是可以忽略的，如果驅(qū)動(dòng)輥420足夠大，由于工件在擠壓過(guò)程中彎曲造成的總的彎曲應(yīng)變和反彈力也是可以忽略不計(jì)的。自由轉(zhuǎn)動(dòng)的輔助輥406和407用于在工件上施加一個(gè)適當(dāng)?shù)牧σ员ＷC工件與驅(qū)動(dòng)輥420的緊密接觸。從進(jìn)料輥405加一個(gè)拉力有助于這種接觸。一旦工件10送進(jìn)輔助輥406和407之下，最好使進(jìn)料輥405處于閑置狀態(tài)。
采用分立壓力機(jī)構(gòu)為設(shè)備的設(shè)計(jì)和過(guò)程控制提供了更多的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中圖6a所示的簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)輥可能會(huì)有優(yōu)勢(shì)，比如容易制造和維護(hù)。圖中設(shè)計(jì)使用伺服控制液壓系統(tǒng)，當(dāng)然也可采用其它類(lèi)型的壓力機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)的主要部件是壓頭430和液壓機(jī)435。箭頭A4表示液壓機(jī)施加的力。
為提高被擠壓材料的韌性，可采用一個(gè)對(duì)在形變中的材料施加反壓的機(jī)構(gòu)。如圖6a所示，加壓梁460對(duì)在模具出口處的工件10施加壓力(箭頭A5)，模塊支撐443支撐工件平衡這一壓力。結(jié)果是，由于工件10與加壓粱460之間的摩擦，在形變區(qū)中的材料便受到了一個(gè)壓力。采用反壓機(jī)構(gòu)減少在形變中材料的缺陷并提高其韌性是本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。
工件10在擠壓后經(jīng)過(guò)渡導(dǎo)軌412被送到出料輥411上，然后由出料輥411通過(guò)出料導(dǎo)軌413送到輥臺(tái)或卷板機(jī)(未示出)上。出料輥412可對(duì)工件加一個(gè)輕微的拉力，減少一些擠壓力或至少拉直工件避免其與模具支撐的不必要接觸。另外，類(lèi)似與本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的情況，在擠壓的最后階段，出料輥411需要將工件從模具里拉出來(lái)。圖6a示出本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的一個(gè)特點(diǎn)，即適合水平操作。這在實(shí)際應(yīng)用中可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
圖6b為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的中線放大剖面示意圖，詳細(xì)示出工件，驅(qū)動(dòng)輥，壓力裝置，模具和反壓裝置等的機(jī)械及操作關(guān)系。壓頭430用于將液壓機(jī)435施加的集中力傳遞到工件10上并轉(zhuǎn)換為分布?jí)毫?。壓頭的表面431與工件接觸，其曲率與驅(qū)動(dòng)輥420半徑相對(duì)應(yīng)。此壓力機(jī)構(gòu)在裝配位置上與模具越近越好，使得驅(qū)動(dòng)摩擦力更有效，也防止工件在設(shè)計(jì)的塑性形變區(qū)之上發(fā)生屈服。
壓頭430.可以做成各種結(jié)構(gòu)以使工件上正壓力分布控制比第一個(gè)實(shí)施例更好，這在工件的寬度很大時(shí)尤其重要。
就驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，工件和模具之間的關(guān)系以及形變方式而言，本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中的模具結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中的完全一樣。圖6(b)所示，驅(qū)動(dòng)輥420的驅(qū)動(dòng)表面421與模塊440的表面441構(gòu)成第一擠壓通道，模塊440的表面442與模塊450的表面452構(gòu)成第二擠壓通道。同樣，第一和第二擠壓通道的橫截面相等并與工件的橫截面相應(yīng)。兩個(gè)擠壓通道相連并成一個(gè)角度，即擠壓角。圖6a，圖6b中的擠壓角為90度。表面421和表面541之間要求滑動(dòng)配合，用以維持所設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)。在擠壓過(guò)程中，工件10在摩擦驅(qū)動(dòng)下從第一擠壓通道進(jìn)入模具，從第二擠壓通道出來(lái)，塑性形變發(fā)生在沿著兩個(gè)通道交面的一個(gè)狹窄區(qū)域里。圖2中描述的所有原理均在此適用。
類(lèi)似與本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例，擠壓通道在工件10的寬度方向上是沒(méi)有約束的，這樣可處理具有不同寬度的工件(見(jiàn)圖7b)。
模具支撐443的底面444要求與模塊440的表面442在一個(gè)平面上，這樣，表面461與工件10之間的摩擦力才能對(duì)著驅(qū)動(dòng)輥420而作用在形變區(qū)的工件材料上，從而對(duì)形變區(qū)的材料有效地施加一個(gè)靜水壓力?？墒┘拥姆磯毫Φ拇笮∪Q于形變區(qū)與反壓機(jī)構(gòu)460的距離距離越小，可施加的反壓力越大。本發(fā)明實(shí)施例中可施加的最大反壓力應(yīng)當(dāng)小于所處理材料的屈服強(qiáng)度。本方法施加的反壓力可以穩(wěn)定地保持不變，如果需要也可以很容易地改變。應(yīng)當(dāng)注意，施加反壓力會(huì)增加過(guò)程的擠壓力。
工件10與壓頭430之間的摩擦應(yīng)控制在最小，采用帶-輥裝置或簡(jiǎn)單的帶設(shè)置則可以滿足這個(gè)要求。圖7a和7b示出一個(gè)配有平帶設(shè)置的施壓機(jī)構(gòu)以取代圖6a和6b的壓頭430?？p隙533設(shè)于帶支撐530中，帶531從其支撐530中留出的縫隙533中穿過(guò)，借助一組支撐輥532和533可平滑連續(xù)運(yùn)動(dòng)。圖7a和7b給出了雙液壓機(jī)配置，不過(guò)可采用任意其它配置。帶支撐530和驅(qū)動(dòng)輥頸420經(jīng)由它們的“頸”530’和420’裝在機(jī)架400中。為簡(jiǎn)化描述，機(jī)架詳細(xì)機(jī)構(gòu)未示出。
本發(fā)明的一個(gè)目的是生產(chǎn)具有細(xì)晶或超細(xì)晶顯微組織的金屬，合金及其它晶體材料。采用本發(fā)明連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程獲得大塑性形變可直接形成要求的顯微組織。不過(guò)，由于材料和工藝參數(shù)不同，有時(shí)需要熱處理。在相對(duì)低溫退火能夠提供恢復(fù)和連續(xù)再結(jié)晶需要的條件，形成穩(wěn)定等軸的細(xì)晶顯微組織。連續(xù)再結(jié)晶退火最好是變形后的最后一個(gè)熱處理，盡管退火溫度依材料和擠壓形變參數(shù)而定。
幾個(gè)擠壓道次后的加工硬化和顯微組織細(xì)化會(huì)引起材料強(qiáng)度的明顯提高和韌性下降。在進(jìn)一步擠壓前，采用低溫退火可以軟化材料而保留高角度晶界。這種熱處理可在形變處理的任一階段進(jìn)行。本發(fā)明的方法和設(shè)備既可以室溫使用，也可在高溫使用以產(chǎn)生大應(yīng)變。在高溫處理時(shí)，工件可在擠壓前用一個(gè)獨(dú)立的爐子加熱，.也可用在線加熱裝置(未示出)加熱。由于工件兩側(cè)的冷卻速率不同，沿工件厚度的溫度梯度可能是高溫處理的一個(gè)問(wèn)題。工件與驅(qū)動(dòng)輥20接觸一側(cè)的溫度比其它側(cè)可能會(huì)低一些，因?yàn)轵?qū)動(dòng)輥的熱容量大，加熱的工件向其傳熱速度快。要克服這個(gè)問(wèn)題，一是要對(duì)驅(qū)動(dòng)輥加熱，二是對(duì)驅(qū)動(dòng)輥表面改性以提高其熱阻和耐磨性能等。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員很容易看出，對(duì)上面所敘述的任一種發(fā)明形式可以給出各種變種和進(jìn)一步改進(jìn)而不違背本發(fā)明的原則。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)(國(guó)際局于2005年6月3日收到；原始權(quán)利要求1-51由新權(quán)利要求1-31取代)1.一種工件擠壓方法，包括提供由第一和第二擠壓通道構(gòu)成的模具，兩個(gè)擠壓通道相交一角度；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有迫使工件經(jīng)第一和第二擠壓通道穿過(guò)上述模具的驅(qū)動(dòng)表面；上述第一擠壓通道由所述驅(qū)動(dòng)表面和相對(duì)的上述模具的一個(gè)表面之間所形成的空間構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)表面在工件運(yùn)動(dòng)方向的尺度顯著大于與之相對(duì)的模具表面，以便驅(qū)動(dòng)工件材料；提供壓力機(jī)構(gòu)，并用其向工件施加一個(gè)指向工件和驅(qū)動(dòng)表面界面的壓力，以確保在所述界面上的摩擦力；使上述驅(qū)動(dòng)表面相對(duì)于上述模具表面運(yùn)動(dòng)，因而，借助于上述界面的摩擦力，迫使工件從上述第一擠壓通道進(jìn)入上述第二擠壓通道并從模具穿過(guò)；在工件材料穿過(guò)模具過(guò)程中對(duì)其施加塑性形變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一和第二擠壓通道具有基本上完全相同的橫截面尺寸，工件發(fā)生塑性形變時(shí)其幾何尺寸沒(méi)有實(shí)質(zhì)改變。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中施加在工件上的壓力實(shí)質(zhì)上垂直于驅(qū)動(dòng)表面和工件之間的界面，以確保該界面上的摩擦力。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中壓力機(jī)構(gòu)包括上述驅(qū)動(dòng)表面，本方法包括由驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述界面摩擦力。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，包括提供工件支撐機(jī)構(gòu)，用以支撐工件并平衡由驅(qū)動(dòng)表面施加在工件上的壓力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3之一所述的方法，包括用上述壓力機(jī)構(gòu)對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓，以確保上述摩擦力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法包括提供工件支撐機(jī)構(gòu)，該工件支撐機(jī)構(gòu)帶有傳輸支撐裝置，采用傳輸支撐裝置在摩擦力作用下傳送位于工件支撐機(jī)構(gòu)上的工件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括提供上述壓力機(jī)構(gòu)，該壓力機(jī)構(gòu)帶有壓力傳輸裝置，對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力，在壓力機(jī)構(gòu)上的工件在摩擦力作用下得以傳送。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求7和8之一所述的方法，其中傳輸裝置包括一組輥和一個(gè)傳輸帶，該傳輸帶由一組輥支撐并繞一組輥運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求5至9之一所述的方法，提供一驅(qū)動(dòng)表面與工件界面之間的摩擦系數(shù)大于工件與工件支撐機(jī)構(gòu)之間或工件與壓力機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)。
11.根據(jù)前述之一權(quán)利要求所述的方法，包括提供反壓機(jī)構(gòu)，用該反壓機(jī)構(gòu)在第二擠壓通道出口處對(duì)形變區(qū)中的工件材料施加一個(gè)可控制的反壓力。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)表面包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)表面，本方法包括轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥并借助該驅(qū)動(dòng)輥表面與工件之間的摩擦以迫使工件穿過(guò)模具。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求12所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)表面包括無(wú)模槽的上述驅(qū)動(dòng)輥表面。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述工件為帶材，包括薄帶和板材。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求12所述的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)輥上有一個(gè)周向封閉的模槽，其中模具的第一模塊由靴形模塊構(gòu)成，與驅(qū)動(dòng)輥上的它所覆蓋的一段模槽合成第一擠壓通道；模具的第二模塊構(gòu)成一個(gè)支座模塊，插入驅(qū)動(dòng)輥模槽中與第一模塊形成第二擠壓通道。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求要求1至12和15之一所述的方法，其工件為方坯或圓棒。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法包括在擠壓過(guò)程之前和/或擠壓過(guò)程之中對(duì)工件進(jìn)行加熱。
18.一種工件擠壓設(shè)備，包括一模具，該模具由第一和第二擠壓通道構(gòu)成，兩個(gè)通道相交一角度；一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有驅(qū)動(dòng)表面，用以迫使工件經(jīng)第一和第二擠壓通道穿過(guò)上述模具；上述第一擠壓通道由驅(qū)動(dòng)表面和與之相對(duì)的上述模具的一個(gè)表面之間所形成的空間構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)表面在工件運(yùn)動(dòng)方向的尺度顯著大于相對(duì)的模具表面以便驅(qū)動(dòng)工件材料；一壓力機(jī)構(gòu)，用于向工件施加一個(gè)指向工件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間界面的壓力，以確保在所述界面上的摩擦力；其中上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝可使驅(qū)動(dòng)表面相對(duì)于上述模具的表面運(yùn)動(dòng)，因而，借助于上述界面摩擦力，迫使工件從上述第一擠壓通道進(jìn)入上述第二擠壓通道并從模具中穿過(guò)，從而對(duì)工件材料施加塑性形變。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中第一和第二擠壓通道具有基本上完全相同的橫截面尺寸，因此工件發(fā)生塑性形變而其幾何尺寸沒(méi)有實(shí)質(zhì)改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求18和19之一所述的設(shè)備，其中安裝有壓力機(jī)構(gòu)，用于在工件上施加一個(gè)壓力，該壓力基本上垂直于驅(qū)動(dòng)表面和工件之間的界面，以確保該界面上的摩擦力。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20之一所述的設(shè)備，其中壓力機(jī)構(gòu)包括上述驅(qū)動(dòng)表面，其安裝便于驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述界面摩擦力。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求18至21之一所述的設(shè)備，包括工件支撐機(jī)構(gòu)，以支撐工件并平衡由驅(qū)動(dòng)表面施加在工件上的壓力。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至20之一所述的設(shè)備，所述壓力機(jī)構(gòu)的安裝用來(lái)對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓，以確保上述摩擦力。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中工件支撐機(jī)構(gòu)帶有傳輸支撐裝置，工件在該傳輸支撐裝置上在摩擦力作用下得以傳送。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述壓力機(jī)構(gòu)帶有壓力傳輸裝置，用于對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力，并支撐工件使工件在摩擦力作用下得以傳送。
26.根據(jù)權(quán)利要求24和25之一所述的設(shè)備，其中傳輸裝置包括一組輥和一個(gè)傳輸帶，該傳輸帶由一組輥支撐并繞一組輥運(yùn)動(dòng)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求18至26之一所述的設(shè)備，包括反壓機(jī)構(gòu)，該反壓機(jī)構(gòu)的安裝用于在第一擠壓通道出口處對(duì)形變區(qū)中的工件材料施加一個(gè)可控制的反壓力。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求18至27之一所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥單元，且驅(qū)動(dòng)表面為可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)表面，這樣在工件與驅(qū)動(dòng)表面界面摩擦力作用下，驅(qū)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)將迫使工件穿過(guò)模具。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)表面包括無(wú)模槽的上述驅(qū)動(dòng)輥表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)輥上有一個(gè)周向封閉的模槽，模具的第一模塊由靴形模塊構(gòu)成，與驅(qū)動(dòng)輥上的它所覆蓋的一段模槽合成第一擠壓通道；模具的第二模塊由支座模塊構(gòu)成，插入驅(qū)動(dòng)輥槽中與第一模塊形成第二擠壓通道。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求18至30之一所述的設(shè)備，包括在擠壓過(guò)程之前和/或擠壓過(guò)程之中對(duì)工件進(jìn)行加熱的加熱裝置。
根據(jù)PCT章程19(1)的聲明考慮到下面討論的本發(fā)明提供的有益之處，澄清本發(fā)明中成就這些有益之處的一些技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)本申請(qǐng)的要求進(jìn)行了修改。
材料的顯微組織(如晶粒尺寸)對(duì)其性能有很大影響，而晶粒尺寸細(xì)化有很多有益之處(如提高強(qiáng)度)。然而，多數(shù)工業(yè)金屬和合金的鑄態(tài)晶粒尺寸很大。為獲得細(xì)晶顯微組織，需要給晶體材料施加很大的應(yīng)變。
本發(fā)明涉及金屬，合金和其它晶體材料的形變處理的方法和設(shè)備。形變處理尤其適合獲得大塑性形變，因而可以獲得細(xì)晶顯微組織。
對(duì)本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求進(jìn)行了修改以便清晰表達(dá)工件被擠壓穿過(guò)模具而經(jīng)過(guò)的擠壓通道的技術(shù)特征，即驅(qū)動(dòng)表面構(gòu)成該通道的基本部分，整個(gè)通道由驅(qū)動(dòng)表面和驅(qū)動(dòng)表面相對(duì)的模具表面構(gòu)成。在兩個(gè)相對(duì)的表面中，驅(qū)動(dòng)表面具有絕對(duì)意義上更大的尺度以便帶動(dòng)工件進(jìn)而保證在與工件界面上的摩擦驅(qū)動(dòng)力相對(duì)于模具表面的摩擦阻力有更高的量級(jí)。此外，提供一個(gè)施壓機(jī)構(gòu)，用該機(jī)構(gòu)主動(dòng)地或能動(dòng)地向工件施加指向驅(qū)動(dòng)表面與工件之間的界面的壓力以確保該界面上的摩擦力等內(nèi)容也加入了獨(dú)立要求中。在國(guó)際檢索報(bào)告中引用的背景技術(shù)文獻(xiàn)中沒(méi)有這樣的組合，也不能顯然得出這樣的組合。
這些特點(diǎn)提供了很大技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。例如，在工件大面積上確保高驅(qū)動(dòng)力并減小可能發(fā)生在擠壓通道的摩擦阻力。直接的結(jié)果是要求的驅(qū)動(dòng)/擠壓力降低。通過(guò)在降低了摩擦的通道中或相對(duì)于較大的驅(qū)動(dòng)界面來(lái)約束工件使得工件在沒(méi)有約束情況小發(fā)生的撓曲失穩(wěn)的可能性降低。
“壓力”一詞在修改的要求1，3，18和20中取代在原始要求1，2，27和28中的“力”一詞以便表明用施壓機(jī)構(gòu)主動(dòng)向工件施加壓力的特點(diǎn)。另外，這個(gè)施壓是在一個(gè)較大的面積上而不是在一點(diǎn)或很有限的面積上。
根據(jù)國(guó)際檢索報(bào)告中引用的背景技術(shù)文獻(xiàn)，修改的權(quán)利要求可以被認(rèn)為具有新穎性和創(chuàng)造性。
權(quán)利要求
1.一種工件擠壓方法，包括提供有擠壓模具和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于以迫使工件穿過(guò)擠壓模具；使工件的一個(gè)表面與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)表面相接觸以在它們之間形成一個(gè)界面；向工件施加一個(gè)指向該界面的力以確保在界面上的摩擦力；借助于上述界面摩擦力迫使工件穿過(guò)擠壓模具；在工件材料擠壓穿過(guò)模具過(guò)程中對(duì)其施加塑性形變而不改變其幾何尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在基本上垂直于驅(qū)動(dòng)表面和工件上述表面的界面的方向上施加上述力以確保上述摩擦力。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，包括相對(duì)工件向驅(qū)動(dòng)表面施壓以確保上述摩擦力。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，包括相對(duì)驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述摩擦力。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括在工件上提供反壓力，以平衡由驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括提供有工件支撐機(jī)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)表面對(duì)工件的施壓導(dǎo)致工件對(duì)工件支撐機(jī)構(gòu)的施壓，這樣由工件支撐機(jī)構(gòu)支撐驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法包括提供帶有支撐傳輸裝置的工件支撐機(jī)構(gòu)，在所述摩擦力作用下，采用所述支撐傳輸裝置傳輸位于工件支撐機(jī)構(gòu)上的工件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括提供有壓力機(jī)構(gòu)，該壓力機(jī)構(gòu)帶有一個(gè)壓力傳輸裝置，用于對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力，在所述摩擦力作用下傳輸位于壓力機(jī)構(gòu)上的工件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8之一所述的方法，其中壓力傳輸裝置包括一組輥和一個(gè)傳輸帶，該帶由輥組支撐并繞輥組運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9之一所述的方法，提供有驅(qū)動(dòng)表面與工件界面的摩擦系數(shù)，該摩擦系數(shù)大于工件與工件支撐機(jī)構(gòu)之間或工件與壓力機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括根據(jù)驅(qū)動(dòng)表面與工件界面的摩擦系數(shù)與工件與工件支撐機(jī)構(gòu)之間或工件與壓力機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)的差值來(lái)確定接觸壓力。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括在工件擠出模具時(shí)向工件的一個(gè)表面施加一個(gè)可變的反向摩擦力，因此在工件上產(chǎn)生一個(gè)可變的反壓力從而對(duì)擠壓模具中的工件施加一個(gè)靜水壓力。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括提供第一擠壓通道和與第一擠壓通道相連接并傾斜一個(gè)擠壓角的第二擠壓通道，迫使工件經(jīng)第一擠壓通道進(jìn)入模具和經(jīng)第二通道從模具出來(lái)，其中第一和第二擠壓通道在垂直于工件穿過(guò)相應(yīng)擠壓通道中的運(yùn)動(dòng)方向上的尺寸相同，在使用中該尺寸相應(yīng)于工件的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括第一擠壓通道，由驅(qū)動(dòng)表面和與其相對(duì)的擠壓模具的一個(gè)表面所形成的空間構(gòu)成，使上述驅(qū)動(dòng)表面相對(duì)于其相對(duì)的擠壓模具表面運(yùn)動(dòng)，借助于上述界面摩擦力使工件穿過(guò)第一擠壓通道和整個(gè)模具。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括在第二擠壓通道出口向工件施加一個(gè)可控制的反壓力。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)表面由可轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)表面構(gòu)成，本方法包括轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥并借助該驅(qū)動(dòng)輥表面與工件之間的摩擦以迫使工件穿過(guò)模具。
17.根據(jù)要求16所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)表面為基本上無(wú)模槽的驅(qū)動(dòng)輥表面。
18.根據(jù)要求16或17所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)表面構(gòu)成第一擠壓通道的一部分，利用與工件之間的摩擦驅(qū)動(dòng)工件穿過(guò)模具。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中工件為帶材，包括薄帶和板材，帶材工件的寬厚比大于5，或大于10。、
20.根據(jù)前述要求16至19之一所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)輥上有一個(gè)周向封閉的模槽，模具的第一模塊由靴形模塊構(gòu)成，其覆蓋一段模槽從而形成第一通道；模具的第二模塊由支座模塊構(gòu)成，插入驅(qū)動(dòng)輥模槽中與第一模塊形成第二通道。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括一個(gè)在擠壓過(guò)程之前和/或之中加熱工件的步驟。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括一個(gè)在通過(guò)擠壓模具擠壓之后對(duì)工件進(jìn)行熱處理的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中的熱處理步驟包括連續(xù)再結(jié)晶退火。
24.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中通過(guò)擠壓模具的連續(xù)摩擦角擠壓過(guò)程進(jìn)行多次重復(fù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中一個(gè)包括恢復(fù)退火的熱處理步驟在任意兩個(gè)上述擠壓過(guò)程之間進(jìn)行。
26.一種細(xì)化晶體材料顯微組織的方法，利用前述任一權(quán)利要求所述的擠壓方法生產(chǎn)細(xì)晶或超細(xì)晶顯微組織。
27.一種工件擠壓設(shè)備，包括擠壓模具和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于以迫使工件穿過(guò)擠壓模具，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有驅(qū)動(dòng)表面，其與工件的一個(gè)表面相接觸形成一個(gè)界面；壓力機(jī)構(gòu)用于向工件施加一個(gè)指向上述界面的力以確保在界面上的摩擦力；其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)借助于施加的摩擦力迫使工件從模具中穿過(guò)，從而在擠壓通過(guò)模具過(guò)程中對(duì)工件施加塑性形變，模具的結(jié)構(gòu)使得上述擠壓發(fā)生而不改變工件尺寸。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的一個(gè)設(shè)備，其中壓力機(jī)構(gòu)用于在工件上施加一個(gè)力，該力基本上垂直于驅(qū)動(dòng)表面和工件之間的界面以確保該界面上的摩擦力。
29.根據(jù)權(quán)利要求27和28之一所述的設(shè)備，其中壓力機(jī)構(gòu)通過(guò)壓驅(qū)動(dòng)表面向工件施壓以確保上述摩擦力。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求27至29之一所述的設(shè)備，其中壓力機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面壓工件以確保上述摩擦力。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，包括平衡機(jī)構(gòu)，以提供在工件上的反壓力從而平衡由驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中平衡機(jī)構(gòu)包括工件支撐機(jī)構(gòu)，該工件支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)置使得驅(qū)動(dòng)表面對(duì)工件的施壓導(dǎo)致工件對(duì)工件支撐機(jī)構(gòu)施壓，因此，由工件支撐機(jī)構(gòu)支撐驅(qū)動(dòng)表面施加的壓力。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中工件支撐機(jī)構(gòu)帶有傳輸支撐裝置，位于工件支撐機(jī)構(gòu)上的工件在摩擦力作用下得以傳送。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中壓力機(jī)構(gòu)帶有壓力傳輸裝置，用于對(duì)著驅(qū)動(dòng)表面向工件施加壓力并支撐工件使工件在摩擦力作用下得以傳送。
35.根據(jù)權(quán)利要求33和34之一所述的設(shè)備，其中傳輸支撐裝置包括一組輥和一個(gè)傳輸帶，該傳輸帶由所述一組輥支撐并繞所述一組輥運(yùn)動(dòng)。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求32至35之一所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)表面和工件之間的摩擦系數(shù)大于工件與工件支撐或工件與壓力機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中接觸壓力是跟據(jù)驅(qū)動(dòng)表面與工件界面的摩擦系數(shù)與工件與工件支撐機(jī)構(gòu)之間或工件與壓力機(jī)構(gòu)之間的摩擦系數(shù)的差值來(lái)確定的。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求27至37之一所述的設(shè)備，包括反壓機(jī)構(gòu)，用以在工件擠出模具時(shí)向工件的一個(gè)表面施加一個(gè)可變的反向摩擦力，因此在工件上施加一個(gè)可變的反壓力從而對(duì)已經(jīng)塑性形變的工件施加一個(gè)推回模具中的力。
39.根據(jù)前述權(quán)利要求27至38之一所述的設(shè)備，包括第一擠壓通道和與第一擠壓通道相連接并傾斜一個(gè)擠壓角的第二擠壓通道，配置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)迫使工件經(jīng)第一擠壓通道進(jìn)入模具和經(jīng)第二通道從模具出來(lái)，其中第一和第二通道在垂直于工件在相應(yīng)擠壓通道中運(yùn)動(dòng)方向上的尺寸相同，該尺寸相應(yīng)于工件的厚度。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中第一擠壓通道由驅(qū)動(dòng)表面和與其相對(duì)的擠壓模具的一個(gè)表面之間所形成的空間構(gòu)成，配置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使上述驅(qū)動(dòng)表面相對(duì)于其相對(duì)的擠壓模具表面運(yùn)動(dòng)，借助于上述界面摩擦力使工件穿過(guò)第一擠壓通道和整個(gè)模具。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中包括反壓機(jī)構(gòu)，在第二擠壓通道出口對(duì)工件施加可控制的反壓力。
42.根據(jù)前述權(quán)利要求27至41之一所述的設(shè)備，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥單元，其驅(qū)動(dòng)表面為可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)表面，這樣在工件與驅(qū)動(dòng)表面界面摩擦力作用下，驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)將迫使工件穿過(guò)擠壓模具。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)表面包括無(wú)模槽的上述驅(qū)動(dòng)輥表面。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求42或43所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)表面用于構(gòu)成第一擠壓通道的一部分，并利用與工件之間的摩擦驅(qū)動(dòng)工件穿過(guò)模具。
45.根據(jù)前述權(quán)利要求27至44之一所述的設(shè)備，其中工件為帶材，包括薄帶和板材，帶材工件的寬厚比大于5，或大于10。
46.根據(jù)權(quán)利要求42至45之一所述的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)輥上有一個(gè)周向封閉的模槽，模具的第一模塊由靴形模塊構(gòu)成，與驅(qū)動(dòng)輥上的它所覆蓋的一段模槽合成第一擠壓通道；模具的第二模塊由支座模塊構(gòu)成，插入驅(qū)動(dòng)輥模槽中與第一模塊形成第二擠壓通道。
47.根據(jù)前述權(quán)利要求27至46之一所述的設(shè)備，包括一個(gè)在擠壓過(guò)程之前和/或之中加熱工件的加熱裝置。
48.根據(jù)前述權(quán)利要求27至47之一所述的設(shè)備，包括一個(gè)在通過(guò)擠壓模具擠壓之后對(duì)工件進(jìn)行熱處理的熱處理裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的設(shè)備，其中的熱處理裝置可對(duì)工件施加連續(xù)再結(jié)晶退火。
50.根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的設(shè)備，其中熱處理裝置可在任意兩個(gè)擠壓過(guò)程之間施加恢復(fù)退火。
51.一種細(xì)化晶體材料顯微組織的設(shè)備，利用前述任一權(quán)利要求所述的擠壓方法生產(chǎn)細(xì)晶或超細(xì)晶顯微組織。
全文摘要
一種用于工件(10)擠壓的方法和設(shè)備，包括提供一套擠壓模具(40；50)和用于迫使工件穿過(guò)擠壓模具的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)，使工件(10)的一個(gè)表面和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20)的一個(gè)表面接觸形成一個(gè)界面。對(duì)工件(10)在指向上述界面的方向施加一個(gè)力確保界面上的摩擦力，此摩擦力迫使工件(10)穿過(guò)擠壓模具(40；50)。工件(10)材料在被擠壓穿過(guò)模具(40；50)過(guò)程中發(fā)生塑性形變但不改變幾何尺寸。
文檔編號(hào)C22F1/00GK1898041SQ200580001340
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者黃巖 申請(qǐng)人:黃巖