分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機(jī)床設(shè)計說明書

分功率器殼體雙面臥式攻絲專用組合機(jī)床設(shè)計說明書,功率,殼體,雙面,臥式,專用,組合,機(jī)床,設(shè)計,說明書,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), 高級材料物理研究所, 烏克蘭，俄國材料科學(xué)和技術(shù)部, 洛斯阿拉莫斯國家實驗室, 洛斯阿拉莫斯,美國 摘要： 在本文里, 我們介紹一個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), 或有時被叫作等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE),受到了很大的關(guān)注, 因為它是非常有效的產(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。正因為ECAP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,工件的長度被二個因素所限制: (1) 長寬比需要小于一個臨界值以便于在加工的過程中不發(fā)生彎曲(2) 擠壓頭有長度限制，由于工件長度的限制使ECAP成為一個不連續(xù)的過程, 生產(chǎn)效率低而且費用高。 另外, 在大長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。浪費了具有意義的部份并且進(jìn)一步增加了UFG 材料費用。不連續(xù)和浪費材料的的特點使得由ECAP制備UFG 材料變得非常昂貴, 限制了它們在高端市場的應(yīng)用，譬如醫(yī)療植入管和設(shè)備, 材料費用不是最主要的。 使UFG 材料廣泛商品化的關(guān)鍵是通過連續(xù)的過程降低他們的加工成本和減少廢料消耗。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在長度方向和局部會產(chǎn)生不均勻的形變。 最近報道有一種新的方法加工薄板UFG結(jié)構(gòu)的方法。兩個方法都是使用摩擦輪使工件通過一個設(shè)計好的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ECAP 模具。 1974 年, Etherington [ 21 ] 開發(fā)了一個有效的裝置, 一致性裝置, 用來對為金屬進(jìn)行連續(xù)的擠壓。它用來處理"硬幣" 原料, 以圓導(dǎo)線或粉末的形式, 置入一個有凹槽的轉(zhuǎn)動的輪子中。凹槽的三面與輪子一起轉(zhuǎn)動, 提供摩擦驅(qū)動力。凹槽上固定了一個套筒用來固定原料。他們之間通過摩擦力來結(jié)合。所以, 原料存儲罐有三個推進(jìn)和一個返回裝置。原料裝置在正向或者垂直的方向被一個擋銷停止。出口橫斷面通常在形狀上與凹槽不同因為一致性的原理是改變原料的幾何形狀或鞏固粉末, 通常要求只有一個過程。原料的變形在擠壓期間是與常規(guī)擠壓過程相似的。 這項研究的宗旨是結(jié)合一致性過程與ECAP使連續(xù)處理UFG 材料成為大規(guī)模商業(yè)化。在這個發(fā)明中, 使用摩擦力推進(jìn)一個工件通過ECAP 模具與一致性方法是相似的, 利用一個被改良過的ECAP 模具使工件可以被反復(fù)處理成UFG 結(jié)構(gòu)。 2. 實驗過程 我們設(shè)計了一個ECAP-CONFORM裝置， 在圖1中作了簡要的示意。按圖所示, 轉(zhuǎn)動的軸的中心有一條凹槽, 工件被卷向前。工件被接觸的三個面產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動向前，使工件與軸一起轉(zhuǎn)動。工件被強(qiáng)制送入一個固定的模具。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過程得以連續(xù)，并且其它的ECAP過程參數(shù)同樣可以被采用。 用直徑3.4mm 和超過1m 長度的純凈度為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)動了180。剛開始鋁線的晶粒的尺寸在5-7um之間。 使用長度測試來研究樣品的伸長和延展情況。樣品在開始時為長5mm 直徑為1mm 。在縱向之間樣品和成品基本接近。電子顯微鏡被用來驗證樣品微結(jié)構(gòu)的變化。用機(jī)械制備的方法來制作顯微樣品，并進(jìn)行拋光處理，用AJEM-100B來研究微結(jié)構(gòu)。 圖1. ECAP-CONFORM裝置 3. 實驗結(jié)果和討論 圖2顯示了一個鋁工件在ECAP的每個階段的狀況， 經(jīng)過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 對長方形以維度 3.86mm □2.78mm 在第一ECAP 通行證以后?？梢院苊黠@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。這一過程是靠兩個摩擦輪和工件表面的摩擦實現(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程。在導(dǎo)線橫斷面變成了長方形以后, 每單位導(dǎo)線長度的摩擦力變得更大因為在凹槽和導(dǎo)線之間的摩擦力不斷變大。總的摩擦力推進(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過程具有ECAP過程的典型性。經(jīng)過1到2次過程，斷層結(jié)構(gòu)和低角度晶界開始形成。經(jīng)過4次過程，大量的UFG結(jié)構(gòu)形成。圖4，顯示了經(jīng)過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4次過程的晶粒比經(jīng)過2次過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)晶粒尺寸小于某個值時位錯是很容易形成的。 圖4 清楚地表明 ECAP-CONFORM過程可以有效地改良晶粒和產(chǎn)生UFG結(jié)構(gòu)。 圖2. 在ECAP-CONFORM過程中的鋁件。 圖4. 圖3. 表1列舉了鋁樣品在經(jīng)過1-4次擠壓過程的拉伸機(jī)械性能。很明顯, ECAP-CONFORM 過程極大地增強(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有比上一步的減少，與先前的過程是一致的。表1 顯示在經(jīng)過第一過程后機(jī)械性能并沒有很大的改變。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)地對工件進(jìn)行加工從而改良晶粒。而CONFORM過程是通過復(fù)合應(yīng)變來改良晶粒，只在第一次過程中發(fā)揮作用。第三, ECAP-CONFORM要經(jīng)過好多次加工才能達(dá)到效果，而CONFORM只需經(jīng)過一次過程便可達(dá)到效果。第四, CONFORM連續(xù)擠壓過程, 它的模具設(shè)計通常包含一個不可移動的區(qū)域，用來存儲原料，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) 我們開發(fā)了一個新的連續(xù)的SPD 技術(shù), ECAP-CONFORM用來制造UFG結(jié)構(gòu)材料 。連續(xù)過程的特性使它能夠以大規(guī)模, 高效率和有效的方式來生產(chǎn)UFG 材料。我們的初步結(jié)果表明, ECAP-CONFORM過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 美國能源部IPP項目辦公室的支持。 參考文獻(xiàn)： [1] R.Z. Valiev, N.A. Krasilnikov, N.K. Tsenev, Mater. Sci. Eng. A137 (1991) 35. [2] R.Z. Valiev, A.V. Korznikov, R.R. Mulyukov, Mater. Sci. Eng. A186 (1993) 141. [3] V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe, R.Z. Valiev, Mater. Sci. Eng. A303 (2001) 82. [4] V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I.V. Alexandrov, T.C. Lowe, R.Z. Valiev, Mater. Sci. Eng. A343 (2003) 43. [5] R.Z. Valiev, I.V. Alexandrov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe, J. Mater. Res. 17 (2002) 5. [6] D. Jia, Y.M. Wang, K.T. Ramesh, E. Ma, Y.T. Zhu, R.Z. Valiev, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 611. [7] H.W. Hoeppel, Z.M. Zhou, H. Mughrabi, Phil. Mag. A82 (2002) 1781. [8] Z. Zhang, H. Huang, R.O. Scattergood, J. Narayan, C.C. Koch, A.V. Sergueeva, A.K. Mukherjee, Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 823. [9] Z. Horita, T. Fujinami, M. Nemoto, T.G. Langdon, Metall. Mater. Trans. 31A (2000) 691. [10] M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon, J. Mater. Sci. 36 (2001) 2835. [11] R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov, Prog. Mater. Sci. 45 (2000) 103. [12] V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. A197 (1995) 157. [13] M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon, J. Mater. Sci. 36 (2001) 82. [14] T.C. Lowe, Y.T. Zhu, Adv. Eng. Mater. 5 (2003) 373. [15] Y.T. Zhu, T.C. Lowe, T.G. Langdon, Scripta Mater. (in press). [16] Y.T. Zhu, D.P. Butt, Nanomaterials by severe plastic deformation, in: Encyclopedia of Nanotechnology, vol. 6, American Scientific Publishers, 2004, pp. 843–856 [17] J.Y. Huang, Y.T. Zhu, H.G. Jiang, T.C. Lowe, Acta Mater. 49 (2001) 1497. [18] Y.T. Zhu, H.G. Jiang, J.Y. Huang, T.C. Lowe, Metall. Mater. Trans. 32A (2001) 1559. [19] Y. Saito, H. Utsunomiya, H. Suzuki, T. Sakai, Scripta Mater. 42 (2000) 1139. [20] J.C. Lee, H.K. Seok, J.Y. Suh, Acta Mater. 50 (2002) 4005. [21] C. Etherington, J. Eng. Ind. (August) (1974) 893. [22] C. Wick, J.T. Benedict, E.F. Veilleux (Eds.), Tool and Manufacturing Engineers Handbook, fourth ed., vol. 2, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, MI, USA, 1983. [23] Y. Iwahashi, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon, Acta Mater. 45 (1997) 4733. [24] Y.T. Zhu, J.Y. Huang, J. Gubicza, T. Ungár, E. Ma, R.Z. Valiev, J. Mater. Res. 18 (2003) 1908. [25] Y.H. Kim, J.R. Cho, K.S. Kim, H.S. Jeong, S.S. Yoon, J. Mater. Process. Technol. 97 (2000) 153. [26] J.R. Cho, H.S. Jeong, J. Mater. Process. Technol. 110 (2001) 53.