专利名称：一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法
技术领域：
本发明为一种适用于生产具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材的加工方法。
背景技术：
钛及钛合金具有高强度、高比强度、优良的耐腐蚀性和生物相容性等性能，已经在国民经济和社会生活的许多领域广泛应用。在我国圆截面或非圆截面(异型)钛及钛合金丝材的生产中，普遍使用轧制或固定模拉拔的方法，轧制具有加工工艺简单、生产效率高、产品规格多样、单盘丝材重量大的优点，但缺点也是显而易见的，生产设备投资及占地面积大、产品尺寸难以控制、产品表面质量依赖加工过程控制和前期坯料状态，况且对于钛及钛合金具有坯料相对投料单重较少、价格昂贵、加工工艺和过程控制复杂的特点来说，该加工方法只能作为丝材前期坯料的生产。固定模拉拔具有投资及场地条件要求低、产品尺寸容易控制、产品表面质量高的优点，但其道次加工量小、易粘模、生产效率低、产品规格范围窄、材料损耗大、对模具及润滑方式要求较高，只能作为小规模、价格高、尺寸表面精度要求高的特殊丝材来进行生产。
本发明“一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法”，是综合常规轧制和固定模拉拔加工方法优势的基础上，利用具有一定型腔的辊式模具四只辊子两组前后竖直和水平十字组合或八只辊子四组前后交叉竖直和水平十字组合进行钛及钛合金丝材加工的辊模拉丝技术，通过选择合适的钛及钛合金丝材热加工或冷加工生产工艺，能够进行圆截面或非圆截面(异型)钛及钛合金丝材的加工，并且能够加工出具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材。
发明内容
辊模拉丝是介于传统轧制与固定模拉拔之间的一种塑性变形方法，具有两者加工方法的许多优点，与两者有相同点，但也有所区别。
辊模拉丝与传统轧制丝材相比相同点与带有前张力的异型丝材在工具与被加工材料形态上相似；不同点辊模拉丝是丝材主动，带动辊子转动。轧制是轧辊主动，带动材料进入型腔。所以在接触面上的摩擦力的分布和作用就不同，丝材与辊子间是相对滚动，表面摩擦力小，拉拔时丝材与辊子间是相对滑动，表面摩擦力大。这样三向应力中的拉、压应力比例就不同。
辊模拉丝与传统固定模拉拔丝材相比相同点材料变形单元体上的应力和应变状态基本一致，都是丝材在轴向作用是拉伸，其他两个方向是压缩；不同点辊模拉丝是丝材与辊子间是相对滚动，表面摩擦力小。拉拔丝材时金属材料与辊子间是相对滑动，表面摩擦力大。这样三向应力中的拉、压应力比例就不同，辊模拉丝中拉应力下降，压应力上升，使应力状态向提高金属材料塑性方向转化，使得辊模拉丝道次变形程度比拉拔高。
发明该种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法的目的之一是利用具有一定型腔的辊式模具单组四只十字组合或双组八只前后十字组合进行钛及钛合金丝材加工的辊模拉丝技术，通过选择合适的钛及钛合金丝材热加工或冷加工生产工艺，能够加工出具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材。
发明该种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法的目的之二是辊模拉丝加工改变了模具与被加工材料间的摩擦关系，减小了丝材与模具间摩擦力和拉丝所需的拉伸力，模具工作面仅需润滑油简单润滑或根本不需要润滑，模具表面磨损小、磨损面分散，并可避免模具型腔尖角处的应力集中，显著延长模具使用寿命。对于易粘模、难变形钛及钛合金的拉丝，辊模拉丝更具有不粘模、易成形的优势。
发明该种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法的目的之三是辊模拉丝能够进行圆截面或非圆截面(异型)钛及钛合金丝材的热加工和冷加工。热加工钛及合金丝材道次加工率可达60％，并且加工成品丝材表面缺陷少、椭圆度好、尺寸精确，单盘丝材重量可以达到200千克。冷加工钛及钛合金丝材变形均匀、残余应力小、道次加工率大，特别对于纯钛或β型钛合金丝材道次加工率可达30％，并且加工成品丝材表面光亮、椭圆度好、尺寸精确，单盘丝材重量可以达到100千克。
发明该种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法的目的之四是辊模拉丝加工是一种节能型生产技术，能够减少加工和中间退火道次，减小拉伸力和设备驱动功率，降低材料和能源损耗，提高成品率。辊模拉丝技术能够与钛及钛合金其他加工技术及设备灵活组合，可以单独组成生产线，也可以与轧机、固定模拉丝或其他加工设备共同组合成生产线，应用范围非常广泛。
附图是钛及钛合金高表面质量丝材加工方法工作原理中P为作用于丝材上的拉伸力。固定模被两个以上的回转辊取代，棍子工作面围成了模具型腔。拉伸力P将材料通过型腔而变形。丝材带动辊子转动，转速为w。辊子转动时向丝材施加正压力N迫使成形。T为作用于丝材的摩擦力。a称为中心角，是接触弧面对应的包角。y角表示了合力作用的位置。辊子半径R。材料初始面积Fo，出口端面积Fc。
具体实施例方式
将辊模拉丝加工与常规加工共同组合生产丝材设计成组合模块，可以分为五部分，即1区为丝材加热部分，2区为辊模热拉丝成形部分，3为拉伸力驱动部分，4为成品表面处理部分，5区为丝材密绕部分，根据加工产品不同选择不同的生产工艺和组合模快，在上述组合生产条件下能够生产出具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材。
实施例1将辊模拉丝热加工与常规加工共同组合生产丝材设计成组合模块，丝材生产选择1+2+3+4+5模式，即1区为丝材加热部分(选用管式加热设备)，2区为辊模热拉丝成形部分(选用辊模拉丝热拉专用设备)，3区为拉伸力驱动部分(选用大尺寸双向交互式牵引磁鼓和三相电磁调速电机)，4区为成品表面处理部分(选用微型无心外圆车削设备)，5区为丝材密绕部分(选用大尺寸收线圆盘和三相力矩电机)。能够产出成品丝材规格Φ6～10mm、尺寸公差±0.08mm、椭圆度±0.04mm、表面粗糙度0.8～1.6μm、单重200Kg。
实施例2将辊模拉丝冷加工与常规加工共同组合生产丝材设计成组合模块，半成品丝材生产选择为2+3模式，成品丝材生产选择其中2+3+4+5模式。其中2区为辊模冷拉丝成形部分(选用辊模拉丝冷拉专用设备)，3为拉伸力驱动部分(半成品拉丝选用大尺寸收线圆盘和三相电磁调速电机；成品拉丝选用大尺寸双向交互式牵引磁鼓和三相电磁调速电机)，4为成品表面清洗与烘干部分(选用超声波清洗设备和电加热烘干设备)，5为丝材密绕部分(选用大尺寸收线圆盘和三相力矩电机)。能够产出成品丝材规格Φ1.8～6mm、尺寸公差±0.03mm、椭圆度±0.01mm、表面粗糙度0.3～0.5μm、单重100Kg。
权利要求
1.一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法，其特征在于利用具有一定型腔的辊式模具四只辊子两组前后竖直和水平十字组合或八只辊子四组前后交叉竖直和水平十字组合进行钛及钛合金丝材加工的辊模拉丝技术，通过选择合适的钛及钛合金丝材热加工或冷加工生产工艺，能够加工出具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材。
2.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法，其特征在于辊模拉丝加工改变了模具与被加工材料间的摩擦关系，减小了丝材与模具间摩擦力和拉丝所需的拉伸力，模具工作面仅需润滑油简单润滑或根本不需要润滑，模具表面磨损小、磨损面分散，并可避免模具型腔尖角处的应力集中，显著延长模具使用寿命。对于易粘模、难变形钛及钛合金的拉丝，辊模拉丝更具有不粘模、易成形的优势。
3.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法，其特征在于辊模拉丝能够进行圆截面或非圆截面(异型)钛及钛合金丝材的热加工和冷加工。冷加工钛及钛合金丝材变形均匀、残余应力小、道次加工率大，特别对于纯钛或β型钛合金丝材道次加工率可达30％，并且加工成品丝材表面光亮、椭圆度好、尺寸精确，单盘丝材重量可以达到100千克。热加工钛及合金丝材道次加工率可达60％，并且加工成品丝材表面缺陷少、椭圆度好、尺寸精确，单盘丝材重量可以达到200千克。
4.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金高表面质量丝材加工方法，其特征在于辊模拉丝加工是一种节能型生产技术，能够减少加工和中间退火道次，减小拉伸力和设备驱动功率，降低材料和能源损耗，提高成品率。辊模拉丝技术能够与钛及钛合金其他加工技术及设备灵活组合，可以单独组成生产线，也可以与轧机、固定模拉丝或其他加工设备共同组合成生产线，应用范围非常广泛。
全文摘要
本发明是综合常规轧制和固定模拉拔加工方法优势的基础上，利用具有一定型腔的辊式模具四只辊子两组前后竖直和水平十字组合或八只辊子四组前后交叉竖直和水平十字组合进行钛及钛合金丝材加工的辊模拉丝技术，通过选择合适的钛及钛合金丝材热加工或冷加工生产工艺，能够进行圆截面或非圆截面(异型)钛及钛合金丝材的加工，并且能够加工出具有高表面质量、高成品率、高效率、单盘丝材重量大的钛及钛合金丝材。
文档编号B21C1/04GK1923394SQ200510043199
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者曹继敏, 牛中杰, 杨冠军, 王廷询, 杨华斌, 杨宏进 申请人:西安赛特金属材料开发有限公司