本發明屬于材料擠壓技術領域，具體涉及一種棒材螺旋擠壓模具及其使用方法。

背景技術：

擠壓方法是對通過沖頭或凸模對凹模中的材料施加壓力，使之產生塑性變形的一種加工方法。材料擠壓過程中，產生三向壓應力，即使是塑性較低的坯料，也可被擠壓成形。基于傳統的擠壓方法，劇烈塑性變形衍生出一系列的新型擠壓方式，例如，等通道擠壓，沙漏擠壓，扭擠等，此外，申請公布號為cn103447341a和cn104475475a的申請專利也在傳統的擠壓變形增加其他變形方式，通過復合變形實現材料的大塑性變形，變形效率更高。

通過大塑性變形實現材料的組織細化和性能提高是當今塑性加工的一個研究方向，采用復合加載方式可有效地提高材料的成形效率，擠壓和扭轉相結合是一種很有潛力的成形方式，基于上述考慮，參考海螺的螺旋線形態啟發，提出新的擠壓方法。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種棒材螺旋擠壓模具及使用方法，實現材料的擠壓和扭轉相結合的復合成形方式，提高材料組織性能和成形效率。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種棒材螺旋擠壓模具，包括沖頭1、凹模2和墊塊3；凹模2內設置有成型腔；所述的成型腔包括導入段4，沖頭設置在導入段4內；導入段4的底部通過螺旋段5連接導出段6；所述的墊塊3內設置有與導出段6對應的導出腔7。

進一步的，所述的導入段6的橫截面是直徑為d的圓形，導入段的長度為l；沖頭1為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為d，沖頭的長度為5l/4；螺旋段6的上端橫截面為大圓形，大圓形的直徑為d，螺旋段6下端橫截面為小圓形，小圓形的直徑為d1，d1<d，螺旋段的長度為l/4，螺旋段的螺旋線的水平投影為部分的斐波那契螺旋線，在水平投影上，大圓形和小圓形分別與斐波那契螺旋線相切；墊塊3的導出腔7直徑徑為5d/4。

一種棒材螺旋擠壓模具的使用方法，其步驟為：

步驟一，準備：清潔凹模的成形型腔，所述的成型腔包括導入段，沖頭設置在導入段內；導入段的底部通過螺旋段連接導出段，在第一預成形棒材外表面和凹模的成形型腔上涂抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：將凹模放置在墊塊上，所述的墊塊內設置有與導出段對應的導出腔，使凹模的中心軸和墊塊的中心軸同軸，將第一預成形棒材放置于凹模的成形型腔的導入段中，第一預成形棒材的下端面與螺旋段的上端面相接觸，第一預成形棒材的上端面為擠壓端面，沖頭的一端連接到擠壓裝置的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端，與第一預成形棒材的擠壓端面相接觸；

步驟三，擠壓成形：開啟擠壓裝置，沖頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第一預成形棒材，當沖頭的擠壓工作端面與凹模的成形型腔的導入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止沖頭的擠壓運行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，沖頭以10～20mm/s的速度提升，當沖頭完全從凹模的成形型腔出來時，將第二預變形棒材放置于凹模的成形型腔的導入段中，開啟擠壓裝置，沖頭以1～10mm/s的擠壓速度擠壓第二預變形棒材，當沖頭的擠壓端面與凹模的成形型腔的導入段的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止沖頭的擠壓運行，第二預變形棒材會將第一預變形棒材擠出凹模的成形型腔，第一預變形棒材依次經過凹模的導入段、螺旋段、導出段的變形，完成第一預成形棒材的偏軸旋擠變形；

步驟五，成形收尾：開啟擠壓裝置，沖頭以10～20mm/s的速度提升，沖頭完全從螺旋擠壓模具的凹模的成形型腔出來。

進一步的，所述的導入段6的橫截面是直徑為d的圓形，導入段的長度為l；沖頭1為一圓柱形的柱體，圓形橫截面的直徑為d，沖頭的長度為5l/4；螺旋段6的上端橫截面為大圓形，大圓形的直徑為d，螺旋段6下端橫截面為小圓形，小圓形的直徑為d1，d1<d，螺旋段的長度為l/4，螺旋段的螺旋線的水平投影為部分的斐波那契螺旋線，在水平投影上，大圓形和小圓形分別與斐波那契螺旋線相切；墊塊3的導出腔7直徑徑為5d/4。

本發明的有益效果：

本發明采用的螺旋擠壓成形的技術方案，可實現棒材的擠壓與扭轉剪切相結合的復合成形方式。棒材受到模具成形型腔的限制，處于強烈的三向壓應力狀態，在剪切應力的作用下，材料的內部組織發生擠壓變形和扭轉變形，材料能夠獲得比傳統單純擠壓成形更大的變形程度，有利于細化材料組織和提高材料性能。

本發明提供的一種用于棒材的螺旋擠壓模具及其成形材料方法，具有變形效果好，速度快，效率高的優點，極大地改善了材料內部的應力應變分布，提高了材料的綜合性能。該發明設計合理可靠，成形方法簡單，有利于提高生產效率。

附圖說明

圖1是螺旋擠壓模具的結構示意圖；

圖2是螺旋擠壓模具的凹模的成形型腔結構示意圖；

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限于以下實施例。

參照圖1和圖2所示，一種棒材螺旋擠壓模具，包括沖頭1、凹模2和墊塊3；凹模2內設置有成型腔；所述的成型腔包括導入段4，沖頭設置在導入段4內；導入段4的底部通過螺旋段5連接導出段6；所述的墊塊3內設置有與導出段6對應的導出腔7。

所述的沖頭1為，圓形橫截面的直徑為20mm，沖頭1的長度為100mm；導入段4的橫截面是直徑為20mm的圓形，導入段4的長度為80mm；螺旋段5的上端面為大圓形，大圓形的直徑為20mm，俠端面為小圓形，小圓形的直徑為16mm，螺旋段5的長度為20mm，螺旋段5的螺旋線的水平投影為部分的斐波那契螺旋線，在水平投影上，大圓形和小圓形分別與斐波那契螺旋線相切；導出段6的橫截面是直徑為15mm的圓形，導出段6的長度為20mm；

墊塊3為中導出腔的7內徑為20mm。

本發明采用上述螺旋擠壓模具成形材料的方法步驟為：

步驟一，準備：清潔螺旋擠壓模具的凹模2的成形型腔，在第一預成形棒材外表面和的凹模2的成形型腔上涂抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：凹模2放置在墊塊3上，使凹模2的中心軸和墊塊3的中心軸同軸，將第一預成形棒材放置于凹模2的成形型腔的導入段4中，第一預成形棒材的下端面與螺旋段5的上端面相接觸，第一預成形棒材的上端面為擠壓端面，沖頭1的一端連接到擠壓裝置的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端，與第一預成形棒材的擠壓端面相接觸；

步驟三，擠壓成形：開啟擠壓裝置，沖頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第一預成形棒材，當沖頭1的擠壓工作端面與凹模2的成形型腔的導入段4的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止沖頭1的擠壓運行；

步驟四，擠出成形：再開啟擠壓裝置，沖頭1以15mm/s的速度提升，當沖頭1完全從凹模2的成形型腔出來時，將第二預變形棒材放置于凹模2的成形型腔的導入段4中，開啟擠壓裝置，沖頭1以8mm/s的擠壓速度擠壓第二預變形棒材，當沖頭1的擠壓端面與凹模2的成形型腔的導入段4的下端面重合時，關閉擠壓裝置，停止沖頭1的擠壓運行，第二預變形棒材會將第一預變形棒材擠出螺旋擠壓模具的凹模2的成形型腔，第一預變形棒材依次經過凹模2的導入段4、螺旋段5、導出段6的變形，完成第一預成形棒材的偏軸旋擠變形；步驟五，成形收尾：開啟擠壓裝置，沖頭1以15mm/s的速度提升，沖頭1完全從螺旋擠壓模具的凹模2的成形型腔出來，得到的形棒材的直徑為20mm，長度為60mm。