专利名称：一种钛合金线材的高温应力松弛矫直法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金线材应力松弛矫直法及其装置，适合矫直屈强比较大，回弹严重的小直径钛合金线材。
背景技术：
市面上的线材矫直设备种类繁多，但常用的是平立辊组合式矫直机和转毂式矫直机。两者的主要组成部分包括入料夹送辊、矫直辊组(或转毂)、出料夹送辊和下料装置。现在航空航天、汽车和生物移植等领域对钛合金线材需求量越来越大，由于钛合金在常温下的弹性模量小，屈服强度高，屈强比大，矫直过程如果矫直力过大时则容易产生裂纹，并且回弹严重，因此在常温下，以上两种矫直机上很难将之矫直。虽然，小直径的热轧棒材可以用热张力矫直法进行矫直，且具有较高的矫直精度，但由于材料装卸比较麻烦，不适合自动化操作，而且钛合金线材是盘元供货状态，原始曲率大，更不方便装夹。
发明内容
针对现有线材矫直技术在矫直钛合金时的不足，提出了一种基于材料应力松弛原理的矫直方法及其装置，以解决钛合金线材难以矫直的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种钛合金线材的高温应力松弛矫直装置，按照钛合金线材的移动方向，依次包括放线装置、进料夹持辊、一个以上的V形块定位装置，程序控制的线材牵引装置、切断装置、收料箱，在V形块定位装置上设置可调节的线材压紧轴承，相邻V形块定位装置之间设有高频感应加热装置。一种钛合金线材的高温应力松弛矫直法，是将线材依次穿过V形块定位装置、牵引装置，并用压紧轴承对线材进行压紧固定后，启动机器，高频感应加热设备按照设定的程序加热和保温，使材料快速地实现应力松弛之后，牵引装置带动线材向前移动，完成了一个工位的操作，重复上述步骤最终得到矫直后的线材。加热温度600°C _750°C、每次加热保温时间3_4min，每次移动长度200mm ；钛合金材料表面可能会形成一定厚度的氧化层，但后续磨削过程中可以将此层磨削掉。不会对矫直后的产品质量产生较大影响。本发明借助材料在高温下的应力松弛原理，即在总应变不变的条件下，材料内部的塑性应变分量会随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力(回弹应力)随时间逐渐降低。而且在应力松弛发生时,残余应力与时间的变化关系并不是线性的，而是前一段时间下降剧烈而之后随时间的增加应力并没有明显的下降。本发明的有益效果是，基于应力松弛原理并运用化零为整的方法开创了一种钛合金线材矫直的新思路，并且设计了一套结构简单、实用可行的矫直装置。
图1是本发明材料应力松弛与高温软化原理图；图2矫直装置结构示意图；图3 V形块定位装置剖纵向剖视图；图中1.放线装置、2.进料夹持辊、3.可调节的线材压紧轴承、4.高频感应加热装置、5. V形块定位装置、6.程序控制的线材牵引装置、7.切断装置、8.收料箱。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明材料应力松弛与高温软化原理图，参照图1所示，在高温下当材料的应变达到Stl时所对应的应力为στ，若此时卸载的话应变将变为ετ，而所对应的回弹量为ε C1- ε τ ;若此时保持应变不变并在高温下保持一段时间，那么材料内部的应力将会按照图中第二象限的曲线降低，并逐步稳定在一个恒定值，从图中可以看出，应力松弛与时间有关，在时间δ之前，应力下降很快，在δ之后应力下降缓慢，此时卸载后应变将回到eTS，回弹量为ε - ε TS，从图中可以看出ε0-εt ε0-εtσ，因此可以将此种方法利用到钛合金线材的矫直过程中。图2是矫直装置结构示意图，参照图2所示，一种钛合金线材的高温应力松弛矫直装置，按照钛合金线材的移动方向，依次包括放线装置1、进料夹持辊2、一个以上的V形块定位装置5，程序控制的线材牵引装置6、切断装置7、收料箱；在V形块定位装置5上设置可调节的线材压紧轴承3，既可以对线材进行压紧定位，保证线材直线度，又不影响线材受到牵引力时向前滑动，相邻V形块定位装置5之间设有高频感应加热装置4，因为V形块定位装置5的数量是一个以上，因此高频感应加热装置4数量也是一个以上，在图2中设置4个V形块定位装置5，3个高频感应加热装置4，仅作实例说明，不做限制所用。牵引装置6每隔一段时间将拖动线材往前移动一定的距离，在停顿的时间里，高频感应加热装置4对线材进行加热保温使材料发生应力松弛，当此过程完成后牵引装置将牵引线材往前移动，不断重复上述过程，最终使线材达到矫直的目的。图3 V形块定位装置剖纵向剖视图，参照图3所示，V形块定位装置顶部的V形槽是根据线材直径设计的，与线材压紧轴承一起保证了线材运动过程中的直线度。实施例对直径为Φ4πιπι的TC4钛合金线材进行矫直，首先将线材依次穿过V形块定位装置5和牵引装置6，并通过线材压紧轴承3对线材进行压紧固定，然后检查设备各环节是否正常，启动机器后高频感应加热设备4按照设定的程序进行加热和保温3-4分钟，使材料快速的进行应力松弛，在应力松弛完成后，牵引装置带动线材向前移动200_，这样就完成了一个工位的操作，重复上述步骤最终得到矫直后的线材，经检测矫直后线材的直线度约为3%。，符合矫直要求。上述具体实施方式
不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。
权利要求
1.一种钛合金线材的高温应力松弛矫直装置，其特征在于按照钛合金线材的移动方向，依次包括放线装置、进料夹持辊、一个以上的V形块定位装置，程序控制的线材牵引装置、切断装置、收料箱，在V形块定位装置上设置可调节的线材压紧轴承，相邻V形块定位装置之间设有高频感应加热装置。
2.根据权利要求1所述装置的钛合金线材的高温应力松弛矫直法，是将线材依次穿过V形块定位装置、牵引装置，并用压紧轴承对线材进行压紧固定后，启动机器，高频感应加热设备按照设定的程序加热和保温，使材料快速地实现应力松弛之后，牵引装置带动线材向前移动，完成了一个工位的操作，重复上述步骤最终得到矫直后的线材。
3.根据权利要求3所述的钛合金线材的高温应力松弛矫直法，其特征在于高频感应加热每次加热温度600°C _750°C、每次加热保温时间3 4min，一个工位的线材移动长度200mmo
全文摘要
本发明涉及钛合金线材应力松弛矫直方法及其装置，该装置按照钛合金线材的移动方向，依次包括放线装置、进料夹持辊、一个以上的V形块定位装置，程序控制的线材牵引装置、切断装置、收料箱，在V形块定位装置上设置可调节的线材压紧轴承，相邻V形块定位装置之间设有高频感应加热装置。将线材依次穿过V形块定位装置、牵引装置，并用压紧轴承对线材进行压紧固定后，启动机器，高频感应加热设备按照设定的程序加热和保温，使材料快速地实现应力松弛之后，牵引装置带动线材向前移动，完成了一个工位的操作，重复上述步骤最终得到矫直后的线材。此方法适合矫直屈强比较大，回弹严重的小直径钛合金线材，且矫直效果符合要求。
文档编号B21F1/02GK103028675SQ20121048468
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者陈明和, 冯建超, 谢兰生, 张超 申请人:南京航空航天大学