CN102500677A - 一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法，其特征在于：扒皮前在直线拉床上将挤压棒材拉直，以保证后续表面扒皮过程不发生偏心；采用硬质合金扒皮模，模套外形采用锥形结构与拉床模架锥形内孔配合，保证扒皮过程的同心度，刃口角度控制在10～15度，刃口长度控制在1～3mm；每次扒皮量控制在0.1～0.5mm，避免过大的扒皮厚度造成扒皮模口铜皮堵塞，划伤棒材表面。同时，对于根据超导复合导体设计需要调整超导复合棒材中基体材料与超导材料时，也可采用本方法的实施达到目的。

Description

一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法

技术领域

本发明涉及一种本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种利用硬质合金扒皮模对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法。

背景技术

NbTi/Cu和Nb3Sn/Cu两种低温超导复合材料具有优异的加工性能，可以制备成千米级甚至万米级的工程实用材料，在超导材料工程应用领域具有不可替代的地位。在这种制备过程中，一般均要将两种或两种以上的材料与外层基体材料(通常是高纯无氧铜管)组装成复合锭坯，再经过热挤压过程使得不同材料之间达到很好冶金结合，以便后续加工。但热挤压过程必然在复合棒材外层基体材料的表面形成严重的氧化层，并附着挤压加工的润滑剂等杂质。超导复合棒材在后续的冷拉伸前必须去除表面的氧化层和杂质，否则将造成严重的断线，无法获得工程实用的千米级甚至万米级长线。通常对于挤压加工的棒材或管材大多采用酸洗的方法腐蚀去除表面的氧化层，由于不同位置表面氧化层或挤压润滑剂等杂质附着物，以及酸液溶度、温度等因素对腐蚀速度的影响，为了彻底清除表面的氧化层和杂质，只能根据每根棒材的表面情况选择不同腐蚀程度并经常返工，酸洗过程对于整个棒材表面腐蚀厚度均匀性很难控制，同时影响超导复合材料中基体材料与超导材料体积比的控制。酸洗后的棒材经常存在细小的表面夹杂颗粒需要手工打磨清除，整个过程效率很低，并且生产过程造成环境污染。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法，工艺简单，棒材表面光洁度高。

技术方案

一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将挤压制得的多芯或单芯超导复合棒材的头尾截取适当长度；所述适当长度为观察到芯丝即可；

步骤2：将复合棒材的一端加工成铅笔形状，按照每道次面积减缩率选择圆孔模具，然后将铅笔形状一端插入圆孔模具，在直线拉床上通过该圆孔模具进行拉伸，1～3个道次，每道次面积减缩率控制在15～25％之间，本步骤进行1～3个道次，拉伸速度控制在6～15m/min，保证棒材的弯曲度不大于2/1000；

步骤3：采用硬质合金扒皮模具对棒材进行扒皮，模具外壁与拉床模座内孔采取锥形配合，扒皮模的刃口角度控制在10～15度，刃口长度控制在1～3mm，扒皮速度控制在8～12m/min，每次扒皮量控制在0.1～0.5mm之间，重复进行2～3次扒皮，完成扒皮加工过程。

有益效果

本发明提出的对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法，是一种利用硬质合金扒皮模对超导复合挤压棒材扒皮加工的方法。加工出来的复合棒材表面光洁，生产效率高，解决的酸洗腐蚀厚度不易控制均匀、效率低的问题，棒材表面扒皮量精确可控，并棒材尺寸头尾均匀。一般表面清洁加工控制在1～3％的扒皮量，还可根据不同设计要求，采用多次扒皮，调整复合材料中基体材料与超导材料的比例，适合大规模工业生产使用。

扒皮前在直线拉床上将挤压棒材拉直，以保证后续表面扒皮过程不发生偏心；采用硬质合金扒皮模，模套外形采用锥形结构与拉床模架锥形内孔配合，保证扒皮过程的同心度，刃口角度控制在10～15度，刃口长度控制在1～3mm；每次扒皮量控制在0.1～0.5mm，避免过大的扒皮厚度造成扒皮模口铜皮堵塞，划伤棒材表面。同时，对于根据超导复合导体设计需要调整超导复合棒材中基体材料与超导材料时，也可采用本方法的实施达到目的。

本发明的优点是：工艺简单，棒材表面光洁度高，总扒皮量可根据需要严格控制，避免酸洗过程造成的环境污染，易于大规模生产，重复性好。

附图说明

图1：是本发明所使用的扒皮模结构示意图；

图2：是采用本发明的实施例1中NbTi/Cu单芯超导复合棒示意图；

图3：是采用本发明的实施例2中NbTi/Cu多芯超导复合棒材示意图；

图4：是采用本发明的实施例3中SnTi/Nb/Cu多芯亚组元复合棒材示意；

1-锥形模套，2-刀口角度，3-模套，4-硬质合金模芯，5-刀口长度，6-NbTi合金，7-Cu，8-NbTi/Cu单芯棒，9-Nb棒，10-SnTi棒。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例的具体步骤：

步骤1：

挤压制的多芯或单芯超导复合棒材，直径在Φ30～Φ75mm，长度不限。将挤压棒材的头尾截取适当长度：单芯复合棒材(如图2)，芯部超导材料露出即可；多芯复合棒材(如图3)，至少露出一半芯丝数量。然后，再根据拉床夹持机构特点，通过旋锻机或者碾头机加工拉伸夹持长度，这样避免后续拉伸和扒皮过程中头尾断裂。

步骤2：

将步骤1得到的复合棒材在直线拉床上通过由大到小的圆孔模具拉伸1～3个道次，每道次面积减缩率控制在15～25％之间，拉伸速度控制在6～15m/min，拉伸过程中保证棒材的弯曲度不大于2/1000，最后一道拉伸过程中模具孔径的公差控制在±0.03mm，棒材出模尺寸公差控制在±0.05mm，保证后续扒皮量的严格控制；

步骤3：

将完成扒皮前拉伸的棒材在直线拉床上通过扒皮模进行扒皮拉伸，并且针对复合棒材外层基体材料为纯铜材质，选择扒皮模的刃口角度在10～15度，刃口长度在1～3mm，扒皮速度控制在8～12m/min，扒皮过程采用皂化液润滑冷却模具刃口，根据需要每次扒皮厚度控制在0.1～0.5mm之间，保证模口顺利排出铜屑。扒皮模具的孔径公差控制在±0.03mm以内，扒皮后的棒材尺寸公差控制在±0.05mm，扒皮过程可根据超导复合导体设计选择控制扒皮量。扒皮厚度大于0.5mm时，可采用不同孔径的扒皮模，多次进行扒皮过程至设计的扒皮厚度，即完成扒皮加工过程。

实施例1：

挤压制的NbTi/Cu单芯复合棒材直径Φ58mm，长度6m，外层基体材料为无氧铜，厚度为4.5mm，截面如图2所示。拉伸前头尾切除锭坯的纯铜上下盖部分后长度为5.5m，在拉床上采用Φ51.97mm圆孔模直线拉伸加工一道次，拉伸速度10m/min，出模尺寸51.97±0.05mm，棒材弯曲度小于2/1000。拉伸后采用Φ51.18mm扒皮模进行扒皮拉伸，扒皮模刃口角度为10～15度，扒皮拉伸速度为9m/min，扒皮后棒材直径为51.18±0.05mm，棒材表面光洁，无氧化层或夹杂，达到了表面清洁的目的，不会对芯部NbTi合金造成任何影响。

实施例2：

挤压制的NbTi/Cu多芯复合棒材直径Φ70mm，长度15m，外层基体材料为无氧铜，厚度为6mm，截面如图3所示。拉伸前头尾切除锭坯的纯铜上下盖部分后长度为13.5m，在拉床上依次分别采用Φ63.8mm，Φ58.18mm圆孔模直线拉伸加工两道次，拉伸速度9m/min，最终出模尺寸58.18±0.05mm，棒材弯曲度小于2/1000。拉伸后分别采用Φ57.74mm、Φ57.30mm扒皮模进行扒皮拉伸，扒皮模刃口角度为10～15度，扒皮拉伸速度为9m/min，扒皮后棒材直径为Φ57.30±0.05mm，棒材表面无光洁，无氧化层或夹杂，达到了表面清洁的目的，不会对内部NbTi芯丝造成任何影响。

实施例3：

组装加工制的SnTi/Nb/Cu多芯亚组元复合棒材直径Φ50mm，长度2m，外层基体材料为无氧铜，厚度为4mm，截面如图3所示(该亚组元拉伸加工至一定形状和尺寸后，用于组装生产Nb3Sn超导线材的最终坯料)。在拉床上采用20～25％的道次加工率，拉伸速度6～15m/min，直线拉伸至Φ41.60±0.05mm，棒材弯曲度小于2/1000，然后采用Φ41.55mm扒皮模扒皮一次，扒皮拉伸速度为12m/min，。继续拉伸一道次加工至Φ37.2mm，再采用Φ36.8mm扒皮模进行扒皮拉伸，扒皮拉伸速度为12m/min，扒皮后棒材直径为Φ36.8±0.05mm，棒材表面光洁，头尾尺寸均匀，达到了调整外层基体材料Cu层厚度的目的。

从实施例1～实施例3可以看出，采用本发明扒皮加工的超导复合棒材表面光洁，棒材头尾扒皮厚度尺寸严格可控，既可以满足表面清洁处理要求，也可以用于调整超导复合棒材基体材料的比例，工艺简单，无环境污染，适合批量化工业生产采用。

Claims (1)

1.一种对超导复合棒材进行表面扒皮加工的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将挤压制得的多芯或单芯超导复合棒材的头尾截取适当长度；所述适当长度为观察到芯丝即可；

步骤2：将复合棒材的一端加工成铅笔形状，按照每道次面积减缩率选择圆孔模具，然后将铅笔形状一端插入圆孔模具，在直线拉床上通过该圆孔模具进行拉伸，1～3个道次，每道次面积减缩率控制在15～25％之间，本步骤进行1～3个道次，拉伸速度控制在6～15m/min，保证棒材的弯曲度不大于2/1000；

步骤3：采用硬质合金扒皮模具对棒材进行扒皮，模具外壁与拉床模座内孔采取锥形配合，扒皮模的刃口角度控制在10～15度，刃口长度控制在1～3mm，扒皮速度控制在8～12m/min，每次扒皮量控制在0.1～0.5mm之间，重复进行2～3次扒皮，完成扒皮加工过程。

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