专利名称：一种无模拉丝成形方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拉丝成形方法，具体是涉及一种合金丝的无模拉丝成形方法及装置。
背景技术：
高强度合金丝材在工业上应用十分广泛，例如钨合金丝材广泛用于电光源和电子管等工业领域。直径仅为24微米的镍钛合金丝材广泛应用于核聚变、旋转机器、磁浮列车、超导储能系统、磁分离、磁医疗、人体核磁成像及电子显微镜等方面。但目前合金丝的生产成本仍然很高。
目前，国内外对合金丝材的主要加工方法是拉丝工艺，其中包括静液挤压拉伸、流体静力润滑拉丝、流体动力润滑拉丝等。在拉拔过程中，拉丝模承受较大的摩擦力、压力和拉力；拉丝模一般采用硬质合金模或金刚石模，成本较高；由于摩擦的存在，拉拔过程中加剧应力和变形不均匀分布，使金属的变形抗力增加，降低模具的使用寿命及产品的表面质量；拉拔时如果提高变形温度可以使加工硬化过程减弱，金属变形抗力降低，拉拔力减小，但由于温度的提高也可能降低润滑剂润滑性能，而导致摩擦力增加，变形力增大，因此拉拔时变形材料的最佳变形温度较难确定。现有的加工工艺(拉丝工艺)具有很多不足，即尺寸加工精度低、丝材表面质量达不到要求、断丝现象严重、成本高、效率低等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对已有的合金丝材有模加工方法中存在的上述缺点而提供的一种效率高，摩擦力小，无润滑的无模拉丝成形方法。
本发明的另一目的，是提供一种无模拉丝成形装置。
采用的技术方案是 一种无模拉丝成形装置，包括放丝卷筒、收丝卷筒、放丝卷筒驱动电机、收丝卷筒驱动电机、加热器和冷却器。放丝卷筒和收丝卷筒的轴分别通过轴座支承在机台上。放丝卷筒驱动电机的输出轴与放丝卷筒轴的一端固定连接，收丝卷筒驱动电机的输出轴与收丝卷筒轴的一端固定连接。加热器为高频感应加热器或中频感应加热器，加热器通过支架固定在机台上。冷却器的冷却介质为压力水或压缩空气。加热器和冷却器之间的距离S的大小根据被拉丝材料的性能来确定，冷却器通过支架固定在机台上。原始丝材卷绕在放丝卷筒上，原始丝材的自由端穿过加热器和冷却器后固定在放丝卷筒上。
放丝卷筒的作用是 原始丝材提供放丝速度V0，其转速由电机控制。加热器3的作用是加热丝材到预定温度，加热方法为高频感应加热，也可以采用中频感应加热。冷却器的作用是对变形后的丝材给予快速冷却，使变形区温度产生一个温度梯度，以达到控制变形的目的，冷却的方法可以采用压缩空气或压力水冷却。收丝卷筒的作用是为变形后丝材提供一个收丝速度Vf(Vf＞V0)，其转速由电机控制，使变形前后的速度产生一个速度比V0/Vf，从而将变形区的金属发生塑性变形，使丝材的直径尺寸减小，同时将变形后的丝材卷起来。
无模拉丝成形原理是丝材2以速度V0经过放丝卷筒后，经过加热器和冷却器，收丝卷筒以速度Vf(Vf＞V0)将变形后的丝材5卷起，加热器3和冷却器4之间是变形区，其间距成为变形区宽度S，在变形区内存在一个温度梯度，温度高的部分变形量大，温度低的部分变形量小或者不变形，因此在变形区内也存在一个应变梯度，应变梯度的存在正是无模拉丝成形过程稳定进行的前提条件。本发明的关键部分就是拉丝装置，其结构包括感应加热器3和冷却器4，在加热线圈和冷却线圈之间(即变形区)沿轴向形成一个温度梯度，从而可以使材料在变形区进行稳定的变形，从大直径变化到小直径。变形程度取决于放丝速度V0和收丝速度Vf的比值，根据体积不变定律，得到变形以后的丝材直径为，即断面变化率φ＝1-V0/Vf。由于放丝卷筒连续旋转，因此丝材就可以连续的通过拉丝装置成形。此外，由于变形程度随放丝速度V0和收丝速度Vf比值的变化而变化，因此，在变形过程中，只要连续地改变放丝速度V0和收丝速度Vf的比值，就可以加工出连续变化的变断面丝材，变形以后的丝材直径为。一般在变形过程中，保持其中的一个速度值不变，而改变另外一个速度值来达到改变其速度比值的目的。
本发明的优点是本发明的无模拉丝成形方法具有无模具、无摩擦、无润滑、变形力小、丝材表面质量高、效率高、无污染、设备结构简单等优点，并且可以实现连续变化的变断面丝材的加工。此外，在变形过程中可以对材料进行热处理。
一种无模拉丝成形方法，包括下述工艺步骤 (1)将直径为d0的待加工丝材按照图1安装在放丝卷筒1上，将丝材穿过加热器3、冷却器4，安装在收丝卷筒6上，并将丝材端部固定在收丝卷筒6上，使其能够承受一定的拉伸载荷； (2)启动加热器3，使加热系统处于稳定工作状态，对材料进行预热5-10分钟。对于变形温度的调整可以通过调整高频感应加热器的灯丝电压来实现，或者通过改变加热器3和冷却器4的间距即变形区宽度S来实现，根据不同材料的性能来确定变形区宽度S值，对于加工线材的原始直径尺寸小于10mm时，变形区宽度S值的取值范围为5-20mm，加热温度范围为700-1100℃； (3)启动冷却器4，使冷却系统处于稳定工作状态，冷却系统的压力达到0.15-0.2MPa(1.5-2个大气压)，冷却方法采用压缩空气或压力水冷却； (4)同时启动放丝卷筒1和收丝卷筒6的控制电机，通过调节电机控制系统使它们以相同的转速旋转，即获得相同的放丝速度V0和收丝速度V0，此时，拉丝装置中的变形区金属不发生变形，V0的取值范围30-80mm/min； (5)保持放丝卷筒1的转速不变，通过调节电机控制系统来逐渐调节收丝卷筒6的转速，使收丝卷筒6的收丝速度达到预期的值Vf(Vf＞V0)，Vf的取值范围30-150mm/min。此时，拉丝装置中的变形区金属开始发生变形，变形后丝材的直径为 (6)待加工丝材成形结束时，先断开加热器的控制系统，再断开放丝卷筒1和收丝卷筒6的控制电机，此时冷却系统仍然要继续工作5-10分钟后再断开，以保证高频感应加热系统的完全冷却。
本发明提供的是一种高效率、无摩擦、无润滑的无模拉丝加工方法。
采用本发明专利的方法和装置对不锈钢丝等丝材无模拉丝成形进行了实施，以不锈钢丝材为例，不锈钢丝材初始直径为d0＝4mm，变形区宽度S值的取值范围为20mm，加热温度范围为880℃，冷却系统的压缩空气压力0.2MPa，放丝卷筒1的放丝速度V0＝40mm/min，收丝卷筒6的收丝速度Vf分别取值80，70，60mm/min。
图1是本发明无模拉丝装置结构图。
图2是加热器和冷却器装配示意图。
图3是连续式无模拉丝装置结构图。
具体实施例方式 实施例一 无模拉丝装置，包括放丝卷筒1、加热器3、冷却器4和收丝卷筒6。
放丝卷筒1的轴的两端分别通过轴座支撑在机台7上，放丝卷筒1的轴的一端与放丝卷筒驱动电机输出轴连接。放丝卷筒6的轴的两端分别通过轴座固定在机台7上，收丝卷筒6的轴的一端与收丝卷筒驱动电机的输出轴连接。放丝卷筒1和收丝卷筒6的轴座及收丝卷筒驱动电机，放丝卷筒驱动电机在附图上省略，因为是已知技术。加热器3和冷却器4分别通过支架8和支架9固定在机台7上。加热器3为高频加热器或中频加热器，冷却器4为水冷冷却器或风冷冷却器。加热器3与冷却器4之间距离S，S值的大小根据被拉丝材料的性能确定。
实施例二 无模拉丝成形方法，以不锈钢丝为例包括下述步骤 (1)、将直径为d0＝4mm的原始不锈钢材卷绕在放丝卷筒1上，其自由端穿过加热器3和冷却器4后固定在放丝卷筒1上。变形区宽度S为20mm。
(2)、启动加热器3和冷却器4，加热温度为880℃，加热时间为5-10分钟，冷却器4采用风冷，压缩空气压力为0.2Mpa。
(3)启动放丝卷筒1和收丝卷筒6的驱动电机，使放丝卷筒1的放丝速度V0＝40mm/min，收丝卷筒的收丝速度V5为80mm/min，变形后丝材直径为2.87mm(理论值为2.83)，断面变化率48.52％(理论值为50％)。
(4)、待加工丝材成型结束时，先断开加热器3的控制系统，再断放丝卷筒1和收丝卷筒6的驱动电机电源，此时冷却器4继续工作5-10分钟后停止冷却工作，以确保高频感应加热系统的完全冷却。
实施例三 所述的无模拉丝成形方法与实施例二基本相同，其不同之处在于d0＝2.87mm，收丝速度V5为70mm/min，变形后丝材直径d5为2.13mm(理论值2.16mm)，断面变化率为44.42％(理论值为42.86％)。
实施例四 所述的无模拉丝成形方法与实施例二基本相同，其不同之处在于d0为2.13mm，收丝速度V5为60mm/min，变形后丝材直径d5为1.72mm(理论值2.16mm)，断面变化率为34.79％(理论值为33.33％)。
权利要求
1. 一种无模拉丝成形装置，包括放丝卷筒(1)、收丝卷筒(6)和机台(7)，放丝卷筒(1)由放丝卷筒驱动电机驱动，收丝卷筒(6)由收丝卷筒驱动电机驱动，放丝卷筒(1)和收丝卷筒(6)的轴分别通过轴座支撑在机台(7)上，其特征是在放丝卷筒(1)和收丝卷筒(6)之间设置有加热器(3)和冷却器(4)，加热器(3)通过支架(8)支撑在机台(7)上，冷却器(4)通过支架(9)支撑在机台(7)上，加热器(3)与冷却器(4)之间距离S为变形区宽度，由被加工的线材的性能来确定，加热器(3)为高频电加热器或中频电加热器，冷却器(4)为水冷却器或风冷却器。
2. 采用权利要求1所述的无模拉丝成形装置进行无模拉丝成形方法，其特征在于包括下述I艺步骤
1)、将直径为d0的待加工丝材安装在放丝卷筒(1)上，将丝材穿过加热器(3)、冷却器(4)，安装在收丝卷筒(6)上，并将丝材端部固定在收丝卷筒(6)上，使其能够承受一定的拉伸载荷；
2)、启动加热器(3)，使加热系统处于稳定工作状态，对材料进行预热5-10分钟，对于变形温度的调整可以通过调整高频感应加热器的灯丝电压来实现，或者通过改变加热器(3)和冷却器(4)的间距S来实现，根据不同材料的性能来确定变形区宽度S值，对于加工线材的原始直径尺寸小于10mm时，变形区宽度S值的取值范围为5-20mm，加热温度范围为700-1100℃；
3)、启动冷却器(4)，使冷却系统处于稳定工作状态，冷却系统的压力达到0.15-0.2MPa，冷却方法采用压缩空气或压力水冷却；
4)、启动放丝卷筒(1)和收丝卷筒(6)的控制电机，通过调节电机控制系统使它们以相同的转速旋转，即获得相同的放丝速度V0和收丝速度V0，此时，拉丝装置中的变形区金属不发生变形，V0的取值范围30-80mm/min；
5)、保持放丝卷筒(1)的转速不变，通过调节电机控制系统来逐渐调节收丝卷筒(6)的转速，使收丝卷筒(6)的收丝速度达到预期的值Vf＞V0，Vf的取值范围30-150mm/min，此时，拉丝装置中的变形区金属开始发生变形，变形后丝材的直径为
6)、待加工丝材成形结束时，先断开加热器的控制系统，再断开放丝卷筒(1)和收丝卷筒(6)的控制电机，此时冷却系统仍然要继续工作5-10分钟后再断开，以保证高频感应加热系统的完全冷却。
3. 根据权利要求2所述的无模拉丝成形方法，其特征在于
所述的待加工丝材为直径d0＝4mm的不锈钢材，变形区宽度S为20mm；加热温度为880℃，冷却器(4)采用风冷，压缩空气压力为0.2Mpa；放丝卷筒(1)的放丝速度V0＝40mm/min，收丝卷筒(6)的收丝速度V5为80mm/min，变形后丝材直径为2.87mm，断面变化率48.52％。
4. 根据权利要求2所述的无模拉丝成形方法，其特征在于
所述的待加工丝材为直径d0＝2.87mm的不锈钢材，变形区宽度S为20mm；所述的加热温度为880℃，冷却器(4)采用风冷，压缩空气压力为0.2Mpa；放丝卷筒(1)的放丝速度V0＝40mm/min，收丝卷筒(6)的收丝速度V5为70mm/min，变形后丝材直径为2.13mm，断面变化率44.42％。
5. 根据权利要求2所述的无模拉丝成形方法，其特征在于
所述的待加工丝材为直径d0＝2.13mm的不锈钢材，变形区宽度S为20mm；所述的加热温度为880℃，冷却器(4)采用风冷，压缩空气压力为0.2Mpa；放丝卷筒(1)的放丝速度V0＝40mm/min，收丝卷筒(6)的收丝速度V5为60mm/min，变形后丝材直径为1.72mm，断面变化率34.79％。
全文摘要
一种无模拉丝成形装置，包括放丝卷筒、收丝卷筒和机台，放丝卷筒由放丝卷筒驱动电机驱动，收丝卷筒由收丝卷筒驱动电机驱动，放丝卷筒和收丝卷筒的轴分别通过轴座支撑在机台上，其特征是在放丝卷筒和收丝卷筒之间设置有加热器和冷却器，加热器通过支架支撑在机台上，冷却器通过支架支撑在机台上，加热器与冷却器之间距离S为变形区宽度，由被加工的线材的性能来确定，加热器为高频电加热器或中频电加热器，冷却器为水冷却器或风冷却器。本发明提供的是一种高效率、无摩擦、无润滑的无模拉丝加工方法。
文档编号B21C9/00GK101249520SQ200810010799
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者王忠堂, 齐广霞, 芳 王, 梁海成 申请人:沈阳理工大学