專利名稱：一種無模拉絲成形方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種拉絲成形方法，具體是涉及一種合金絲的無模拉絲成形方法及裝置。

背景技術：
高強度合金絲材在工業(yè)上應用十分廣泛，例如鎢合金絲材廣泛用于電光源和電子管等工業(yè)領域。直徑僅為24微米的鎳鈦合金絲材廣泛應用于核聚變、旋轉機器、磁浮列車、超導儲能系統(tǒng)、磁分離、磁醫(yī)療、人體核磁成像及電子顯微鏡等方面。但目前合金絲的生產成本仍然很高。
目前，國內外對合金絲材的主要加工方法是拉絲工藝，其中包括靜液擠壓拉伸、流體靜力潤滑拉絲、流體動力潤滑拉絲等。在拉拔過程中，拉絲模承受較大的摩擦力、壓力和拉力；拉絲模一般采用硬質合金?；蚪饎偸＃杀据^高；由于摩擦的存在，拉拔過程中加劇應力和變形不均勻分布，使金屬的變形抗力增加，降低模具的使用壽命及產品的表面質量；拉拔時如果提高變形溫度可以使加工硬化過程減弱，金屬變形抗力降低，拉拔力減小，但由于溫度的提高也可能降低潤滑劑潤滑性能，而導致摩擦力增加，變形力增大，因此拉拔時變形材料的最佳變形溫度較難確定?，F(xiàn)有的加工工藝(拉絲工藝)具有很多不足，即尺寸加工精度低、絲材表面質量達不到要求、斷絲現(xiàn)象嚴重、成本高、效率低等缺點。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對已有的合金絲材有模加工方法中存在的上述缺點而提供的一種效率高，摩擦力小，無潤滑的無模拉絲成形方法。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種無模拉絲成形裝置。
采用的技術方案是 一種無模拉絲成形裝置，包括放絲卷筒、收絲卷筒、放絲卷筒驅動電機、收絲卷筒驅動電機、加熱器和冷卻器。放絲卷筒和收絲卷筒的軸分別通過軸座支承在機臺上。放絲卷筒驅動電機的輸出軸與放絲卷筒軸的一端固定連接，收絲卷筒驅動電機的輸出軸與收絲卷筒軸的一端固定連接。加熱器為高頻感應加熱器或中頻感應加熱器，加熱器通過支架固定在機臺上。冷卻器的冷卻介質為壓力水或壓縮空氣。加熱器和冷卻器之間的距離S的大小根據被拉絲材料的性能來確定，冷卻器通過支架固定在機臺上。原始絲材卷繞在放絲卷筒上，原始絲材的自由端穿過加熱器和冷卻器后固定在放絲卷筒上。
放絲卷筒的作用是 原始絲材提供放絲速度V0，其轉速由電機控制。加熱器3的作用是加熱絲材到預定溫度，加熱方法為高頻感應加熱，也可以采用中頻感應加熱。冷卻器的作用是對變形后的絲材給予快速冷卻，使變形區(qū)溫度產生一個溫度梯度，以達到控制變形的目的，冷卻的方法可以采用壓縮空氣或壓力水冷卻。收絲卷筒的作用是為變形后絲材提供一個收絲速度Vf(Vf＞V0)，其轉速由電機控制，使變形前后的速度產生一個速度比V0/Vf，從而將變形區(qū)的金屬發(fā)生塑性變形，使絲材的直徑尺寸減小，同時將變形后的絲材卷起來。
無模拉絲成形原理是絲材2以速度V0經過放絲卷筒后，經過加熱器和冷卻器，收絲卷筒以速度Vf(Vf＞V0)將變形后的絲材5卷起，加熱器3和冷卻器4之間是變形區(qū)，其間距成為變形區(qū)寬度S，在變形區(qū)內存在一個溫度梯度，溫度高的部分變形量大，溫度低的部分變形量小或者不變形，因此在變形區(qū)內也存在一個應變梯度，應變梯度的存在正是無模拉絲成形過程穩(wěn)定進行的前提條件。本發(fā)明的關鍵部分就是拉絲裝置，其結構包括感應加熱器3和冷卻器4，在加熱線圈和冷卻線圈之間(即變形區(qū))沿軸向形成一個溫度梯度，從而可以使材料在變形區(qū)進行穩(wěn)定的變形，從大直徑變化到小直徑。變形程度取決于放絲速度V0和收絲速度Vf的比值，根據體積不變定律，得到變形以后的絲材直徑為，即斷面變化率φ＝1-V0/Vf。由于放絲卷筒連續(xù)旋轉，因此絲材就可以連續(xù)的通過拉絲裝置成形。此外，由于變形程度隨放絲速度V0和收絲速度Vf比值的變化而變化，因此，在變形過程中，只要連續(xù)地改變放絲速度V0和收絲速度Vf的比值，就可以加工出連續(xù)變化的變斷面絲材，變形以后的絲材直徑為。一般在變形過程中，保持其中的一個速度值不變，而改變另外一個速度值來達到改變其速度比值的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的無模拉絲成形方法具有無模具、無摩擦、無潤滑、變形力小、絲材表面質量高、效率高、無污染、設備結構簡單等優(yōu)點，并且可以實現(xiàn)連續(xù)變化的變斷面絲材的加工。此外，在變形過程中可以對材料進行熱處理。
一種無模拉絲成形方法，包括下述工藝步驟 (1)將直徑為d0的待加工絲材按照圖1安裝在放絲卷筒1上，將絲材穿過加熱器3、冷卻器4，安裝在收絲卷筒6上，并將絲材端部固定在收絲卷筒6上，使其能夠承受一定的拉伸載荷； (2)啟動加熱器3，使加熱系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，對材料進行預熱5-10分鐘。對于變形溫度的調整可以通過調整高頻感應加熱器的燈絲電壓來實現(xiàn)，或者通過改變加熱器3和冷卻器4的間距即變形區(qū)寬度S來實現(xiàn)，根據不同材料的性能來確定變形區(qū)寬度S值，對于加工線材的原始直徑尺寸小于10mm時，變形區(qū)寬度S值的取值范圍為5-20mm，加熱溫度范圍為700-1100℃； (3)啟動冷卻器4，使冷卻系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)的壓力達到0.15-0.2MPa(1.5-2個大氣壓)，冷卻方法采用壓縮空氣或壓力水冷卻； (4)同時啟動放絲卷筒1和收絲卷筒6的控制電機，通過調節(jié)電機控制系統(tǒng)使它們以相同的轉速旋轉，即獲得相同的放絲速度V0和收絲速度V0，此時，拉絲裝置中的變形區(qū)金屬不發(fā)生變形，V0的取值范圍30-80mm/min； (5)保持放絲卷筒1的轉速不變，通過調節(jié)電機控制系統(tǒng)來逐漸調節(jié)收絲卷筒6的轉速，使收絲卷筒6的收絲速度達到預期的值Vf(Vf＞V0)，Vf的取值范圍30-150mm/min。此時，拉絲裝置中的變形區(qū)金屬開始發(fā)生變形，變形后絲材的直徑為 (6)待加工絲材成形結束時，先斷開加熱器的控制系統(tǒng)，再斷開放絲卷筒1和收絲卷筒6的控制電機，此時冷卻系統(tǒng)仍然要繼續(xù)工作5-10分鐘后再斷開，以保證高頻感應加熱系統(tǒng)的完全冷卻。
本發(fā)明提供的是一種高效率、無摩擦、無潤滑的無模拉絲加工方法。
采用本發(fā)明專利的方法和裝置對不銹鋼絲等絲材無模拉絲成形進行了實施，以不銹鋼絲材為例，不銹鋼絲材初始直徑為d0＝4mm，變形區(qū)寬度S值的取值范圍為20mm，加熱溫度范圍為880℃，冷卻系統(tǒng)的壓縮空氣壓力0.2MPa，放絲卷筒1的放絲速度V0＝40mm/min，收絲卷筒6的收絲速度Vf分別取值80，70，60mm/min。



圖1是本發(fā)明無模拉絲裝置結構圖。
圖2是加熱器和冷卻器裝配示意圖。
圖3是連續(xù)式無模拉絲裝置結構圖。

具體實施例方式 實施例一 無模拉絲裝置，包括放絲卷筒1、加熱器3、冷卻器4和收絲卷筒6。
放絲卷筒1的軸的兩端分別通過軸座支撐在機臺7上，放絲卷筒1的軸的一端與放絲卷筒驅動電機輸出軸連接。放絲卷筒6的軸的兩端分別通過軸座固定在機臺7上，收絲卷筒6的軸的一端與收絲卷筒驅動電機的輸出軸連接。放絲卷筒1和收絲卷筒6的軸座及收絲卷筒驅動電機，放絲卷筒驅動電機在附圖上省略，因為是已知技術。加熱器3和冷卻器4分別通過支架8和支架9固定在機臺7上。加熱器3為高頻加熱器或中頻加熱器，冷卻器4為水冷冷卻器或風冷冷卻器。加熱器3與冷卻器4之間距離S，S值的大小根據被拉絲材料的性能確定。
實施例二 無模拉絲成形方法，以不銹鋼絲為例包括下述步驟 (1)、將直徑為d0＝4mm的原始不銹鋼材卷繞在放絲卷筒1上，其自由端穿過加熱器3和冷卻器4后固定在放絲卷筒1上。變形區(qū)寬度S為20mm。
(2)、啟動加熱器3和冷卻器4，加熱溫度為880℃，加熱時間為5-10分鐘，冷卻器4采用風冷，壓縮空氣壓力為0.2Mpa。
(3)啟動放絲卷筒1和收絲卷筒6的驅動電機，使放絲卷筒1的放絲速度V0＝40mm/min，收絲卷筒的收絲速度V5為80mm/min，變形后絲材直徑為2.87mm(理論值為2.83)，斷面變化率48.52％(理論值為50％)。
(4)、待加工絲材成型結束時，先斷開加熱器3的控制系統(tǒng)，再斷放絲卷筒1和收絲卷筒6的驅動電機電源，此時冷卻器4繼續(xù)工作5-10分鐘后停止冷卻工作，以確保高頻感應加熱系統(tǒng)的完全冷卻。
實施例三 所述的無模拉絲成形方法與實施例二基本相同，其不同之處在于d0＝2.87mm，收絲速度V5為70mm/min，變形后絲材直徑d5為2.13mm(理論值2.16mm)，斷面變化率為44.42％(理論值為42.86％)。
實施例四 所述的無模拉絲成形方法與實施例二基本相同，其不同之處在于d0為2.13mm，收絲速度V5為60mm/min，變形后絲材直徑d5為1.72mm(理論值2.16mm)，斷面變化率為34.79％(理論值為33.33％)。
權利要求
1. 一種無模拉絲成形裝置，包括放絲卷筒(1)、收絲卷筒(6)和機臺(7)，放絲卷筒(1)由放絲卷筒驅動電機驅動，收絲卷筒(6)由收絲卷筒驅動電機驅動，放絲卷筒(1)和收絲卷筒(6)的軸分別通過軸座支撐在機臺(7)上，其特征是在放絲卷筒(1)和收絲卷筒(6)之間設置有加熱器(3)和冷卻器(4)，加熱器(3)通過支架(8)支撐在機臺(7)上，冷卻器(4)通過支架(9)支撐在機臺(7)上，加熱器(3)與冷卻器(4)之間距離S為變形區(qū)寬度，由被加工的線材的性能來確定，加熱器(3)為高頻電加熱器或中頻電加熱器，冷卻器(4)為水冷卻器或風冷卻器。
2. 采用權利要求1所述的無模拉絲成形裝置進行無模拉絲成形方法，其特征在于包括下述I藝步驟
1)、將直徑為d0的待加工絲材安裝在放絲卷筒(1)上，將絲材穿過加熱器(3)、冷卻器(4)，安裝在收絲卷筒(6)上，并將絲材端部固定在收絲卷筒(6)上，使其能夠承受一定的拉伸載荷；
2)、啟動加熱器(3)，使加熱系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，對材料進行預熱5-10分鐘，對于變形溫度的調整可以通過調整高頻感應加熱器的燈絲電壓來實現(xiàn)，或者通過改變加熱器(3)和冷卻器(4)的間距S來實現(xiàn)，根據不同材料的性能來確定變形區(qū)寬度S值，對于加工線材的原始直徑尺寸小于10mm時，變形區(qū)寬度S值的取值范圍為5-20mm，加熱溫度范圍為700-1100℃；
3)、啟動冷卻器(4)，使冷卻系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)的壓力達到0.15-0.2MPa，冷卻方法采用壓縮空氣或壓力水冷卻；
4)、啟動放絲卷筒(1)和收絲卷筒(6)的控制電機，通過調節(jié)電機控制系統(tǒng)使它們以相同的轉速旋轉，即獲得相同的放絲速度V0和收絲速度V0，此時，拉絲裝置中的變形區(qū)金屬不發(fā)生變形，V0的取值范圍30-80mm/min；
5)、保持放絲卷筒(1)的轉速不變，通過調節(jié)電機控制系統(tǒng)來逐漸調節(jié)收絲卷筒(6)的轉速，使收絲卷筒(6)的收絲速度達到預期的值Vf＞V0，Vf的取值范圍30-150mm/min，此時，拉絲裝置中的變形區(qū)金屬開始發(fā)生變形，變形后絲材的直徑為
6)、待加工絲材成形結束時，先斷開加熱器的控制系統(tǒng)，再斷開放絲卷筒(1)和收絲卷筒(6)的控制電機，此時冷卻系統(tǒng)仍然要繼續(xù)工作5-10分鐘后再斷開，以保證高頻感應加熱系統(tǒng)的完全冷卻。
3. 根據權利要求2所述的無模拉絲成形方法，其特征在于
所述的待加工絲材為直徑d0＝4mm的不銹鋼材，變形區(qū)寬度S為20mm；加熱溫度為880℃，冷卻器(4)采用風冷，壓縮空氣壓力為0.2Mpa；放絲卷筒(1)的放絲速度V0＝40mm/min，收絲卷筒(6)的收絲速度V5為80mm/min，變形后絲材直徑為2.87mm，斷面變化率48.52％。
4. 根據權利要求2所述的無模拉絲成形方法，其特征在于
所述的待加工絲材為直徑d0＝2.87mm的不銹鋼材，變形區(qū)寬度S為20mm；所述的加熱溫度為880℃，冷卻器(4)采用風冷，壓縮空氣壓力為0.2Mpa；放絲卷筒(1)的放絲速度V0＝40mm/min，收絲卷筒(6)的收絲速度V5為70mm/min，變形后絲材直徑為2.13mm，斷面變化率44.42％。
5. 根據權利要求2所述的無模拉絲成形方法，其特征在于
所述的待加工絲材為直徑d0＝2.13mm的不銹鋼材，變形區(qū)寬度S為20mm；所述的加熱溫度為880℃，冷卻器(4)采用風冷，壓縮空氣壓力為0.2Mpa；放絲卷筒(1)的放絲速度V0＝40mm/min，收絲卷筒(6)的收絲速度V5為60mm/min，變形后絲材直徑為1.72mm，斷面變化率34.79％。
全文摘要
一種無模拉絲成形裝置，包括放絲卷筒、收絲卷筒和機臺，放絲卷筒由放絲卷筒驅動電機驅動，收絲卷筒由收絲卷筒驅動電機驅動，放絲卷筒和收絲卷筒的軸分別通過軸座支撐在機臺上，其特征是在放絲卷筒和收絲卷筒之間設置有加熱器和冷卻器，加熱器通過支架支撐在機臺上，冷卻器通過支架支撐在機臺上，加熱器與冷卻器之間距離S為變形區(qū)寬度，由被加工的線材的性能來確定，加熱器為高頻電加熱器或中頻電加熱器，冷卻器為水冷卻器或風冷卻器。本發(fā)明提供的是一種高效率、無摩擦、無潤滑的無模拉絲加工方法。
文檔編號B21C9/00GK101249520SQ200810010799
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權日2008年3月28日
發(fā)明者王忠堂, 齊廣霞, 芳 王, 梁海成 申請人:沈陽理工大學