单辊驱动连续等通道角变形方法技术

一种材料加工技术领域的单辊驱动连续等通道角变形方法，具体为：将待加工材料被前导辊咬入，整个材料进入到由固定模具和活动模具组成的上通道并继续向下运动；当材料运动到上通道底部时，和大辊径驱动辊发生接触，材料停止向下运动，在导辊的推力和驱动辊摩擦力的双重作用下，材料进入由活动模具和大辊径驱动辊组成的下通道，材料在大辊径驱动辊提供的作用力下，在下通道中向出口侧运动，直至被后导辊咬入后导出；材料被后导辊咬入后，降低活动模具，把材料往大辊径驱动辊方向压，在从上通道到下通道的运动过程中，材料会产生变形，该过程在材料上能连续进行。本发明专利技术采用单辊驱动，可以生产无限长的材料，大大扩展了应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种机械加工
的方法，具体是一种。
技术介绍
现有的深度塑性变形法由于能够加工具有超细晶粒尺寸、独特缺陷结构、优异物理力学性能的金属材料，以及能够生产块体超细晶材料而引起人们的极大关注，近几年来发展迅速。经对现有技术的文献检索发现，俄罗斯科学家valiev在《Progress inMaterials Science》(《材料科学发展》)2000年NO.45发表的文章《Bulknanostructured materials from severe plastic deformation(深度塑性变形法加工的纳米体材料)》中，介绍了等通道角挤压法，它是深度塑性变形法最重要的一种，它采用的模具是由两个等截面通道按照一定的角度相互交截而成的。挤压过程中，在压头挤压下的试样向下经过两通道的交角时，试样就会产生近似于纯剪切的变形。由于挤压后试样外观尺寸形状不会发生改变，因此可以进行多道次的挤压，从而可使试样经过相当大的累积变形。经等通道角挤压法加工的材料，性能得到了很大的提高。和其它制备方法(例如气相沉积法、高能球磨法等)相比，等通道角挤压法具有许多独特的优点，譬如它可以克服其它方法制备的试样中有孔洞、致密性差等问题以及球磨所导致的不纯、大尺寸坯体难以生产以及给定材料的实际应用较困难等问题。等通道角挤压法是目前最被看好的深度塑性变形法，也是目前唯一可以生产块体亚微米、纳米结构材料的加工方法。但是由于挤压加工时，压头的行程是有限的，所能加工材料的长度也很有限，所以目前实际生产中经等通道角挤压的材料只能用来加工螺栓一类的产品。此外，由于模具的通道截面尺寸是固定的，因此一个模具加工的材料截面尺寸也是固定的。普通等通道角挤压法模具的这些缺点极大地限制了它的应用和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中普通等通道角挤压法的不足，提出一种，使其采用单辊驱动，克服了普通等通道角挤压法只能加工短尺寸材料的缺陷，理论上可以生产无限长的材料，大大扩展了应用范围。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术采用大辊径驱动辊作为变形过程的动力源，通过大辊径驱动辊的转动连续提供变形力，从而解决了普通等通道角挤压法中的压头行程过短的问题。步骤如下(1)材料的导入将待加工的材料放在前导辊的咬入口处，在和导辊接触后，由于摩擦力而被前导辊咬入后，因此整个材料在导辊的作用下垂直向下运动，进入到由固定模具和活动模具组成的上通道并继续向下运动，材料只受到少量和模具壁作用的摩擦阻力。当材料运动到上通道底部时，和设置的大辊径驱动辊发生接触，材料停止向下运动，这时在导辊的推力和驱动辊摩擦力的双重作用下，材料开始在由活动模具和大辊径驱动辊组成的下通道运动，由于开始时设置活动模具和大辊径驱动辊的距离大于导入材料的厚度，因此材料在下通道的运动阻力并不大。材料在大辊径驱动辊提供的作用力下，在下通道中向出口侧运动，直至被后导辊咬入后导出，这时后导辊靠咬入的力也给材料一个向右的作用力，因此也可以给变形过程提供动力。(2)稳态变形过程的建立材料被后导辊咬入后，这时降低活动模具，把材料往大辊径驱动辊方向压，因此材料和大驱动辊的摩擦力变大，从而以此增加大辊径驱动辊的驱动力。至此，单辊驱动等通道角变形的稳态变形过程建立了，这时在从上通道到下通道的运动过程，材料会产生近似于等通道挤压法中纯剪切的变形，该过程在材料上可连续进行。对于难变形材料，本专利技术上述过程可能难以实施，可以通过以下一些方法使变形过程顺利进行(1)先把材料让前、后导辊咬入，然后再通过活动模具把材料下压到驱动辊上面，这样就使变形过程直接进入到类似于平衡状态；(2)提高前、后导辊数目；(3)提高变形温度。但是因为温度过高对提高材料性能不利，所以选择把温度提高到使变形过程能顺利进行的最低极限温度，最低极限温度根据各个材料的实际情况而定；(4)增加摩擦力；(5)增加上通道和下通道之间的夹角。因为增加上通道和下通道之间的夹角对提高材料性能也不利，所以选择把夹角增加到使变形过程能顺利进行的最小极限夹角。单辊驱动等通道角变形过程的条件为cosθ2AμdownAdown-μupAup≤σe2k]]>其中，θ是模具的转角，A是剪切面的面积，μdown和Adown分别是材料和驱动辊的接触摩擦力和接触面积，μup和Aup分别是材料和活动模具的接触摩擦力和接触面积，σe是弹性极限，k是材料的屈服应力。总之，通过调整工艺参数，根据材料尽量选择使变形过程能顺利进行的极限条件，这样有利于细化材料晶粒和提高材料性能。本专利技术提高摩擦力有三种方法第一种方法是增大活动模具上的压力。当然向下压应力最大不能过超过材料弹性极限，否则活动模具会向下压扁材料，直至和驱动辊接触，从而阻止变形过程，甚至导致事故；第二种方法是提高驱动辊和材料的摩擦系数。可以通过一些毛化技术提高驱动辊的表面摩擦系数；第三种方法是增大驱动辊和材料的接触面积。为了增大大辊径驱动辊和材料下表面的接触面积，导辊的直径应该比较大，或者活动模具也可以加工成具有和驱动辊辊面一样的弧度。本专利技术采用大辊径驱动辊代替普通等通道角挤压法中的压头作为变形过程的动力源，通过大辊径驱动辊的转动可以连续提供变形力，从而解决了普通等通道角挤压法中的压头行程过短的问题，使原本只能加工棒状、短尺寸材料的等通道角挤压法变成了能加工长尺寸材料的连续等通道角变形方法，使等通道角变形具有了工业化生产的前景，可以连续加工具有超细晶、高性能的金属材料，比如高强度的金属线材、棒材和板材等。具体实施例方式为更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的内容提供本专利技术在AZ31镁合金应用的实施例，利用本专利技术生产AZ31镁合金板材。具体过程如下 (1)材料的导入由于AZ31镁合金具有相当的塑性，所以采取较低的加热温度250℃，通道夹角为90°，将待加工的10厘米宽、1厘米厚的AZ31镁合金材料放在一对前导辊的咬入口处，在和导辊接触后，由于摩擦力而被前导辊咬入后，因此整个材料在导辊的作用下垂直向下运动，进入到由固定模具和活动模具组成的上通道并继续向下运动，材料只受到少量和模具壁作用的摩擦阻力。当AZ31镁合金材料运动到上通道底部时，和设置的大辊径驱动辊发生接触，材料停止向下运动，这时在导辊的推力和驱动辊摩擦力的双重作用下，材料开始在由活动模具和大辊径驱动辊组成的下通道运动，由于开始时设置活动模具和大辊径驱动辊的距离大于导入材料的厚度，因此材料在下通道的运动阻力并不大。材料在大辊径驱动辊提供的作用力下，在活动模具和大辊径驱动辊组成的下通道中向出口侧运动，直至被一对后导辊咬入后导出，这时后导辊也给材料一个向右的作用力，因此也可以给变形过程提供动力。(2)稳态变形过程的建立材料被后导辊咬入后，这时降低活动模具，把材料往大辊径驱动辊方向压，和大驱动辊发生严密接触，因此材料和大驱动辊的摩擦力变大，从而增加大辊径驱动辊的驱动力。至此，单辊驱动等通道角变形的稳态变形过程建立了，这时在从上通道到下通道的运动过程，材料会产生近似于等通道挤压法中纯剪切的变形，该过程在材料上可连续进行。对于难变形镁合金材料Mg-Zn-Y合金，通过把加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单辊驱动连续等通道角变形方法，其特征在于，步骤如下：（１）材料的导入将待加工材料放在前导辊的咬入口处，在和导辊接触后，由于摩擦力而被前导辊咬入，整个材料在导辊的作用下垂直向下运动，进入到由固定模具和活动模具组成的上通道并 继续向下运动；当材料运动到上通道底部时，和大辊径驱动辊发生接触，材料停止向下运动，这时在导辊的推力和驱动辊摩擦力的双重作用下，材料进入由活动模具和大辊径驱动辊组成的下通道，材料在大辊径驱动辊提供的作用力下，在下通道中向出口侧运动，直至被后导辊咬入后导出，这时后导辊靠咬入的力也给材料一个向右的作用力，给变形过程提供动力；（２）稳态变形过程的建立材料被后导辊咬入后，降低活动模具，把材料往大辊径驱动辊方向压，至此，单辊驱动等通道角变形的稳态变形过程建立了，这时在从上 通道到下通道的运动过程中，材料会产生变形，该过程在材料上能连续进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彬，林栋樑，曾小勤，丁文江，卢晨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]