CN105598192B - 一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置及方法，锡铋合金坯料从模座的入口进入后穿过装配在模座内的拉伸模具并从模座的出口伸出，通过拉拔机实现拉伸成型。模座内盛载有被控温加热的拉伸液，液面始终高于拉伸模具的入模口和出模口。本发明实现了难成型的锡铋合金焊丝的大变形量拉伸成型，显著缩短生产工序。

Description

一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置及方法

技术领域

本发明涉及焊丝的制造领域，具体涉及一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置和方法。

背景技术

锡铋合金焊丝是一种低温合金焊丝，其成分配比(质量百分比)为锡43％，铋含量57％，是一种二元共晶合金，常压下熔点仅有139℃，且该合金的流动性好，抗氧化性能突出。因此具有极好的低温钎焊性能，在低温钎焊领域具有良好的应用前景。

然而，锡铋合金也是一种塑性很差的金属。由于合金是一种共晶合金，其合金组织为锡与铋的机械混合物，相组成为锡相与铋相，两者相互的固溶度很低，而铋的塑性极低，在一般条件下几乎没有塑性，因此锡铋合金在一般条件下塑性极差，延伸率不足0.5％，公认为一种脆性材料。在现在焊丝生产技术和设备条件下，该合金难以塑性成型。

焊丝是一种线材，其规格一般为Φ0.5～Φ3.0mm，一般先通过制杆后，依靠多道次拉伸，最终制成各种规格的丝材。由于锡铋合金的塑性极差，难以实现拉伸变形，因此目前难以顺利的生产这类焊丝。只得依靠多道次挤压和极小变形量的多道次拉伸进行生产，道次过多，生产工序长，加上拉伸前的制头困难，使得生产效率和成品率极其低下。正是因为成型的困难，导致锡铋合金焊丝的应用难以推广。

然而，发明人在大量的实验研究中发现，锡铋合金丝的塑性能力与变形速率和变形温度密切相关：随变形速率的降低，合金在应力作用下的变形能力大幅提高，在极慢的变形速率下还可实现超塑性；在高温下(80～120℃)的塑性能在一定程度上提高。因此，如能利用这一原理，通过一系列创新设计，在特定的变形速率和变形温度下对锡铋合金进行拉伸成型，即可实现大变形量的拉伸变形，可显著缩短生产工艺流程，大大提高焊丝的成品率和生产效率。

在另一方面，虽然在较慢的变形速率下锡铋共晶合金的塑性能力大为增强，使其单道次变形增大，但也使其在较大应力作用下的失稳几率大为增加。该合金在拉伸过程中，合金丝在出模后仍然承受长时间的拉伸应力，具备蠕变条件，导致其发生“缩颈”，出模后发生二次变形，尺寸缩小，严重的导致断裂，造成拉伸无法进行。在目前传统的拉伸设备和拉伸方法条件下，均无法解决这一难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种新型的生产装置和方法，实现难成型的锡铋合金焊丝的大变形量拉伸成型，显著缩短生产工序。

一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置，包括具有容器形状的模座、拉伸模具、恒温加热器、拉拔机、冷却器；其中，所述模座内盛装有拉伸液，所述恒温加热器对拉伸液进行控温加热；所述拉伸模具装配于模座内，其入模口和出模口分别与模座的入口和出口相对应；所述拉拔机位于所述模座的出口的前方，冷却器置于出模口与拉拔机之间。

作为优选，还设有收卷机，经过拉拔机的锡铋合金焊丝制品进入到收卷机。

作为优选，还设有溢液循环装置，主要包括溢液容器，所述模座的溢液进入到溢液容器中，并经由溢液容器回到模座内。

作为优选，所述拉伸液采用水或高挥发点的油。

作为优选，所述拉拔机采用可无级调速的拉拔机；所述拉拔机采用皮带或履带式拉拔机，皮带或履带采用高弹高韧的高分子材料制成，皮带或履带中刻有与锡铋合金焊丝制品直径相当的沟槽。

作为优选，所述拉拔机的工作部位与拉伸模具的中心线处于同一水平线上，所述拉拔机的入口与拉伸模具出模口的距离尽可能靠近，且至少保证：生产直径小于1mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于100mm；生产直径为1mm～3mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于150mm；拉拔直径为3mm以上的锡铋合金焊丝时，该距离小于200mm。

作为优选，所述的冷却器采用喷水器或吹风器，且采用的喷水器或吹风器的喷水或喷气的压力和流量可调。

一种利用上述锡铋合金焊丝的拉伸成型装置的拉伸成型方法，包括以下步骤：

(1)安装：将所述拉伸模具装配于所述模座内，在模座的入口处用软塞从内向外轻轻塞住；在模座的出口处用软塞从外向内轻轻塞住；

(2)拉伸液准备：将拉伸液灌入模座内，使液面始终高于拉伸模具的入模口和出模口，并利用恒温加热器将其加热到70～120℃并保温；

(3)拉伸准备：将制好头的锡铋合金坯料依次从模座入口处捅开软塞、穿过拉伸模具，捅开模座出口软塞，并将制头夹于拉拔机中；启动冷却器，以一定的喷水或喷气量喷于模座出口外的锡铋合金焊丝；

(4)拉伸：拉拔机以较为缓慢的速度启动，在拉拔机的作用下，锡铋合金焊丝制品将被缓慢拉出；此后拉拔机逐渐加速到一定速度，实现锡铋合金焊丝的稳定拉伸成型。

进一步地，所述拉伸成型方法还包括如下步骤：

(5)待锡铋合金焊丝制品经拉拔机拉出一定长度后，将其绕于收卷机上，并启动收卷机，使其与拉拔机联动，通过自动控制使两者线速度保持一致。

进一步地，由于拉伸液在将模座的入口处会有一定的溢出，溢出的溢液进入到溢液循环装置的溢液容器中，当液面高度过低时，打开溢液循环装置的水泵，使拉伸液回流到模座内。

本发明的有益效果在于：

1、通过设置模座，并在模座内装配拉伸模具和恒温加热的拉伸液，采用热拉的方法替代现有的冷拉，在这种变形条件下，锡铋合金的延伸率大大提高，且屈服强度降低，使焊丝的变形能力显著增加，变形抗力显著减小，单道次变形量大大增加；

2、采用水浴或油浴的方式对线坯进行加热，具有加热速度极快、无表面氧化、表面清洁、温度恒定等优点。此外，拉伸液同时起到了润滑的作用，进一步降低拉拔力，防止粘模；

3、进一步优化拉拔机的入口与拉伸模具出模口的合理距离，使焊丝出模后承受变形拉力的时间缩短，减少成品焊丝的失稳蠕变而发生二次形变的可能，确保产品尺寸精度；

4、在拉拔机的入口与拉伸模具出模口之间设置冷却器对焊丝进行强制冷却，使得可根据需要调整冷却强度，通过降低焊丝的温度以迅速提高其屈服强度，防止焊丝在出模后受拉应力而发生的失稳蠕变；

5、进一步令拉拔机的牵引部位采用橡胶等高弹高韧的高分子材料制成的皮带或履带，一方面尺寸调整余量大，另一方面保护焊丝表面不发生二次变形和损伤。

附图说明

图1为本发明的锡铋合金焊丝的拉伸成型装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置，包括具有容器形状的模座1、拉伸模具2、恒温加热器5、拉拔机4、冷却器6；其中，所述模座1内盛装有拉伸液3，所述恒温加热器5对拉伸液3进行控温加热；所述拉伸模具2装配于模座1内，其入模口和出模口分别与模座1的入口和出口相对应；所述拉拔机4位于所述模座1的出口的前方，冷却器6置于出模口与拉拔机4之间。

在本实施例中，恒温加热器的热电偶5.1和加热器5.2均置于拉伸液3中，对拉伸液3进行控温加热。

作为优选，还设有收卷机7，经过拉拔机4的锡铋合金焊丝制品进入到收卷机7。

作为优选，还设有溢液循环装置8，主要包括溢液容器，所述模座1的溢液进入到溢液容器中，并经由溢液容器回到模座内。

作为优选，所述拉伸液3采用水或高挥发点的油。

作为优选，所述拉拔机4采用可无级调速的拉拔机；

作为优选，所述拉拔机4采用皮带或履带式拉拔机，皮带或履带采用橡胶等高弹高韧的高分子材料制成，皮带或履带中刻有与锡铋合金焊丝制品直径相当的沟槽。

作为优选，所述拉拔机4的工作部位与拉伸模具2的中心线处于同一水平线上，所述拉拔机4的入口与拉伸模具2出模口的距离尽可能靠近，且至少保证：生产直径小于1mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于100mm；生产直径为1mm～3mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于150mm；拉拔直径为3mm以上的锡铋合金焊丝时，该距离小于200mm。

作为优选，所述的冷却器6采用喷水器或吹风器，且采用的喷水器或吹风器的喷水或喷气的压力和流量可调。

一种利用上述锡铋合金焊丝的拉伸成型装置的拉伸成型方法，包括以下步骤：

(1)安装：将所述拉伸模具2装配于所述模座1内，在模座1的入口处用软塞从内向外轻轻塞住；在模座1的出口处用软塞从外向内轻轻塞住；

(2)拉伸液准备：将拉伸液3灌入模座内，使液面始终高于拉伸模具2的入模口和出模口，并利用恒温加热器5将其加热到70～120℃并保温；

(3)拉伸准备：将制好头的锡铋合金坯料9依次从模座1入口处捅开软塞、穿过拉伸模具2，捅开模座1出口软塞，并将制头夹于拉拔机4中；启动冷却器6，以一定的喷水或喷气量喷于模座1出口外的锡铋合金焊丝11。在本实施例中，制好头的锡铋合金坯料9通过导轮10进入模座1入口。

(4)拉伸：拉拔机4以较为缓慢的速度启动，在拉拔机4的作用下，锡铋合金焊丝11将被缓慢拉出；此后拉拔机4逐渐加速到一定速度，实现锡铋合金焊丝的稳定拉伸成型。

进一步地，所述拉伸成型方法还包括如下步骤：

(5)待锡铋合金焊丝11经拉拔机4拉出一定长度后，将其绕于收卷机7上，并启动收卷机7，使其与拉拔机4联动，通过自动控制使两者线速度保持一致。

进一步地，由于拉伸液3在将模座1的入口处会有一定的溢出，溢出的溢液进入到溢液循环装置8的溢液容器中，当液面高度过低时，打开溢液循环装置的水泵，使拉伸液回流到模座内。

实施例一：

本发明的拉伸成型装置主要由模座1、模具2、拉伸液3、拉拔机4、恒温加热器5、冷却器6、收卷机7、溢液循环装置8组成，用于制备直径为2.0mm的Sn-57wt％Bi合金线。

首先，将上述一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置安装好，定径为Φ2.0mm的拉伸模具2安装于模座1内；在锡铋合金坯料9进入模座1的入口处，用软塞从内向外轻轻塞住；在锡铋合金焊丝制品11出模的出口处，用软塞从外向内轻轻塞住；冷却器6使用吹风机；拉拔机4距离拉伸模具2出口的距离为120mm。将自来水3灌入模座1当中，使液面始终高于拉伸模具2的入模口和出模口20mm以上，并将其加热到90℃并保温。

选取成卷供应的直径为Φ2.4mm的Sn-57wt％Bi合金坯料9，并将其制好头，随后使制头经过导轮10，依次从模座1的入口处捅开软塞、穿过拉伸模具2，捅开出口软塞，并将制头夹于拉拔机4中；启动冷却器6，以一定的气量喷于出模口外的Φ2.0mm Sn-57wt％Bi合金线上。将拉拔机4以小于500mm/min的缓慢速度启动，在拉拔机4的作用下，锡铋合金焊丝11将被缓慢拉出，待拉出一定长度后，将其绕于收卷机7上，并启动收卷机7，使其与拉拔机4联动，通过自动控制使两者线速度保持一致。此后逐渐加速到5m/min，实现了Φ2.0mm Sn-57wt％Bi合金线的快速稳定拉伸成型。

实施例二：

本实施例与实例一的不同之处在于，在本发明装置上同时制备4根直径为1.0mm的Sn-57wt％Bi合金焊丝。

在模座1上呈水平线上安装四个Φ1.0mm的拉伸模具2，在四卷锡铋合金坯料9分别进入模座1的四个在同一水平线上的入口，用软塞从内向外轻轻塞住；在四件锡铋合金焊丝制品11出模的出口处，用软塞从外向内轻轻塞住；冷却器6使用吹风机；拉拔机4距离拉伸模具2出口的距离为100mm；拉拔机中刻有与出模口对应的四条拉伸沟槽；在拉拔机后设置四台收卷机。将高挥发点的油3灌入模座1当中，使液面始终高于拉伸模具2的模口10mm以上，并将其加热到90℃并保温。

选取四卷直径为Φ1.2mm的Sn-57wt％Bi合金线坯9，都将其制好头，随后用四个制头经过导轮10，依次从模座1的四个入口处捅开软塞、穿过四个拉伸模具2，捅开四个出口软塞，并将制头夹于拉拔机的4个沟槽中；启动冷却器6，以一定的气量喷于出模口外的Φ1.0mm Sn-57wt％Bi合金线上。将拉拔机4以小于300mm/min的缓慢速度启动，在拉拔机4的作用下，四条锡铋合金丝11将被缓慢拉出，待拉出一定长度后，将其绕于后面布置的四台收卷机7上，并启动这四台收卷机7，使其与拉拔机4联动，通过自动控制使两者线速度保持一致。此后逐渐加速到10m/min，同时实现了四条Φ1.0mm Sn-57wt％Bi合金线的稳定拉伸成型。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锡铋合金焊丝的拉伸成型装置，其特征在于：包括具有容器形状的模座、拉伸模具、恒温加热器、拉拔机、冷却器；其中，所述模座内盛装有拉伸液，所述恒温加热器对拉伸液进行控温加热；所述拉伸模具装配于模座内，其入模口和出模口分别与模座的入口和出口相对应；所述拉拔机位于所述模座的出口的前方，冷却器置于出模口与拉拔机之间；还设有溢液循环装置，主要包括溢液容器，所述模座的溢液进入到溢液容器中，并经由溢液容器回到模座内；所述拉伸液采用水或高挥发点的油；所述拉拔机采用可无级调速的拉拔机；所述拉拔机采用皮带或履带式拉拔机，皮带或履带采用高弹高韧的高分子材料制成，皮带或履带中刻有与锡铋合金焊丝制品直径相当的沟槽；所述拉拔机的工作部位与拉伸模具的中心线处于同一水平线上，所述拉拔机的入口与拉伸模具出模口的距离尽可能靠近，且至少保证：生产直径小于1mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于100mm；生产直径为1mm～3mm的锡铋合金焊丝时，该距离小于150mm；拉拔直径为3mm以上的锡铋合金焊丝时，该距离小于200mm。

2.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的拉伸成型装置，其特征在于，还设有收卷机，经过拉拔机的锡铋合金焊丝制品进入到收卷机。

3.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的拉伸成型装置，其特征在于，所述的冷却器采用喷水器或吹风器，且采用的喷水器或吹风器的喷水或喷气的压力和流量可调。

4.一种利用上述任一权利要求所述的锡铋合金焊丝的拉伸成型装置的拉伸成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)安装：将所述拉伸模具装配于所述模座内，在模座的入口处用软塞从内向外轻轻塞住；在模座的出口处用软塞从外向内轻轻塞住；

(2)拉伸液准备：将拉伸液灌入模座内，使液面始终高于拉伸模具的入模口和出模口，并利用恒温加热器将其加热到70～120℃并保温；

(3)拉伸准备：将制好头的锡铋合金坯料依次从模座入口处捅开软塞、穿过拉伸模具，捅开模座出口软塞，并将制头夹于拉拔机中；启动冷却器，以一定的喷水或喷气量喷于模座出口外的锡铋合金焊丝部分；

(4)拉伸：拉拔机以较为缓慢的速度启动，在拉拔机的作用下，锡铋合金焊丝制品将被缓慢拉出；此后拉拔机逐渐加速到一定速度，实现锡铋合金焊丝的稳定拉伸成型；

由于拉伸液在将模座的入口处会有一定的溢出，溢出的溢液进入到溢液循环装置的溢液容器中，当液面高度过低时，打开溢液循环装置的水泵，使拉伸液回流到模座内。

5.根据权利要求4所述的拉伸成型方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(5)待锡铋合金焊丝制品经拉拔机拉出一定长度后，将其绕于收卷机上，并启动收卷机，使其与拉拔机联动，通过自动控制使两者线速度保持一致。