专利名称：一种电阻热张力矫直装置及矫直方法
一种电阻热张力矫直装置及矫直方法
技术领域：
本发明涉及热加工领域，具体是一种电阻热张力矫直装置及矫直方法 二
背景技术：
金属棒材的矫直通常釆用压力矫直斜辊矫直和拉伸矫直等方法
通过压力矫直机矫直金属棒材是最简单的矫直方法，该方法是将带有原始弯曲的 棒材在工作台两个活动支点之间用压头进行反向弯曲，达到矫直，这种方法不仅矫直 精度不高，而且在矫直过程中需要不断检测，效率非常低下。
斜辊矫直包括两辊和多辊矫直i^法是金属棒材矫直的最常用方法，其原理是金 属棒材通过辊缝后，改变弯曲曲率实现矫直的目的，其矫直精度和生产效率都比较高， 存在主要缺点是设备复杂，生产成本较高，同时在矫直过程中产品产生较大的内应力， 产品长时间放置或表面加工后，内应力变化引起直线度下降。
拉伸矫直法是通过对金属棒材施加超过材料屈服强度的拉伸应力，使金属棒材产 生内部塑性变形，达到矫直所采用的矫直装置是将金属棒材的两端通过夹头固定，用 液压油缸对金属棒材施加拉力，以达到拉伸矫直的目的。传统的拉伸矫直主要缺点是 室温矫直金属材料强度高，需要施加大的拉伸力，增加设备吨位，同时对于强化特性 高的金属材料很难一次矫直，对于塑性较低的材料还容易出现矫直过程中断裂的问题。
发明内容
为克服现有技术中存在的或者效率低下，或者生产成本较高、并且因内应力的变 化引起直线度下降，或者需要施加大的拉伸力，易出现断裂的不足，本发明提出了一 种电阻热张力矫直装置及矫直方法。
本发明包括电源B2M砝码、下夹头、上夹头、气缸、支架和限位开关。其中，下
夹头和上夹头均采用车床用的三爪卡盘；在下夹头和上夹头的盘底的外表面中心处均 安装有连接环。
定滑轮安装在支架顶端中心处；气缸固定在支架横梁的下表面。定滑轮钢丝的一 端固定在支架的横梁上，定滑轮钢丝的另一端与上夹头的连接环固定连接。将钛合金 棒材的两端分别装夹在上夹头和下夹头内；配重砝码悬挂在下夹头的下方电源的输出端分别通过导线与棒材的两端连通限位开关安装在支架的立杆上，其具体位置根据棒 材矫直过程中的伸长量确定。
本发明还提出了一种用于棒材矫直的方法，包括以下步骤
步骤l，估算配重砝码重量和棒材拉伸长度；配重砝码的重量按下式(1)进行估
算
G = (Tyy X j ( 1 )
式中G为砝码重力，A为棒材的横截面积，cj Ts为棒材在1000 110(TC时的强度， 根据棒材在800 120(TC时的力学性能，碗定Ots在1000 1100。C时的强度；根据公式 (1)计算得出砝码重力，除以9.8得到砝码重量； 拉伸长度按下式(2)进行计算-
+丄2 =aA7X。+丄0 (1 + 0.01) (2) 式中L为热矫直产品总长度，M为热膨胀引起的材料的伸长，L2为拉伸引起的材 料长度变化，Lo为材料的原始长度，a为材料热膨胀系数，AT为矫直温度；矫直温 度为1000~1100°C
步骤2，装夹棒材；将棒材装夹在上下夹头之间，两端连接电源正负极， 步骤3，安装配重砝码和限位开关；下夹头连接加载配重砝码，启动气缸，调节 上夹头位置，根据式(2)计算结果安装限位开关
步骤4，棒材矫直；启动电源开始加热，当加热至相变点温度附近时，棒材开始
拉伸；当棒材拉伸至预定长度时，下夹头触发限位开关，断电停止加热
步骤5，自然冷却至室温，卸料。
在使用本发明时，将金属直条材料装夹在上下夹头之间，两端连接电源正负极， 下夹头连接加载配重砝码，启动气缸，调节上夹头位置，根据计算的拉伸长度安装限 位开关。准备好后，启动电源开始加热，随着温度升高，产品被拉长，拉长至一定尺 寸后，触发限位开关，停止加热。自然冷却到室温后，卸料。
由于本发明根据计算的拉伸长度安装限位开关，并通过限位开关控制电源，实现 了矫直过程中，无需考虑加热时间拉力大小矫直温度矫直伸长长度等因素，操作简单 通过大功率低电压大电流电源加热，材料强度降低，热矫直精度较高，矫直后材料内 部没有热残余应力，矫直精度稳定，不反弹本发明主要用于横截面积相同的金属丝棒型材的矫直，特别适合于电阻率较高的金属材料，如钛、铌、不锈钢和高速钢，以 及室温强度高、塑性较低的金属材料。其特征在于矫直精度高、设备结构及操作方法 简单，短时加热材料表面氧化少，而且热矫直后材料内部残余应力小。 四
附图1为本发明的结构示意图。其中， l.电源 2.配重砝码 3.下夹头 4.上夹头 5.气缸 6.支架
7.限位幵关 8.定滑轮
五
具体实施例方式
实施例一
本实施例是一种钛合金棒材的矫直装置，所矫直的材料为TC4钛合金矫直试样的 长度为3m，直径为cD10mm,矫直前为热轧制粗磨削加工。
本实施例包括电源l配重砝码2下夹头3上夹头4气缸5支架6限位开关7和定滑 轮8其中，下夹头3和上夹头4均采用车床用的三爪卡盘；在下夹头3和上夹头4的 盘底的外表面中心处均安装有连接环。电源1采用最大功率为25KW的低电压功率可 调电源；气缸5与限位开关7均采用成品件。
支架6为杆件结构，采用角钢组焊而成，并固定在地面上；在支架6的中部有固 定的横梁。在支架6顶端中心处安装有定滑轮8;气缸5固定在支架6横梁的下表面 定滑轮8的钢丝一端固定在支架6的横梁上，定滑轮8的钢丝另一端与上夹头4的连 接环固定连接。将钛合金棒材的两端分别装夹在上夹头4和下夹头3内；配重砝码2 悬挂在下夹头3的下方。电源的输出端分别通过导线与棒材的两端连通。限位开关7 安装在支架6的立杆上，其具体位置根据棒材矫直过程中的伸长量确定。
本实施例还提出了一种用于钛合金棒材矫直的方法，包括以下步骤
步骤1，估算配重砝码重量和棒材拉伸长度；配重砝码重量按下式(1)进行估算
G — (Ty5 X X ( 1 )
式中G为砝码重力，A为棒材的横截面积，o 15为TC4材料100(TC时的强度， 根据TC4材料的高温力学性能，确定o ts在IOO(TC时为25MPa;计算得出砝码重力， 除以9.8得到砝码重量235Kg;
拉伸长度按下式(2)进行计算丄=丄'+L2 ="A7X0+丄0 (1 + 0.01) (2)
式中L为热矫直产品总长度，L^为热膨胀引起的材料的伸长，L2为拉伸引起的材 料长度变化，Le为材料的原始长度3m， a为材料热膨胀系数，为10X10'VC， AT 为矫直温度IOO(TC。
本实施例中，配重砝码重量估算为235Kg，矫直过程中最长伸长量的计算结果为 59.5mm，确定限位开关位置；限位开关的位置位于距下夹头的底面59.5mm处。
步骤2，装夹棒材；金属直条材料装夹在上下夹头之间，两端连接电源正负极，
步骤3，安装配重砝码和限位开关；下夹头连接加载配重砝码，启动气缸，调节 上夹头位置，根据式(2)计算结果安装限位开关。
步骤4，棒材矫直；启动电源开始加热，当加热至相变点温度附近时，棒材开始 拉伸；当棒材拉伸至预定长度时，下夹头触发限位开关，断电停止加热。
步骤5，自然冷却至室温，卸料。
经检测矫直后TC4棒材直线度1%。以内，棒材直径约减少0.05mm左右。 实施例二
本实施例是用于钼棒热矫直的装置，所矫直的材料为Mol纯钼棒矫直试样的长度 为3m，直径为06mm，矫直前为热拉拔加工产品。
本实施例包括电源l、配重砝码2、下夹头3、上夹头4、气缸5、支架6、限位开 关7和定滑轮8。其中，下夹头3和上夹头4均采用车床用的三爪卡盘；在下夹头3 和上夹头4的盘底的外表面中心处均安装有连接环。电源1采用最大功率为25KW的 低电压功率可调电源；气缸5与限位开关7均采用成品件。
支架6为杆件结构，采用角钢组焊而成，并固定在地面上；在支架6的中部有固 定的横梁。在支架6顶端中心处安装有定滑轮8;气缸5固定在支架6横梁的下表面。 定滑轮8的钢丝一端固定在支架6的横梁上，定滑轮8的钢丝另一端与上夹头4的连 接环固定连接。将钛合金棒材的两端分别装夹在上夹头4和下夹头3内；配重砝码2 悬挂在下夹头3的下方。电源的输出端分别通过导线与棒材的两端连通。限位开关7 安装在支架6的立杆上，其具体位置根据棒材矫直过程中的伸长量确定。
本实施例还提出了一种用于热矫直钼棒的方法，包括以下步骤步骤1，估算配重砝码重量和棒材拉伸长度；配重砝码重量按下式(1)进行估算
G = & X J ( 1 )
式中G为砝码重力，A为棒材的横截面积，o 为Mol材料在100(TC时的屈服强度lOOMPa;计算得到砝码重量为2卯Kg;
拉伸长度按下式(2)进行计算
+Z2 =aA7X。+Z0 (1 + 0.01) (2)式中L为热矫直产品总长度，L,为热膨胀引起的材料的伸长，L2为在拉伸载荷作用下的材料长度，Lo为材料的原始长度，a为材料热膨胀系数6Xl(TVC， AT为热矫直温度IOOO'C。
本实施例中，配重砝码重量估算为290Kg，矫直过程中最长伸长量的计算结果为48mtn，确定限位开关位置；限位开关的位置位于距下夹头的底面48mm处。
步骤2，装夹棒材；Mol棒材装夹在上下夹头之间，两端连接电源正负极；
步骤3，安装配重砝码和限位开关；下夹头连接加载配重砝码，启动气缸，调节上夹头位置，根据式(2)计算结果安装限位开关。
步骤4，棒材矫直启动电源开始加热，当加热至IOO(TC左右时，棒材开始拉伸；
当棒材拉伸至预定长度时，下夹头触发限位开关，断电停止加热。
步骤5，自然冷却至室温，卸料。经检测矫直后Mol棒材直线度在1%。以内，棒材直径约减少0.03mm左右。
实施例三
本实施例用于一种不锈钢棒材热矫直装置，材料为1Crl8Ni9，长度2.5m，直径O20mm材料加工状态为轧制后经无心车扒皮，表面光亮状态，直径度在1%为了进一步精磨加工，得到精度等级h7的棒材，必须对棒材进行矫直，使其直线度控制在1%。以内。
本实施例包括电源l、配重砝码2、下夹头3、上夹头4、气缸5、支架6、限位开关7和定滑轮8。其中，下夹头3和上夹头4均采用车床用的三爪卡盘；在下夹头3和上夹头4的盘底的外表面中心处均安装有连接环。电源1采用最大功率为25KW的低电压功率可调电源；气缸5与限位开关7均采用成品件。支架6为杆件结构，采用角钢组焊而成，并固定在地面上；在支架6的中部有固定的横梁。在支架6顶端中心处安装有定滑轮8;气缸5固定在支架6横梁的下表面。定滑轮8的钢丝一端固定在支架6的横梁上，定滑轮8的钢丝另一端与上夹头4的连接环固定连接。将钛合金棒材的两端分别装夹在上夹头4和下夹头3内；配重砝码2悬挂在下夹头3的下方。电源的输出端分别通过导线与棒材的两端连通。限位开关7安装在支架6的立杆上，其具体位置根据棒材矫直过程中的伸长量确定。本实施例还提出了一种高温热矫不锈钢棒的方法，包括以下步骤-步骤1，计算配重砝码重量和棒材拉伸长度；配重砝码重量按下式(1)进行计算
G = CTy^X j ( l )
式中G为砝码重力，A为棒材的横截面积，OTs为不锈钢强度在ii0(TC时的屈服强度，为15MPa，计算得到砝码重量为480Kg;
拉伸长度按下式(2)进行计算
+Z2 ="MX。+工0 (1 + 0.01) (2)
式中L为热矫直产品总长度，Li为热膨胀引起的材料的伸长，L2为拉伸载荷作用下棒材的长度，Lo为材料的原始长度，a为1Crl8Ni9的材料热膨胀系数18.6X1(T6/'C，为热矫直温度110(TC。
本实施例中，配重砝码重量计算为480Kg，矫直过程中最长伸长量的计算结果为76.5mm,确定限位开关位置；限位开关的位置位于距下夹头的底面76.5mm处。
步骤2，装夹棒材；金属直条材料装夹在上下夹头之间，两端连接电源正负极，
步骤3，安装配重砝码和限位开关；下夹头连接加载配重砝码，启动气缸，调节上夹头位置，根据式(2)计算结果安装限位开关。
步骤4，棒材矫直；启动电源开始加热，当加热至相变点温度附近时，棒材开始拉伸；当棒材拉伸至预定长度时，下夹头触发限位开关，断电停止加热。
步骤5，自然冷却至室温，卸料。
经检测矫直后1Crl8M9棒材直线度1%。以内，达到预期效果，棒材直径约减少O.lmm左右。
权利要求
1.一种电阻热张力矫直装置，包括一对夹头和支架，其特征在于所述的电阻热张力矫直装置还包括电源(1)、气缸(5)、定滑轮(8)、配重砝码(2)和限位开关(7)；定滑轮(8)安装在支架(6)顶端中心处；气缸5固定在支架6横梁的下表面；定滑轮(8)钢丝的一端固定在支架(6)的横梁上，定滑轮(8)钢丝的另一端与上夹头(4)的连接环固定连接；将工件的两端分别装夹在上夹头(4)和下夹头(3)内；配重砝码(2)悬挂在下夹头(3)的下方；电源(1)的输出端分别通过导线与棒材的两端连通；限位开关(7)安装在支架(6)的立杆上，其具体位置根据棒材矫直过程中的伸长量确定。
2. 如权利要求1所述一种电阻热张力矫直装置，其特征在于所述的上夹头(4)和下 夹头(3)均采用车床用的三爪卡盘，并在盘底的外表面中心处均有连接环。
3. —种使用权利要求1所述电阻热张力矫直装置的方法，其特征在于所述的矫直方法 包括以下步骤步骤1，估算配重砝码(2)重量和棒材拉伸长度；配重砝码(2)的重量按下式(1) 进行估算<formula>formula see original document page 2</formula>式中G为砝码重力，A为棒材的横截面积，OTs为棒材在l000 110(TC时的强度， 根据棒材在800 120(TC时的力学性能，确定Ojs在1000 110(TC时的强度；根据 公式(1)计算得出砝码重力，除以9.8得到砝码重量； 拉伸长度按下式(2)进行计算-<formula>formula see original document page 2</formula> 式中L为热矫直产品总长度，Lt为热膨胀引起的材料的伸长，L2为拉伸引起的材 料长度变化，Lo为材料的原始长度，a为材料热膨胀系数，AT为矫直温度；矫直 温度为1000~1100°C;步骤2，装夹棒材；棒材装夹在上夹头(4)和下夹头(3)之间；棒材两端分别与 电源(1)的正极和负极连接；步骤3，安装配重砝码(2)和限位开关(7);下夹头(3)连接加载配重砝码(2)， 启动气缸(5)，调节上夹头(4)的位置，根据计算得到的拉伸长度结果安装限位 开关(7);步骤4，棒材矫直；启动电源a)开始加热，当加热至相变点温度附近时，棒材开始拉伸；当棒材拉伸至预定长度时，下夹头(3)触发限位开关(7)，断电停止 加热；步骤5，自然冷却至室温，卸料。
全文摘要
一种电阻热张力矫直装置及矫直方法。定滑轮安装在支架(6)顶端中心处；气缸(5)固定在支架横梁的下表面。定滑轮钢丝的一端固定在支架(6)的横梁上，定滑轮钢丝的另一端与上夹头(4)的连接环固定连接。将钛合金棒材的两端分别装夹在上夹头(4)和下夹头(3)内；配重砝码(2)悬挂在下夹头(3)的下方。电源(1)的输出端分别通过导线与棒材的两端连通。通过计算得到配重砝码重量和棒材的拉伸矫直长度。当棒材达到预定的拉伸矫直长度时，触发限位开关，断开电源，停止矫直。本发明具有矫直精度高、设备结构操作方法简单、短时加热材料表面氧化少，而且热矫直后材料内部残余应力小的特点，适合于电阻率较高的金属材料。
文档编号B21D3/12GK101637789SQ20091002361
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者吉毅松, 吕尚宁, 张科全, 张高潮, 李建康, 杨恩纯, 焦立志 申请人:西安航天博诚新材料有限公司