致谢 28

参 考 文 献 29

1   绪论

1.1 研究背景

随着现代加工生产需求的增加，生产使用所需的挤压材也朝着尺寸高精度化、复杂多样等领域发展，挤压生产加工和应用的范围也越来越大了，在航空航天、武器制造装备以及医学等多个不同领域都有极大需求。但鉴于挤压过程中，普通挤压方式能耗过大、材料利用率和加工过程中的效率都比较低等因素，逐渐成为了目前制约现代挤压技术发展及应用的重大难题。

针对这种种难题，扭转挤压这一新式挤压方式也应运而生。扭转挤压即高压扭转法（HPT). 工件在这种挤压方式下就能够受到很强的剪切力作用，从而获得大塑性变形[1]，扭转-挤压变形可赋予金属合金更高的等效应变值，从而改善内部组织结构[2]，达到改善变形合金力学性能的目的。同时也意味着在相同载荷情况下。可成形复杂截面挤压制品；在相同截面形状情况下，可有效地降低成形载荷及设备，大幅降低轴向挤压力。提高了设备利用率，易于实现“以小干大”地进行复杂截面大尺寸低塑性挤压材的加工成形，提高材料的综合性能。压扭变形工艺自兴起以来，随着材料科学的大力发展，也已经从简单镦粗演变为制备新特性材料的大塑性变形工艺，同时其设备也随之不断改进[3]。而根据载荷复合施加形式不同可将压扭变形工艺装置分为两类: (1)将挤压力与扭矩通过一个加载体从而施加到变形体上完成加工，(2) 将轴向压力和扭转力矩通过两个加载体从而分别施加到变形体上。这也是在扭转挤压工况下，存在冲头旋转或者下模具旋转不同设定，而鉴于未来更加广阔的行业来看，选取后一种方式，将挤压压力与扭转转矩分开设置，可以保证工件生产的高效实用。

我国研究工作者从1980年左右开始对压扭变形工艺进行实验、模拟和理论等方面的探索。哈工大最先成功改装了该装置的实验版本，同时并以某金属Pb为研究原料，通过改变工艺参数分析了扭矩、变形程度等因素对变形过程的影响，又利用有限元数值模拟及光塑性实验的方法深入研究了压扭变形的工艺特点，并探讨了压扭变形过程中挤压量与剪切变形的相互影响关系，得出的结论进一步完善了该技术的理论;在此基础上，合肥工业大学特种精密塑性成形课题组对压扭成形设备及工艺参数控制、环形件热压扭有限元模拟等方面作了较为普及的深入探知，推动了该工艺的具体生产使用[4]。针对传统的挤压方法上存在的利用效率非常低的这一问题，所生产的产品晶粒不够细致，决定采用在模具上的改进从而实现更加紧致的材料，这也丰富了现有挤压工艺技术[5]。

而传统挤压过程中，基本都是用到了液压机作为加压装置，液压机的工作原理基本上都是利用液体的特性来完成各种所需工作情景，广泛用于金属锻压、挤压成型、粉末冶金等领域。与传统常用的mechanical press相比，它的压力和速度都可以在较广的区间内进行无级调速，结构设计布置非常随意可靠，各执行部件都能较好的达到所要求的工作配合[6]。

本次设计是为了完成扭转挤压装置的挤压装置设计，主要生产产品就是金属晶粒更加致密的金属棒材，基本上选用了液压机加压成型，通过液压机的活塞杆的运动，并且在活塞杆前端部安装了一块强度，刚性更好的金属柱头，而保证挤压时的准确性，这样也即是避免了活塞杆头直接于挤压杆之间的直接接触，这可以方便挤压损坏之后的维修更换，仅需要换掉活塞杆前的金属柱头。在扭转挤压的挤压过程前，通过装好模具后，在用选好的小型液压缸将放在移动横梁上的模具向下与下模具合拢，这样可以保证其加工精度，同时模具的单独制造可以保证模具在一定程度上的易于更换以及维护。在后续考虑如何对所选用的下模具施加扭转的时候，最后决定在液压机的下工作横梁上挖出一个阶梯孔，将最终选用的旋转扭矩的施加通过一个回转平台从而实现，而我们将回转平台安装于液压机的下横梁上，为了方便安装，在液压机下横梁上挖的孔，在上面加一个圆环形杯套，然后再将所选用的下模具放在上面，从而减少所占空间，同时再将所选电机以及蜗轮蜗杆减速器，安装在工作台面以下，这在一定程度上也是一种空间上的合理利用。 Pro/E扭转挤压试验机加压装置设计(2):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205776.html