分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機(jī)床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機(jī)床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),功率,殼體,雙面,臥式,專用,組合,機(jī)床,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū),仿單 利用ECAP裝置進(jìn)行連續(xù)超細(xì)晶粒加工 烏克蘭航空技術(shù)大學(xué), 高級(jí)材料物理研究所, 烏克蘭，俄國(guó)材料科學(xué)和技術(shù)部, 洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室, 洛斯阿拉莫斯,美國(guó) 摘要： 在本文里, 我們介紹一個(gè)新的高效的塑性變形技術(shù), 結(jié)合等通道轉(zhuǎn)角技術(shù)(ECAP)和一致性技術(shù), 以連續(xù)的方式來(lái)加工超細(xì)顆粒材料。ECAP的原始裝置只能加工短的金屬棒料并且耗能。 一致性技術(shù)是使用連續(xù)的形式加工金屬成各種各樣的形狀。結(jié)合這兩個(gè)技術(shù), 我們能加工出UFG 結(jié)構(gòu)的Al 導(dǎo)線并且極大地增加它的強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞: 嚴(yán)厲塑性變形(SPD); 一致性; 超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu); 鋁 1介紹 在10多年前，強(qiáng)烈塑性變形(SPD)技術(shù)被證明是一種生產(chǎn)超細(xì)顆粒狀 (UFG) 金屬的有效途徑, 并且在SPD技術(shù)發(fā)展和過(guò)程參數(shù)的建立以及制作UFG金屬及合金的有效模具方面做了廣泛的研究。到目前為止, 在所有SPD 技術(shù)之中, 等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP), 或有時(shí)被叫作等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE),受到了很大的關(guān)注, 因?yàn)樗欠浅Ｓ行У漠a(chǎn)生UFG 結(jié)構(gòu)而且能夠生產(chǎn)足夠大的UFG塊用以各種結(jié)構(gòu)應(yīng)用。正因?yàn)镋CAP能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸大批量的UFG結(jié)構(gòu)金屬的加工能力，使它成為最有前途的商業(yè)化SPD技術(shù)。 但是,原始的 ECAP 技術(shù)有它的局限性。具體地,工件的長(zhǎng)度被二個(gè)因素所限制: (1) 長(zhǎng)寬比需要小于一個(gè)臨界值以便于在加工的過(guò)程中不發(fā)生彎曲(2) 擠壓頭有長(zhǎng)度限制，由于工件長(zhǎng)度的限制使ECAP成為一個(gè)不連續(xù)的過(guò)程, 生產(chǎn)效率低而且費(fèi)用高。 另外, 在大長(zhǎng)度的工件的末端通常有不均勻的微結(jié)構(gòu)或者裂縫必須被廢棄。浪費(fèi)了具有意義的部份并且進(jìn)一步增加了UFG 材料費(fèi)用。不連續(xù)和浪費(fèi)材料的的特點(diǎn)使得由ECAP制備UFG 材料變得非常昂貴, 限制了它們?cè)诟叨耸袌?chǎng)的應(yīng)用，譬如醫(yī)療植入管和設(shè)備, 材料費(fèi)用不是最主要的。 使UFG 材料廣泛商品化的關(guān)鍵是通過(guò)連續(xù)的過(guò)程降低他們的加工成本和減少?gòu)U料消耗。為此做了很多嘗試。例如, 反復(fù)起皺和校直RCS, 最近被用來(lái)連續(xù)加工金屬片和棒料。 但是,在改良晶粒方面 RCS 比ECAP的效率還低，并且每一次加工材料時(shí)在長(zhǎng)度方向和局部會(huì)產(chǎn)生不均勻的形變。 最近報(bào)道有一種新的方法加工薄板UFG結(jié)構(gòu)的方法。兩個(gè)方法都是使用摩擦輪使工件通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)好的ECAP模具中。但是,要加工截面為正方形或者矩形的材料，需要強(qiáng)大的摩擦力才能使材料通過(guò)ECAP 模具。 1974 年, Etherington [ 21 ] 開(kāi)發(fā)了一個(gè)有效的裝置, 一致性裝置, 用來(lái)對(duì)為金屬進(jìn)行連續(xù)的擠壓。它用來(lái)處理"硬幣" 原料, 以圓導(dǎo)線或粉末的形式, 置入一個(gè)有凹槽的轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子中。凹槽的三面與輪子一起轉(zhuǎn)動(dòng), 提供摩擦驅(qū)動(dòng)力。凹槽上固定了一個(gè)套筒用來(lái)固定原料。他們之間通過(guò)摩擦力來(lái)結(jié)合。所以, 原料存儲(chǔ)罐有三個(gè)推進(jìn)和一個(gè)返回裝置。原料裝置在正向或者垂直的方向被一個(gè)擋銷停止。出口橫斷面通常在形狀上與凹槽不同因?yàn)橐恢滦缘脑硎歉淖冊(cè)系膸缀涡螤罨蜢柟谭勰? 通常要求只有一個(gè)過(guò)程。原料的變形在擠壓期間是與常規(guī)擠壓過(guò)程相似的。 這項(xiàng)研究的宗旨是結(jié)合一致性過(guò)程與ECAP使連續(xù)處理UFG 材料成為大規(guī)模商業(yè)化。在這個(gè)發(fā)明中, 使用摩擦力推進(jìn)一個(gè)工件通過(guò)ECAP 模具與一致性方法是相似的, 利用一個(gè)被改良過(guò)的ECAP 模具使工件可以被反復(fù)處理成UFG 結(jié)構(gòu)。 2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)ECAP-CONFORM裝置， 在圖1中作了簡(jiǎn)要的示意。按圖所示, 轉(zhuǎn)動(dòng)的軸的中心有一條凹槽, 工件被卷向前。工件被接觸的三個(gè)面產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動(dòng)向前，使工件與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。工件被強(qiáng)制送入一個(gè)固定的模具。固定的模具使工件在內(nèi)部發(fā)生與常規(guī)ECAP一樣的轉(zhuǎn)角剪切變形。在當(dāng)前的模具中，轉(zhuǎn)角為90度，此角度是在ECAP中常用的。此裝置使ECAP過(guò)程得以連續(xù)，并且其它的ECAP過(guò)程參數(shù)同樣可以被采用。 用直徑3.4mm 和超過(guò)1m 長(zhǎng)度的純凈度為99.95%的鋁導(dǎo)線，在室溫下用ECAP裝置進(jìn)行4道處理。在ECAP通道中樣品被轉(zhuǎn)動(dòng)了180。剛開(kāi)始鋁線的晶粒的尺寸在5-7um之間。 使用長(zhǎng)度測(cè)試來(lái)研究樣品的伸長(zhǎng)和延展情況。樣品在開(kāi)始時(shí)為長(zhǎng)5mm 直徑為1mm 。在縱向之間樣品和成品基本接近。電子顯微鏡被用來(lái)驗(yàn)證樣品微結(jié)構(gòu)的變化。用機(jī)械制備的方法來(lái)制作顯微樣品，并進(jìn)行拋光處理，用AJEM-100B來(lái)研究微結(jié)構(gòu)。 圖1. ECAP-CONFORM裝置 3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 圖2顯示了一個(gè)鋁工件在ECAP的每個(gè)階段的狀況， 經(jīng)過(guò)ECAP后從最初的圓形截面變成了矩形截面，工件從最初的直徑為3.4mm的圓形截面變成了3.86mm×2.78mm的矩形截面。從圓與直徑3.4mm 對(duì)長(zhǎng)方形以維度 3.86mm □2.78mm 在第一ECAP 通行證以后。可以很明顯地看到進(jìn)入模具的金屬絲截面很快變成了矩形狀。這是一致性加工的主要特點(diǎn)。這一過(guò)程是靠?jī)蓚€(gè)摩擦輪和工件表面的摩擦實(shí)現(xiàn)的。摩擦力使工件進(jìn)入模具，使工件變成槽的形狀，這就是所謂的一致性過(guò)程。在導(dǎo)線橫斷面變成了長(zhǎng)方形以后, 每單位導(dǎo)線長(zhǎng)度的摩擦力變得更大因?yàn)樵诎疾酆蛯?dǎo)線之間的摩擦力不斷變大?？偟哪Σ亮ν七M(jìn)鋁線從凹槽進(jìn)入固定的模具, 與凹槽的交角為90度。這部分跟傳統(tǒng)的ECAP有相似之處。這就是為什么我們稱它為ECAP-Conform。 透射電子顯微鏡顯示，ECAP-CONFORM過(guò)程具有ECAP過(guò)程的典型性。經(jīng)過(guò)1到2次過(guò)程，斷層結(jié)構(gòu)和低角度晶界開(kāi)始形成。經(jīng)過(guò)4次過(guò)程，大量的UFG結(jié)構(gòu)形成。圖4，顯示了經(jīng)過(guò)4次ECAP-CONFORM的鋁材的斷面微觀結(jié)構(gòu)。在圖4a中很明顯地可以看出，尺寸在650nm的UFG結(jié)構(gòu)晶粒已形成。在一個(gè)直徑2.5um的區(qū)域的電子衍射圖顯示了大量衍射斑紋的存在，表明有大量大角度的晶界存在。晶粒是朝著各個(gè)方向的，并且晶界分明。具有ECAP的特征。圖3 與圖4.a顯示了經(jīng)過(guò)4次過(guò)程的晶粒比經(jīng)過(guò)2次過(guò)程的晶粒有了很大改善。圖4c顯示了有斷層在一些晶粒中存在，并且在晶粒內(nèi)部斷層密度會(huì)更高。哪些有斷層存在的晶粒的直徑通常在0.6-1.1nm。我們知道，在UFG金屬中當(dāng)晶粒尺寸小于某個(gè)值時(shí)位錯(cuò)是很容易形成的。 圖4 清楚地表明 ECAP-CONFORM過(guò)程可以有效地改良晶粒和產(chǎn)生UFG結(jié)構(gòu)。 圖2. 在ECAP-CONFORM過(guò)程中的鋁件。 圖4. 圖3. 表1列舉了鋁樣品在經(jīng)過(guò)1-4次擠壓過(guò)程的拉伸機(jī)械性能。很明顯, ECAP-CONFORM 過(guò)程極大地增強(qiáng)了屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度, 這些結(jié)果與鋁的常規(guī)ECAP處理是一致的。而且, 下一步的延展性并沒(méi)有比上一步的減少，與先前的過(guò)程是一致的。表1 顯示在經(jīng)過(guò)第一過(guò)程后機(jī)械性能并沒(méi)有很大的改變。原因目前還不清楚。目前這方面的研究正在進(jìn)行，結(jié)果將在最近的刊物發(fā)表。 在ECAP-CONFORM與CONFORM之間是有一些區(qū)別的。首先，最主要的是在模具通道的交叉形狀存在差別。ECAP-CONFORM是與傳統(tǒng)的ECAP一樣使工件發(fā)生純剪切變形。CONFORM是使工件發(fā)生與常規(guī)擠壓一樣的復(fù)合應(yīng)變。另外，一次ECAP-CONFORM比一次CONFORM對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的改變要明顯得多。其次, ECAP-CONFORM不改變工件截面的大小，除了在某些情況下。這可以使得ECAP-CONFORM可以反復(fù)地對(duì)工件進(jìn)行加工從而改良晶粒。而CONFORM過(guò)程是通過(guò)復(fù)合應(yīng)變來(lái)改良晶粒，只在第一次過(guò)程中發(fā)揮作用。第三, ECAP-CONFORM要經(jīng)過(guò)好多次加工才能達(dá)到效果，而CONFORM只需經(jīng)過(guò)一次過(guò)程便可達(dá)到效果。第四, CONFORM連續(xù)擠壓過(guò)程, 它的模具設(shè)計(jì)通常包含一個(gè)不可移動(dòng)的區(qū)域，用來(lái)存儲(chǔ)原料，而這一區(qū)域在ECAP-CONFORM中是不存在的。 與傳統(tǒng)的ECAP也是有區(qū)別的。除了有連續(xù)的特點(diǎn)以外，ECAP-CONFORM在發(fā)生轉(zhuǎn)角擠壓以前發(fā)生了塑性變形。進(jìn)一步研究是需要研究這些是怎么影響UFG 材料結(jié)構(gòu)演變和機(jī)械性能的變化。 4. 總結(jié) 我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的連續(xù)的SPD 技術(shù), ECAP-CONFORM用來(lái)制造UFG結(jié)構(gòu)材料 。連續(xù)過(guò)程的特性使它能夠以大規(guī)模, 高效率和有效的方式來(lái)生產(chǎn)UFG 材料。我們的初步結(jié)果表明, ECAP-CONFORM過(guò)程可以有效地改良鋁晶粒并提高它的機(jī)械性能，這與傳統(tǒng)的ECAP有相似的效果。ECAP-CONFORM與傳統(tǒng)的ECAP及CONFORM都存在差別。進(jìn)一步工作是研究這些區(qū)別是如何影響各種各樣的UFG材料的結(jié)構(gòu)和性能。 鳴謝 美國(guó)能源部IPP項(xiàng)目辦公室的支持。 參考文獻(xiàn)： [1] R.Z. 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