CN104307913A - 一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置及工艺，装置包括线材供应装置、线材供应装置两侧的非晶态合金带供应装置、牵引收取线材装置、非晶态合金带运动的驱动装置，在线材供应装置和牵引收取线材装置之间沿线材与非晶态合金带运动方向依次设有预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮和冷却气体喷管。本发明将非晶态合金带包覆在线材的表面，改善线材的表面质量，使其具有优良的耐腐蚀和耐磨损性能，扩大线材的应用领域，延长线材的使用寿命。

Description

一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置及工艺

技术领域

本发明涉及利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置及工艺，属于非晶态金属成形技术领域。

背景技术

金属玻璃又称非晶态合金，由于其独特的无序微观结构，使其既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊端。玻璃易碎，没有延展性；但金属玻璃的强度高于钢，硬度超过高硬工具钢，且具有一定的韧性和刚性，所以，人们称金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。非晶态合金具有高强度、高硬度、良好的耐磨性和耐蚀性等较好的力学、物理和化学性能，从而决定其应用的领域非常广泛，具有广阔的应用前景。锆基非晶对于极限冷却速度的要求较低，可以在低于100K/s以下的冷却速度下得到完全的非晶态组织，因而针对锆基非晶的零件有多种成形工艺。

专利CN 102877010A“一种锆基块体非晶合金铸件的铸造成形方式”公开了一种锆基块体非晶合金铸件的铸造成形方法，其铸件的化学成分的at％是：Zr 35-45、Ti 11-16、Cu 10-15、Ni 8-12、Be 16-25，熔炼前对上述原材料用超声波在酒精介质中进行净化处理，再将每一种平均分成两份，按其各自的密度，由下到上两次重复布料装入坩埚中，布料时要避免原料铜和铜坩埚相接触，以防止原料铜熔化时与铜坩埚发生粘结；然后合炉进行抽真空，充入0.05MPa的氩气保护，开始加热熔炼，在60KW、80KW、120KW各保持5分钟后将功率加至140KW使合金熔体的温度达到800℃以上。专利CN101164722A“一种非晶合金工件的制备加工净成形一体化方法”公开一种非晶合金工件的制备加工净成形一体化方法。方法是把合金母料加热熔化后注入可溃型模具中，待熔融合金冷却后形成非晶态合金，模具溃型后对试件进行简单的清理即可获得所需工件。利用可溃型模具通过铸造的方法制备出任何复杂形状的临界厚度在一定范围内的非晶合金工件，实现了复杂非晶合金工件的制备、加工，净成形一体化技术。

专利CN 1199747C“一种非晶合金精密零部件超塑性模锻成形装置及方法”公开了一种用于大块非晶合金精密零部件超塑性模锻成形的装置及采用这种装置制备大块非晶合金精密零件的工艺。可以成形外廓直径尺寸0.1～100mm、厚度尺寸0.1～50mm的各种复杂形状零部件，如齿轮类、实心或实心台阶轴(锥度轴)类以及等轴类扁薄零件等。所发明的装置由真空炉、可更换压头和模具三部分组成。专利CN 100473472C“金属玻璃的成形方法”公开了一种金属玻璃的成形方法。该方法在保持金属玻璃的非晶质的同时成形不产生表面缺陷的成形品，利用使用了构造简单的模具的简化工序成形高尺寸精度的成形部件，即便是薄壁或厚度不等的成形品或复杂形状的成形品也可简单地成形。

非晶态合金具有高强度、高硬度和优良的耐磨及耐腐蚀性，而且表面光亮、美观，但是非晶态合金的价格较高。黄铜、钢、热固性塑料等材料的价格要比非晶态合金低很多，但是他们的某些物理和化学性能与非晶态合金相比，要差很多。由于非晶态合金在300～400℃即可玻璃化，并具有极好的塑性，因而可以将非晶态合金包覆在其他材料的表面，综合利用这些材料各自的优势，制造低成本、高强度、高硬度、耐磨损和耐腐蚀的零件。通过将非晶态合金包覆在相应零件外表面，改善零件表面质量、耐磨性、耐腐蚀性，提高零件的使用寿命，也可将包覆非晶态合金的零件用于其他零件无法承受腐蚀环境。

用非晶态合金对线材或棒材进行包覆时，如果用单向挤压工艺对线材或棒材进行包覆，必须在挤压凹模内设计分流室、包覆室和成形室等部分，模具的结构复杂，加工成本高，而且需要的挤压力较大，模具的寿命较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置及工艺，将非晶态合金带包覆在线材的表面，改善线材的表面质量，使其具有优良的耐腐蚀和耐磨损性能，扩大线材的应用领域，延长线材的使用寿命。

本发明采取的技术方案为：

一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，包括线材供应装置、线材供应装置两侧的非晶态合金带供应装置、牵引收取线材装置、非晶态合金带运动的驱动装置，在线材供应装置和牵引收取线材装置之间沿线材与非晶态合金带运动方向依次设有预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮和冷却气体喷管。

所述的线材供应装置、非晶态合金带供应装置、牵引收取线材装置、非晶态合金带运动的驱动装置、预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮、冷却气体喷管均设在气氛箱内，气氛箱上设有真空泵，真空泵连接保护气体系统。

所述的预热装置内有温度传感器和电热元件，包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮上均有电热元件和非接触式测温仪，温度传感器、电热元件、非接触式测温仪均与温度控制器连接。

所述的预热装置中有上下两个送料滚轮和多个支撑轮。

所述的驱动装置包括驱动电机，驱动电机通过减速箱带动链条运动，链条包覆减速箱的主动链轮、送料滚轮的从动链轮，支撑轮的从动链轮、包覆滚轮的从动链轮、切边滚轮的从动链轮和整形滚轮的从动链轮。

所述的包覆滚轮分为上下两个，上下两个包覆滚轮完全相同，两个滚轮的外圆面以及外圆面上凹槽形成了容纳非晶态合金带材和需要包覆的线材的空腔。在持续包覆过程中，需要包覆的线材相当于模具中的凸模，滚轮的外圆面和凹槽相当于模具中的凹模，通过凸模与凹模的配合，使非晶态合金带材带沿着宽度方向持续地发生塑性变形，并包覆在线材的表面。

所述的切边滚轮分为上下两个，上下两个切边滚轮完全相同，两个切边滚轮外圆面上凸出的筋条相配合，形成了切边的切刀，实现对非晶态合金废料的持续切除。

所述的整形滚轮分为上下两个，上下两个整形滚轮完全相同，两个整形滚轮外圆面上的凹槽形成一个截面形状为圆形的空间，通过整形滚轮的转动，实现对已包覆非晶态合金的线材外形进行持续的整形，提高包覆层的表面质量和尺寸精度。

所述的冷却气体喷管连接保护气体系统，保护气体系统包括与真空泵连接的气体压缩机，气体压缩机通过油水分离器连接储气罐，储气罐连通冷却气体喷管。

一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的工艺，包括步骤如下：

(1)分别将需要包覆非晶态合金的线材以及非晶态合金带固定在线材供应装置和非晶态合金带供应装置；

(2)将线材、两条非晶态合金带穿过预热装置，插入两个包覆滚轮之间，线材位于两条非晶态合金带之间；

(3)由温度控制器对预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮按设置的温度进行加热，并将其温度控制在设定的温度范围之内(玻璃化与晶化温度之间，一般比玻璃化温度高20～30℃)；

(4)启动非晶态合金带运动的驱动装置，使两条非晶态合金带夹带线材依次经过预热装置预热，包覆滚轮实现非晶态合金带对线材的包覆、焊合，切边滚轮对非晶态合金废料的切除、进一步焊合，整形滚轮对包覆了非晶态合金的线材外表面进行整形，用牵引收取线材装置装置夹持从整形滚轮出来的包覆了非晶态合金的线材；

(5)打开保护气体系统，保护气体通过冷却气体喷管对包覆了非晶态合金的线材进行冷却。

对于持续包覆还包括在步骤(5)之前关闭驱动电机，启动真空泵将气氛箱中的空气抽出，抽出的气体排入大气中，并真空度达到0.001Pa时，关闭真空泵的步骤。线材供应装置、牵引收取线材装置均设置在气氛箱内，即可以保护非晶态合金不被氧化，又可以实现线材的持续包覆。

本发明利用送料滚轮对非晶态合金带和线材进行定位，利用预热装置中的电热元件对非晶态合金带和线材进行预热，利用温度传感器测量预热装置的温度，由温度控制器控制电热元件的电力供应，从而将预热装置的温度控制在设定的范围之内。利用包覆滚轮将非晶态合金带包覆在线材外周，并将两个非晶态合金带沿着相互的接触界面进行焊合。利用切边滚轮将多余的非晶态合金带包覆层切除。利用整形滚轮对非晶态合金带包覆层进行整形，改善非晶态合金包覆层的表面质量和尺寸精度。为了使包覆了非晶态合金的线材的温度尽快降至室温附近，通过保护气体系统提供高压惰性气体对包覆在线材表面非晶态合金进行冷却，避免包覆在线材表面的非晶态合金晶化。通过真空泵抽取气氛箱内的惰性气体，然后通过气体压缩机将真空泵抽取的惰性气体输送回保护气体系统，实现保护气体的循环再利用，降低生产成本。利用非晶态合金带对线材进行包覆的工艺及装置中，非晶态合金带通过包覆滚轮、切边滚轮和整形滚轮完成包覆、切除废料和整形等工序，结构简单，维护方便，加工成本低。

本发明的有益效果是：

(1)通过包覆滚轮、切边滚轮和整形滚轮，可将非晶态合金带持续地包覆在线材的表面，工装结构简单，维护方便，加工成本低。

(2)在包覆过程中，利用非晶态合金带做为包覆的原材料，由于非晶态合金带的厚度较薄，原材料更容易制备，而且制备成本较低。

(3)非晶态合金带是通过真空甩带工艺制备，材料的厚度均匀，因而可保证包覆在线材表面的包覆层各个位置厚度均匀，提高非晶态合金层的包覆质量。

(4)在包覆过程中，通过真空泵抽取气氛箱内的惰性气体，然后通过气体压缩机将真空泵抽取的惰性气体输送回保护气体系统，实现保护气体的循环再利用，降低生产成本。

(5)在包覆过程中，通过保护气体系统提供高压惰性气体对包覆在线材表面非晶态合金进行冷却，使包覆了非晶态合金的线材的温度尽快降至室温附近，避免包覆在线材表面的非晶态合金晶化。

(6)在包覆过程中，非晶态合金带处于加热、包覆、切边、整形和冷却的持续递进过程，非晶态合金处于玻璃化和晶化温度之间的时间较短，可以实现将玻璃化持续时间较短的非晶态合金包覆在线材的表面，扩大了非晶态合金包覆层原材料的选择范围。

附图说明

图1本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的预热装置结构示意图；

图3送料滚轮的结构示意图；

图4包覆滚轮的结构示意图；

图5切边滚轮的结构示意图；

图6整形滚轮的结构示意图；

图7保护气体系统结构示意图；

图8温度控制系统结构示意图；

图9驱动装置结构示意图；

其中，1、气氛箱，2、线材供应装置，3a和3b、非晶态合金带供应装置，4a、4b和4c、温度控制器，5a和5b、包覆滚轮，6a和6b、切边滚轮，7a和7b、整形滚轮，8、牵引收取线材装置，9a和9b、冷却气体喷管，10、真空泵，11、保护气体系统，12、预热装置，13、非接触式测温仪，14、温度传感器，15a和15b、送料滚轮，16a和16b、支撑轮，17、电热元件，18、线材，19a和19b、非晶态合金带，20、非晶态合金包覆层，21、切除的非晶态合金，22、气体压缩机，23、油水分离器，24、压力表，25、储气罐，26、电热元件，27、驱动电机，28、减速箱，29a和29b、减速箱的主动链轮，30a和30b、送料滚轮的从动链轮，31和32、支撑轮的从动链轮，33a和33b、包覆滚轮的从动链轮，34a和34b、切边滚轮的从动链轮，35a和35b、整形滚轮的从动链轮，36、链条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明。

一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，包括线材供应装置2、线材供应装置2两侧的非晶态合金带供应装置3a和3b、牵引收取线材装置8、非晶态合金带运动的驱动装置，在线材供应装置2和牵引收取线材装置8之间沿线材与非晶态合金带运动方向依次设有预热装置12、包覆滚轮5a和5b、切边滚轮6a和6b、整形滚轮7a和7b、冷却气体喷管9a和9b。

线材供应装置2、非晶态合金带供应装置3a和3b、牵引收取线材装置8、非晶态合金带运动的驱动装置、预热装置12、5a和5b、切边滚轮6a和6b、整形滚轮7a和7b、冷却气体喷管9a和9b均设在气氛箱1内，气氛箱1上设有真空泵10，真空泵10连接保护气体系统11。冷却气体喷管9a和9b连接保护气体系统11，保护气体系统11包括与真空泵10连接的气体压缩机22，气体压缩机22通过油水分离器23连接储气罐25，储气罐25连通冷却气体喷管9a和9b。

预热装置12内有温度传感器14和电热元件17，包覆滚轮5a和5b、切边滚轮6a和6b、整形滚轮7a和7b上均有电热元件26和非接触式测温仪13，温度传感器、电热元件、非接触式测温仪均与温度控制器4(4a、4b、4c)连接。预热装置12中有上下两个送料滚轮15a和15b和多个支撑轮16a和16b。

驱动装置包括驱动电机27，驱动电机27通过减速箱28带动链条36运动，链条36包覆减速箱的主动链轮29a和29b、送料滚轮的从动链轮30a和30b，支撑轮的从动链轮31和32、包覆滚轮的从动链轮33a和33b、切边滚轮的从动链轮34a和34b，整形滚轮的从动链轮35a和35b。

包覆滚轮分为上下两个，上下两个包覆滚轮完全相同，两个滚轮的外圆面以及外圆面上凹槽形成了容纳非晶态合金带材和需要包覆的线材的空腔。在持续包覆过程中，需要包覆的线材相当于模具中的凸模，滚轮的外圆面和凹槽相当于模具中的凹模，通过凸模与凹模的配合，使非晶态合金带材带沿着宽度方向持续地发生塑性变形，并包覆在线材的表面。

切边滚轮分为上下两个，上下两个切边滚轮完全相同，两个切边滚轮外圆面上凸出的筋条相配合，形成了切边的切刀，实现对非晶态合金废料的持续切除。

整形滚轮分为上下两个，上下两个整形滚轮完全相同，两个整形滚轮外圆面上的凹槽形成一个截面形状为圆形的空间，通过整形滚轮的转动，实现对已包覆非晶态合金的线材外形进行持续的整形，提高包覆层的表面质量和尺寸精度。

利用非晶态合金带对线材进行包覆的工艺过程如下：

(1)分别将需要包覆非晶态合金的线材以及非晶态合金带固定在线材供应装置和非晶态合金带供应装置；

(2)将线材、两条非晶态合金带穿过预热装置，插入两个包覆滚轮之间，用送料滚轮、包覆滚轮将线材和两条非晶态合金带夹住，线材位于两条非晶态合金带之间；

(3)由温度控制系统对预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮按设置的温度进行加热，并将其温度控制在设定的温度范围之内；

(4)启动驱动装置，由驱动电机通过减速器将运动传给链轮，由链轮-链条机构驱动送料滚轮、支撑轮、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮的转动；

(5)用工具夹持从包覆滚轮出来的包覆了非晶态合金的线材，并将其插入切边滚轮，然后再将从切边滚轮出来的经过切边的、包覆了非晶态合金的线材夹持着插入整形滚轮；

(6)用牵引收取线材装置夹持从整形滚轮出来的包覆了非晶态合金的线材；

(7)关闭驱动电机；启动真空泵将气氛箱中的空气抽出，抽出的气体排入大气中，并真空度达到0.001Pa时，关闭真空泵；

(8)打开保护气体系统，保护气体通过冷却气体喷管对包覆了非晶态合金的线材进行冷却；开启真空泵，由真空泵抽出的保护气体输送给气体压缩机；

(9)启动驱动电机，利用非晶态合金带对线材进行持续的包覆；包覆过程中，由线材供应装置和非晶态合金带供应装置持续地提供线材和非晶态合金带；由送料滚轮对非晶态合金带和线材进行定位；由预热装置对非晶态合金带和线材进行预热；预热装置中的支撑轮对非晶态合金带和线材进行支撑；由包覆滚轮实现非晶态合金带对线材的包覆，以及实现非晶态合金带界面的焊合；由切边滚轮完成非晶态合金废料的切除，以及非晶态合金界面的进一步焊合；由整形滚轮完成对包覆了非晶态合金的线材外表面进行整形，改善表面质量，提高表面尺寸精度；在包覆过程中有牵引收取线材装置以恒力的方式对线材施加牵引力，并负责收取包覆了非晶态合金的线材。

如果包覆过程结束，关闭保护气体系统，停止对预热箱、包覆滚轮、切边滚轮和整形滚轮的加热；关闭驱动电机；将包覆了非晶态合金的线材取出。

实施例：

线材的材料为紫铜导线，直径为1mm；非晶态合金带的厚度为0.05mm。非晶态合金为Zr58.5Cu15.6Ni12.8Al10.3Nb2.8。Zr58.5Cu15.6Ni12.8Al10.3Nb2.8的玻璃化温度和晶化温度分别为385℃和470℃，在加热温度为405℃时，可以保温30分钟而没有晶化现象，可以满足包覆工艺的要求。

在包覆非晶态合金时，通过温度控制器将预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮的加热温度控制在403℃～407℃，包覆速度为50mm/s。

包覆时所用的牵引力为100N。

Claims (9)

1.一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，包括线材供应装置、线材供应装置两侧的非晶态合金带供应装置、牵引收取线材装置、非晶态合金带运动的驱动装置，在线材供应装置和牵引收取线材装置之间沿线材与非晶态合金带运动方向依次设有预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮和冷却气体喷管。

2.根据权利要求1所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，所述的线材供应装置、非晶态合金带供应装置、牵引收取线材装置、非晶态合金带运动的驱动装置、预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮、冷却气体喷管均设在气氛箱内，气氛箱上设有真空泵。

3.根据权利要求1所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，所述的预热装置内有温度传感器和电热元件，包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮上均有电热元件和非接触式测温仪，温度传感器、电热元件、非接触式测温仪均与温度控制器连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，所述的预热装置中有上下两个送料滚轮和多个支撑轮。

5.根据权利要求4所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，所述的驱动装置包括驱动电机，驱动电机通过减速箱带动链条运动，链条包覆减速箱的主动链轮、送料滚轮的从动链轮，支撑轮的从动链轮、包覆滚轮的从动链轮、切边滚轮的从动链轮和整形滚轮的从动链轮。

6.根据权利要求1所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，所述的冷却气体喷管连接保护气体系统，保护气体系统包括与真空泵连接的气体压缩机，气体压缩机通过油水分离器连接储气罐，储气罐连通冷却气体喷管。

7.根据权利要求1所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的装置，其特征是，

所述的包覆滚轮分为上下两个，上下两个包覆滚轮完全相同，两个滚轮的外圆面以及外圆面上凹槽形成了容纳非晶态合金带材和需要包覆的线材的空腔；所述的切边滚轮分为上下两个，上下两个切边滚轮完全相同，两个切边滚轮外圆面上凸出的筋条相配合，形成了切边的切刀，实现对非晶态合金废料的持续切除；所述的整形滚轮分为上下两个，上下两个整形滚轮完全相同，两个整形滚轮外圆面上的凹槽形成一个截面形状为圆形的空间，通过整形滚轮的转动，实现对已包覆非晶态合金的线材外形进行持续的整形。

8.一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的工艺，其特征是，包括步骤如下：

(1)分别将需要包覆非晶态合金的线材以及非晶态合金带固定在线材供应装置和非晶态合金带供应装置；

(2)将线材、两条非晶态合金带穿过预热装置，插入两个包覆滚轮之间，线材位于两条非晶态合金带之间；

(3)由温度控制器对预热装置、包覆滚轮、切边滚轮、整形滚轮按设置的温度进行加热，并将其温度控制在玻璃化与晶化温度之间；

(4)启动非晶态合金带运动的驱动装置，使两条非晶态合金带夹带线材依次经过预热装置预热，包覆滚轮实现非晶态合金带对线材的包覆、焊合，切边滚轮对非晶态合金废料的切除、进一步焊合，整形滚轮对包覆了非晶态合金的线材外表面进行整形，用牵引收取线材装置装置夹持从整形滚轮出来的包覆了非晶态合金的线材；

(5)打开保护气体系统，保护气体通过冷却气体喷管对包覆了非晶态合金的线材进行冷却。

9.根据权利要求8所述的一种利用非晶态合金带对线材进行包覆的工艺，其特征是，还包括在步骤(5)之前关闭驱动电机，启动真空泵将气氛箱中的空气抽出，抽出的气体排入大气中，并真空度达到0.001Pa时，关闭真空泵的步骤。