一种旋转挤压成形装置及方法

本发明属于挤压成形，具体涉及一种旋转挤压成形装置及方法。

背景技术：

1、金属挤压成形是一种塑性加工方法，其过程为：将金属坯料置于挤压筒中，通过挤压杆施加压力，迫使坯料从特定形状的模孔中流出，从而获得所需截面形状的制品。该方法在铝合金、镁合金、铜合金及钢等长材的制备中应用广泛。

2、为提升制品性能，尤其是通过细化晶粒实现强韧化，现有技术主要通过在挤压过程中引入剪切变形来实现。目前已有的技术为静态模具剪切挤压，其核心特征是在模具内部构造一个固定的、几何结构突变的强剪切区。当金属流经该区域时，在静水压力作用下发生一次性的、剧烈的剪切变形。尽管该技术能有效细化晶粒，是实验室制备超细晶材料的常用手段，但其工艺本质上是间歇式的——单次变形后需取出坯料并重新装入，方能进行下一道次，因此无法满足工业化连续生产长尺寸产品的需求。此外，由于剪切变形仅集中在模具的特定几何拐点处，制品沿长度方向的组织均匀性难以保证，且容易在剪切区产生应力集中。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题提供了一种旋转挤压成形装置及方法。

2、为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

3、一种旋转挤压成形装置，包括底座，在所述底座内通过轴承转动安装有挤压筒组件，所述挤压筒组件由挤压外衬和挤压内衬过盈套装而成，所述挤压内衬的轴向长度大于挤压外衬，使所述挤压内衬的一端暴露在所述挤压外衬之外，在所述挤压内衬的暴露侧安装有旋转驱动组件，用于驱动挤压内衬旋转，在所述挤压内衬内部滑动设置有挤压杆，所述挤压杆的外端与驱动油缸固定连接，在所述挤压筒组件的出口侧设置有模具组件，所述模具组件和驱动油缸均固定安装在机架组件上，所述底座滑动安装在机架组件上。

4、进一步，所述旋转驱动组件包括键连接在所述挤压内衬暴露侧的太阳轮，所述太阳轮啮合连接有多个行星轮，在多个所述行星轮的外侧共同啮合连接有固定齿圈，所述固定齿圈固定安装在外壳上，所述外壳通过螺栓固定安装在底座上，在所述外壳上还安装有回转支承，所述回转支承的外圈与外壳固定连接，所述回转支承内圈的内圆周面设置有啮合齿，所述啮合齿啮合连接有主动齿轮，所述主动齿轮固定安装在驱动电机的输出轴上，所述驱动电机固定安装在外壳上，在所述回转支承内圈的一侧固定安装有多个支撑轴，所述行星轮转动安装在对应的支撑轴上。

5、再进一步，在所述驱动电机的输出轴上安装有编码器，以便于对驱动电机的旋转状态进行实时监测，所述编码器和驱动电机与挤压机的控制系统电性连接。

6、一种旋转挤压成形方法，包括以下步骤：

7、s1，轴向挤压调节：先调节底座的轴向位置，将挤压筒组件移动至工作位，通过控制驱动油缸驱动挤压杆推动工件进入挤压筒组件；

8、s2，旋转挤压成形：待工件在挤压杆、挤压筒组件和模具组件的共同作用下，被镦粗并与挤压筒内衬形成过盈配合时，启动驱动电机，经旋转驱动组件的传动使挤压筒组件产生旋转，挤压筒组件旋转的过程中，同步控制挤压杆沿轴向进给，通过控制系统对挤压杆的轴向进给和挤压筒组件的旋转进行闭环联动控制，确保在挤压过程的每一个瞬间，金属坯料所承受的轴向压缩应变与由挤压筒组件旋转引入的附加剪切应变按预定规律叠加，直至完成一个挤压行程；

9、s3，循环：当一个挤压行程完成后，驱动电机停止工作，通过驱动油缸带动挤压杆退回至初始位置，重复s1和s2，实现长尺寸坯料的连续、均匀、全域剪切挤压成形。

10、与现有技术相比本发明具有以下优点：

11、本发明通过驱动挤压筒组件旋转的核心构思，将连续化的轴向挤压生产与坯料的周向剪切变形融合，在工业化连续生产线上实现了对金属材料的全域剧烈塑性变形，解决了本领域长期存在的“高强度剪切”与“连续化生产”无法兼得的技术瓶颈。

12、本发明通过在整个挤压变形区内主动、持续地带动坯料进行旋转，使剪切应变场从变形区入口便开始建立，并贯穿整个塑性区。这不仅能实现更均匀的应变分布与晶粒细化，还能通过精确控制挤压内衬的转速，对坯料所承受的总剪切应变量进行定量化、程序化的精确调控，从而实现对材料显微组织和性能的主动设计与优化。

1.一种旋转挤压成形装置，其特征在于：包括底座（1），在所述底座（1）内通过轴承转动安装有挤压筒组件，所述挤压筒组件由挤压外衬（2）和挤压内衬（3）过盈套装而成，所述挤压内衬（3）的轴向长度大于挤压外衬（2），使所述挤压内衬（3）的一端暴露在所述挤压外衬（2）之外，在所述挤压内衬（3）的暴露侧安装有旋转驱动组件，用于驱动挤压内衬（3）旋转，在所述挤压内衬（3）内部滑动设置有挤压杆（4），所述挤压杆（4）的外端与驱动油缸（5）固定连接，在所述挤压筒组件的出口侧设置有模具组件（6），所述模具组件（6）和驱动油缸（5）均固定安装在机架组件（7）上，所述底座（1）滑动安装在机架组件（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种旋转挤压成形装置，其特征在于：所述旋转驱动组件包括键连接在所述挤压内衬（3）暴露侧的太阳轮（8），所述太阳轮（8）啮合连接有多个行星轮（9），在多个所述行星轮（9）的外侧共同啮合连接有固定齿圈（10），所述固定齿圈（10）固定安装在外壳（11）上，所述外壳（11）通过螺栓固定安装在底座（1）上，在所述外壳（11）上还安装有回转支承（12），所述回转支承（12）的外圈与外壳（11）固定连接，所述回转支承（12）内圈的内圆周面设置有啮合齿（13），所述啮合齿（13）啮合连接有主动齿轮（14），所述主动齿轮（14）固定安装在驱动电机（15）的输出轴上，所述驱动电机（15）固定安装在外壳（11）上，在所述回转支承（12）内圈的一侧固定安装有多个支撑轴（16），所述行星轮（9）转动安装在对应的支撑轴（16）上。

3.根据权利要求1所述的一种旋转挤压成形装置，其特征在于：在所述驱动电机（15）的输出轴上安装有编码器，以便于对驱动电机（15）的旋转状态进行实时监测，所述编码器和驱动电机（15）与挤压机的控制系统电性连接。

4.一种旋转挤压成形方法，基于权利要求2所述的一种旋转挤压成形装置，其特征在于：包括以下步骤：