本发明涉及金属塑性成形模具，具体涉及一种研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具及方法。
背景技术：
1、三维弯曲型材具有提升结构整体强度和刚度、实现结构轻量化、节省材料、节约空间、减少空气阻力、增加工业设计自由度以及提升美感等作用，在航空航天飞行器、地面交通运输工具、输运管道、核电工业、建筑结构等领域被广泛使用。目前，三维弯曲型材的生产制造主要采用先挤压后弯曲的成形工艺路线，存在工序较多、易出现拉裂、起皱、回弹、横截面变形等弯曲成形缺陷以及中空型材弯曲难度大、弯曲半径受限等突出问题。
2、四向差速挤压技术可克服传统先挤压后弯曲工艺中存在的诸多缺陷和问题，该技术通过从四个方向对材料施加压力，使材料内部产生速度梯度，通过改变不同挤压方向的速度，可在一次挤压过程中便可获得沿长度方向具有可变曲率的三维弯曲型材，显著缩短成形工艺流程。同时，四向差速挤压技术可视为四个非等通道转角挤压的复合，可在一次挤压过程中获得比单次等通道转角挤压更大的剪切应变，从而有效细化材料晶粒，获得性能良好的弯曲型材。
3、四向差速挤压中存在四个挤压方向，对于每个挤压方向，也可将其视为非等通道转角挤压，其变形过程复杂，为获得性能良好和成形精度高的三维弯曲型材，并对实际生产提供理论与技术指导，需对四向差速挤压过程中不同方向上的材料分配、变形行为、应力与应变分布、挤出型材形状等变化规律及其成形机理进行详细研究。然而，在研究三维弯曲型材四向差速挤压变形规律和成形机理方面，四向差速挤压模具仍存在以下问题：
4、(1)装料和取料困难。四向差速挤压存在四个挤压通道，采用四根坯料同时挤压会在挤出型材中引入焊缝。为避免焊缝，需采用“十”字形坯料，而如何在挤压前将“十”字形坯料放入挤压通道内却面临困难。此外，“十”字形坯料在四向挤压时会在模具型腔内形成具有多个相交结构，这给挤压后将模具内部残余材料取出以及清理模具带来较大困难。
5、(2)分体式模具存在飞边问题。采用分体式模具可方便装料和取料，但采用分体式模具易导致挤压过程中材料在配合面上形成飞边，导致材料的成形规律发生变化，造成材料浪费，且存在型材弯曲半径不可控、加剧模具磨损等问题。
6、(3)传统模具适用范围受限，灵活性差。四向差速挤压型材形状受挤压速度、挤压比、型材截面形状、温度等多种挤压参数或因素影响。当采用不同挤压参数进行挤压时，若采用传统挤压模具，则需多套不同的整体模具，存在成本高、材料浪费严重、灵活性差等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具及方法，能够解决四向差速挤压所存在的装料和取料困难、飞边严重、灵活性差等问题。
2、本发明的技术方案如下：
3、在本发明的第一方面，提供了一种研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具及方法，包括第一分体模具、第二分体模具和第三分体模具；所述第一分体模具和第二分体模具的结构对称且左右配合，配合后的第一分体模具和第二分体模具与第三分体模具上下配合；第一分体凹模和第二分体凹模装配在第一分体模具和第二分体模具内，凸模或堵头装配在第三分体模具内；
4、配合后的第一分体模具、第二分体模具和第三分体模具形成四个入料通道，所述四个入料通道呈正交分布；第一分体模具、第二分体模具和第三分体模具拆分后，第一入料通道和第三入料通道被拆分为三部分，第二入料通道和第四入料通道被拆分为两部分；配合后的第一分体凹模、第二分体凹模、凸模或堵头形成出料通道；每个入料通道处均设置有相配合的挤压杆。
5、在本发明的一些实施方式中，所述第一分体模具上设置有第一齿形配合面和第二齿形配合面；通过第一齿形配合面将第一分体模具与第二分体模具装配，通过第二齿形配合面将第一分体模具和第三分体模具装配。
6、在本发明的一些实施方式中，装配后的第一分体模具和第二分体模具的中间位置设置凹模配合孔，所述凹模配合孔用于安装第一分体凹模和第二分体凹模。
7、在本发明的一些实施方式中，所述第一分体模具上还设置有第一入料通道第一部分、第三入料通道第一部分、第四入料通道第一部分。
8、在本发明的一些实施方式中，所述第三分体模具上设置有第三齿形配合面和第一入料通道第三部分、第二入料通道第二部分、第三入料通道第三部分、第四入料通道第二部分，通过第三齿形配合面将第三分体模具和第一分体模具、第二分体模具分别进行装配。
9、在本发明的一些实施方式中，第一分体模具、第二分体模具、第三分体模具的侧面上设有加热孔和测温孔，所述加热孔和测温孔布置在入料通道周围，加热孔内放置加热棒，测温孔内放置热电偶。
10、在本发明的一些实施方式中，所述第三分体模具的中心位置设置有凸模配合孔，所述凸模配合孔内装配凸模或堵头。
11、在本发明的一些实施方式中，所述第一分体凹模和第二分体凹模的结构对称且左右配合，所述第一分体凹模和第二分体凹模配合后形成凹模工作带，所述凹模工作带和凸模上的凸模工作带形成出料通道。
12、在本发明的一些实施方式中，所述第三分体模具装配在底座上，底座装配在挤压机上。
13、在本发明的第二方面，提供了一种研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具工作方法，包括以下步骤：
14、模具装配后，将挤压杆与模具上的入料通道对齐；将加热棒和热电偶分别放入模具的加热孔和测温孔内，开始加热；
15、到温后，控制挤压杆开始运动，分别进入四个入料通道中，开始挤压坯料；
16、挤压结束后，取出加热棒和热电偶，拆除底座的紧固件，将底座、挤压模具、残余坯料和挤出型材一起放入水中进行淬火；
17、冷却后，将第一分体模具、第二分体模具、第三分体模具拆分、第一分体凹模、第二分体凹模拆分，即可完整取出残余坯料和挤出型材；
18、将模具进行清理后，改变挤压速度、改变温度、替换不同形状的第一分体凹模、第二分体凹模、凸模或堵头重复上述步骤，以研究不同变形条件时的四向差速挤压三维弯曲型材的变形规律。
19、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
20、(1)本发明提供的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，采用分体式设计，挤压模具可方便拆分，经拆分后，可方便地将十字形坯料放入挤压模具，且可避免四向差速挤压产品中引入焊缝；挤压结束后，可在不破坏模具内部材料形状的情况下，直接取出材料，便于分析四向差速挤压过程中材料的变形情况。
21、(2)本发明提供的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，在挤压结束后，可快速清理模具内部的材料；通过替换模具出口和模芯可在一套模具上挤出多种截面的型材，灵活性好，节约成本；挤压模具的第一分体模具、第二分体模具和第三分体模具之间的配合面采用齿形配合面，可抑制飞边的形成。
22、(3)本发明提供的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，在模具上直接布置加热孔和测温孔，模具和坯料同时加热，在挤压过程中可更准确地监测和控制模具与坯料的温度。另外，通过在挤压模具的底部设置底座，可垫高挤压模具，可方便调整挤压模具入料通道轴线与挤压杆轴线的距离，减少挤压模具材料的用量。
23、(4)本发明提供的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，在底座上远离模具加热孔的地方与挤压机进行紧固，不仅可避免高温导致紧固件变形，而且可直接在高温时就可将模具从挤压机上拆下，并及时对模具型腔内坯料和挤出型材进行淬火。
1.一种研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，包括第一分体模具、第二分体模具和第三分体模具；所述第一分体模具和第二分体模具的结构对称且左右配合，配合后的第一分体模具和第二分体模具与第三分体模具上下配合；第一分体模具和第二分体模具内设置第一分体凹模和第二分体凹模，第三分体模具内设置凸模或堵头；
2.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第一分体模具上设置有第一齿形配合面和第二齿形配合面；通过第一齿形配合面将第一分体模具与第二分体模具装配，通过第二齿形配合面将第一分体模具和第三分体模具装配。
3.如权利要求2所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，装配后的第一分体模具和第二分体模具的中间位置设置凹模配合孔，所述凹模配合孔用于安装第一分体凹模和第二分体凹模。
4.如权利要求2所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第一分体模具上还设置有第一入料通道第一部分，第三入料通道第一部分，第四入料通道第一部分。
5.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第三分体模具上设置有第三齿形配合面、第一入料通道第三部分，第二入料通道第二部分，第三入料通道第三部分和第四入料通道第二部分，通过第三齿形配合面将第三分体模具和第一分体模具、第二分体模具分别进行装配。
6.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第一分体模具、第二分体模具、第三分体模具的侧面上设有加热孔和测温孔，所述加热孔和测温孔布置在入料通道周围，加热孔内放置加热棒，测温孔内放置热电偶。
7.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第三分体模具的中心位置设置有凸模配合孔，所述凸模配合孔内装配凸模或堵头。
8.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第一分体凹模和第二分体凹模的结构对称且左右配合，所述第一分体凹模和第二分体凹模配合后形成凹模工作带，所述凹模工作带和凸模上的凸模工作带形成出料通道。
9.如权利要求1所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具，其特征在于，所述第三分体模具装配在底座上。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的研究四向差速挤压三维弯曲型材变形规律的模具工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
