一种细化晶粒的变截面型腔二次扭转挤压装置及方法，包括：凸模部分、传动机构、动力机构和凹模部分，其中：凸模部分与凹模部分相配合，动力机构与传动机构相连；凸模部分包括上模板和上模，凹模部分包括上圆筒、上板和主模具，上模板设置于上模上，上模与上圆筒相配合且工作状态在液压机滑块作用下进入上圆筒和主模具，上圆筒设置于上板上，主模具设置于上板下并与上圆筒相连，上模在工作时进入上圆筒内。本发明通过改变转动模具的内腔截面形状，使得在挤压的同时，转动变截面型腔模具，材料既有挤压变形又有模具转动带来的剪切变形，实现剧烈塑性变形，成形力小，变形效率高，能达到良好的晶粒细化效果。