CN1807006A - 低塑性有色金属异型线材成型工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属线材加工成型工艺及专用设备，特别适用于低塑性难加工有色金属异型线材的加工成型。属金属线材加工技术领域。工艺流程为：A.采用圆线直接旋锻开坯，开坯圆线直径应是异型材截面最大尺寸的140％～150％；B.开坯加工初期截面呈近似圆形时加工率取值15～20％；加工中期加工率取值10～15％；加工后期异型材截面呈近似型或预成型时加工率取值8～10％；C.随加工进程加工率取值逐渐变小，且取值愈加均匀；D.加工过程中应进行数次退火处理；E.加工时应在该专用设备中装卸多套异型锻模。旋锻加工设备是采用锤头、异型锻模及加工材料三者不转动，滚子绕着锤头转动的方式。本发明工艺提高低塑性难加工有色金属异型线材加工成型过程中异型坯料的变形均匀性，减少由于变形不均匀导致材料形成裂口和裂纹的缺陷，提高异型材的成材率，设备所需的驱动力较小，运转成本低，设备工具和模具寿命高，是满足不同批量生产需求的异型线材成型设备。
Description
技术领域：本发明涉及一种金属线材加工成型工艺及专用设备，特别适用于低塑性难加工有色金属异型线材的加工成型。属金属线材加工技术领域。
背景技术：金属异型材传统工艺是挤压开坯后，可以用三辊或四辊辊拉模拉轧呈预成型，然后经固定模多道次拉制成品，也有工艺是将预成型产品经轧机精密轧制而成，对普通塑性好、延伸率好的材质采用轧制、拉伸的方法比较奏效，但对于高镍铅锌白铜、弥散强化铜等成分复杂，含有低熔点相或金属间化合物的材料，该类材料塑性低，可加工性极差，采用轧制、拉伸等常规线材压力加工方法困难甚大，工艺流程长，产品成材率低，加工成本高，有时甚至无法获得最终产品，所以对该类材料加工必须另辟新途。特别是眼镜用铰链异型材具有多品种、小批量、更换频繁的特点，加工中不宜采用高速轧制或高速拉伸的方法。旋锻加工方式能有效改善加工中该类材料的受力状况，具有明显的加工优势，但圆线和异型线的加工无论原理、方法都有较大差别。
发明内容：本发明的目的在于克服上述现有低塑性难加工合金异型线材的加工，因其量少且加工困难，所以轧制法、拉拔法存在技术及经济指标均较低的不足，发明一种异型线材加工成型的冷锻工艺及专用设备，提高低塑性难加工有色金属异形线材加工成型过程中异型坯料变形均匀性，减少由于变形不均匀导致材料形成裂口和裂纹的缺陷，提高异型线材的成材率，设备所需的驱动力较小，运转成本低，设备工具和模具寿命高，所采用的设备和工艺可满足不同批量异型线材生产的需求。
本发明低塑性有色金属异型材是通过下列的加工工艺和设备完成的：工艺流程为：A、采用圆线直接旋锻开坯，开坯圆线直径应是异型材截面最大尺寸的140％～150％；B、开坯加工初期截面呈近似圆形时加工率取值15～20％，加工中期加工率取值10～15％；加工后期异型材截面呈近似型或预成型时加工率取值8～10％；C、加工过程中应进行数次退火处理；D、随加工进程加工率取值逐渐变小，且取值愈加均匀、E、加工时应在该专用设备中装卸多套异型锻模。旋锻加工为冷锻且材质为低塑性有色金属异型线材。
本发明低塑性有色金属异型线材成型设备：由动力机构、大皮带轮、主传动轴和外壳组成的低塑性有色金属异型材的加工设备，大皮带轮带动主传动轴旋转，其特征在于所述外壳一侧装有支撑板、导入嘴和支承定位板，外壳另一侧装有主传动轴；所述主传动轴与滚子隔离环两者之间互为拨叉且用螺栓紧接，十字叉轴、滚子隔离环、滚子及滚子外圈装于外壳内，且滚子外圈和外壳之间有较大的过盈配合；所述十字叉轴内部依序装有数个旋锻锤头、数个直角衬板和数个异型锻模，滚子隔离环一侧装有滚子环压板，而另一侧装有定位轴承；所述滚子隔离环带动滚子围绕锤头、异型锻模及加工材料转动，动力由滚子依次传递至锤头、异型锻模，最后作用于加工材料。
相邻两个直角衬板之间留有径向空隙，所述锤头和异型锻模装在空隙中，且锤头锤头面能与滚子接触，锤头和异型锻模能作径向往复滑动。所述直角衬板、锤头、异型锻模形状相互匹配且数量为相互对应的偶数。所述锤头为压缩型，数量最好是4个，异型锻模为四瓣异型模。定位轴承、支承定位板、十字叉轴和主传动轴四个部件保持同轴心即在一条直线上。导入嘴用螺钉连接在支承定位板上，支承定位板用螺钉连接在支撑板上，支撑板用螺钉连接在外壳上，导入嘴、支承定位板、支撑板和外壳四个部件中两两之间均有配合关系。所述旋锻机前后设置有进料机构和接料机构，所述外壳上加装隔音罩，所述加工设备按所加工材料大小制造为大型机10～20mm、中型机8～12mm和小型机5～10mm三类。
本发明低塑性有色金属异型材的原理是：低塑性有色金属异型材的旋锻，其加工率的取值应按照坯料取大值、已加工料取小值的原则，即在旋锻过程中加工率应逐渐变小，原因是坯料组织疏松、已加工料组织致密。在开坯初期即加工截面近似圆形时，异型线材的加工率可与圆线一样取大值，但到加工中后期，特别是到了近似型或预成型时，加工率要取小值，且要求均匀，否则加工的异型线材容易发生歪扭。一般的取值范围是大加工率15～20％；中加工率10～15％；小加工率8～10％。根据加工率和设备结构，可按异型线截面最大尺寸将旋锻机分为三类：大型机10～20mm，中型机8～12mm，小型机5～10mm。
加工一些小规格的异型材时，可先将圆线旋锻至相应直径，然后再异型开坯，开坯圆线直径应是异型材截面最大尺寸的140％～150％。
在异型线材的旋锻加工中，由于高镍铅锌白铜、弥散强化铜线材均不宜采用拉轧开坯，应采用圆线直接旋锻开坯，而且异型线材的规格应和开坯圆线相对应，异型材加工和圆线相比需要模具更多，加工道次和中间退火次数也较多。每加工一种异型材，均配有多套异型锻模。采用四锤头旋锻方式，目的是既可以得到较理想的压缩变形力，又可使设备结构较为简单。
本发明低塑性有色金属异型材的加工过程是：旋锻加工是靠异型锻模(15)之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。对异型材而言，因加工材料各个锻击面形状不一样，旋锻时每个异型锻模(15)锻击接触面所受压应力也不同，而且加工时锤头(14)、异型锻模(15)及异型锻模(15)所夹持的加工材料三者都不转动。施加压应力的滚子(16)随主传动轴围绕锤头(14)转动，旋锻时主传动轴每转动一周，每个锤头被四个滚子(16)分别锻击一次，从而将动力由锤头(14)传至异型锻模(15)，直至作用在异型坯料上，完成了对加工材料的数次锤击。由于主传动轴高速旋转，每个道次的加工量是通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，每次锤击的加工量比较小，加工坯料每次都受到均匀分布在周向上的压缩变形，从而消除加工坯料内部的气孔、空洞等缺陷，破碎粗大的晶粒，改变材料的组织结构，为进一步保证低塑性异型线材的加工性能，在加工工艺过程中，依据其特性，对加工坯料选择进行一次或者多次退火处理，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率。
本发明异型线材的规格应与开坯圆线大小相对应，加工一些小规格的异型材时，可先将圆线旋锻至相应直径，然后再异型开坯，异型材加工和圆线相比需要更多模具，而且强调加工率的均匀性，以防异型材成品歪扭。
本发明低塑性有色金属异型材加工设备的原理是：如图1所示，大皮带轮(11)带动主传动轴(10)旋转，主传动轴(10)与滚子隔离环(7)之间互为拨叉且用螺栓紧接，锤头(14)、异型锻模(15)置于十字叉轴(8)中，但十字叉轴(8)不随主传动轴(10)旋转，所以锤头(14)、异型锻模(15)及加工材料三者也不转动，锤头(14)、异型锻模(15)在十字叉轴(8)中的背衬板(6)上沿直角衬板(13)的直角边作径向往复滑动，加工材料的动力由滚子(16)依次由锤头(14)施加于异型锻模(15)和待加工线材上，瞬间完成锻击加工一次后，异型锻模(15)的开启由后续加工线材喂进、弹簧(17)共同作用完成。对于异型锻模(15)，导入嘴(1)既起到将加工坯料引导入模腔内，又起到端面定位作用。整个加工过程中需要使用、检查和更换异型锻模(15)，故每次检查、更换异型锻模(15)时，本发明设备仅需拆下导入嘴(1)就能完成快速更换异型锻模(15)的过程，无需再拆下其它封板，设备结构设计巧妙。本发明使用定位轴承(9)和支承定位板(2)是为了保证十字叉轴(8)和主传动轴(10)之间的同心度，因此安装时四个部件的轴向应保持在一条直线上。由于导入嘴(1)、支承定位板(2)、支撑板(3)和十字叉轴(8)四个部件的轴心应保持在同一条直线上，故导入嘴(1)、支承定位板(2)、支撑板(3)和外壳(5)四个部件中两两之间均有配合关系。
支撑板(3)既起到支承定位板(2)、导入嘴(1)、十字叉轴(8)的作用，同时也起到对滚子外圈(12)的轴向定位作用。滚子环压板(4)的作用是将滚子定位在滚子隔离环(7)中。滚子外圈(12)和外壳(5)之间有较大的过盈配合，需要热装配。
本发明异型旋锻机使用时发出的噪声相对较大，为减少噪声，本发明可将锤头(14)设计为压缩型，并在整台设备外加装隔音装置。本发明旋锻机不仅可加工原始坯料，而且可加工已加工过材料。
本发明所带来的积极效果和优点：旋锻方法，可以显示出如下优点：
(1)异型材加工变形量大，旋锻工艺的变形程度远大于挤压和拉拔。
(2)异型材变形均匀，材料内部处于三个方向压应力状态，周向均匀压缩，不会因变形不均匀导致材料形成裂口和裂纹，且异型材也不会发生扭曲。
(3)所需变形力小，工具、模具寿命高。
(4)设备所需的驱动力较小，采用小功率的电机作为动力源，运转成本低。
附图说明：下面附图中所示为实施例设备结构图、工艺流程图和加工截面包络图，对本发明作进一步描述。但本发明保护范围不限于实施例。
图1为本发明低塑性有色金属异型线材成型工设备——异型旋锻机结构剖示图。
图2为图1所示异型材旋锻机A-A方向的剖示图。
图3为采用低塑性有色金属异型线材成型工艺制作异型材(PR75)的工艺流程示意图。
图4为加工图3所示异型材(PR75)的加工截面包络图。
图5为采用本发明低塑性有色金属异型线材成型工艺成型方法制作异型材(PR216)的工艺流程示意图。
图6为加工图5所示异型材(PR216)的加工截面包络图。
图1和图2中：1-导入嘴；2-支承定位板；3-支撑板；4-滚子环压板；5-外壳；6-背衬板；7-滚子隔离环；8-十字叉轴；9-定位轴承；10-主传动轴；11-大皮带轮；12-滚子外圈；13-直角衬板；14-锤头；15-异型锻模；16-滚子；17-弹簧。
具体实施方式：图3与图4、图5与图6分别是两种形状的有色金属异型材料的加工流程图和加工截面包络图，旋锻加工这两种异型材时，应按该流程图，预先制作好多副不同的异型锻模(14)，加工过程中装配不同规格的异型锻模(14)，最终完成加工截面包络图中的异型材旋锻加工过程。
旋锻加工设备结构如图1和图2所示，图1从图2轴心方向的剖示图。图中锤头(14)置于十字叉轴(8)中，但十字叉轴(8)不随主传动轴(10)旋转，所以锤头(14)、异型锻模(15)均不转动；而滚子(16)随主传动轴(10)旋转，在围绕锤头(14)转动的过程中时将动力传递给锤头(14)，最终将加工材料锤锻成型。
旋锻加工设备前后设置有进料机构和接料机构，便于加工材料的进料和出料。旋锻加工设备的外壳(5)上加隔音罩，以减少噪音污染。旋锻加工设备按所加工材料尺寸大小，可依次或同时使用一台大型机10～20mm；一台中型机8～12mm和一台小型机5～10mm。
因弥散强化铜成品多以圆线状态供货，故异型线材的旋锻加工以高镍铅锌白铜铰链(含镍17％～19％)为主，该材质圆线坯来自水平连铸铸线机(呈盘元)，而弥散强化铜则是用锭子挤压开坯(呈直条)。如图3、图4和图5、图6所示，为两种铰链的旋锻加工流程图和加工截面包络图。
旋锻加工PR156异型材的工艺过程：图3、图4为该异型材的加工流程图和加工截面包络图。旋锻加工中依据的原则是后一级截面图形被前一级截面图形所包络。PR156截面在异型材中属对称型，产品截面最大尺寸为4.5mm，放大150％后可推算出开坯圆线应为φ6mm，该圆线经第一级旋锻，得到鼓形截面，其最大宽高乘积为5.58×4.2mm，加工率估值约为17.1％；经第二级旋锻，得到扁鼓形截面，其最大宽高乘积为5.45×3.6mm，加工率估值约为16.3％，经第三级旋锻得到近似型，加工率为7.8％，随后采用650℃中间退火(呈盘元状态)，因为截面尺寸较小，所以退火温度取低值；再进行第五级旋锻，因为已采用过中间退火，加工硬化得到消除，故加工率取值可以适当取大值约为21.3％，但截面上各处的加工率要求均匀，近似型加工呈预成型后，再经精整得到PR156终产品，加工率取值较小而且均匀，约为10％。
旋锻加工PR216异型材工艺过程：图5、图6为该异型材的加工流程图和加工截面包络图，加工设备和加工原则相同，不再赘述。PR216截面在异型材中属非对称型，产品截面最大尺寸为5.9mm，放大150％后可推算出开坯圆线应为φ9mm，该圆线经第一级旋锻，得到椭圆截面，其最大截面积为51.39mm2，加工率为19.2％；经第二级旋锻，得到扁圆截面，其最大截面积为40.69mm2，加工率为20.8％，经第三级旋锻，得到腰鼓形截面，其最大截面积为33.25mm2，加工率为18.3％，采用680℃中间退火(呈盘元)状态；经第四级旋锻得到近似型，加工率为13.7％；再经第五、六级旋锻将近似型加工成预成型，加工率均为11％～12％，因为加工截面为非对称型，所以加工率的均匀性尤为重要。加工中再采用650℃中间退火一次，最后将预成型产品精整得到终产品，加工率取值较小为9％，同样也要求均匀。
Claims (9)
1、一种低塑性有色金属异型线材的加工工艺，其特征在于工艺流程为：
A、采用圆线直接旋锻开坯，开坯圆线直径应是异型材截面最大尺寸的140％～150％；
B、开坯加工初期截面呈近似圆形时加工率取值15～20％，加工中期加工率取值10～15％；加工后期异型材截面呈近似型或预成型时加工率取值8～10％；
C、加工过程中应进行数次退火处理；
D、随加工进程加工率取值逐渐变小，且取值愈加均匀。
E、加工时应在该专用设备中装卸多套异型锻模。
2.根据权利要求1所述的低塑性有色金属异型线材加工工艺，其特征在于旋锻加工为冷锻且材质为低塑性有色金属异型线材。
3.根据权利要求1或2所述低塑性有色金属异型材的加工设备，由动力机构、大皮带轮(11)、主传动轴(10)和外壳(5)组成，大皮带轮(11)带动主传动轴(10)旋转，其特征在于所述外壳(5)一侧装有支撑板(3)、导入嘴(1)和支承定位板(2)，外壳(5)另一侧装有主传动轴(10)；
所述主传动轴(10)与滚子隔离环(7)两者之间互为拨叉且用螺栓紧接，十字叉轴(8)、滚子隔离环(7)、滚子(16)及滚子外圈(12)装于外壳(5)内，且滚子外圈(12)和外壳(5)之间有较大的过盈配合；
所述十字叉轴(8)内部依序装有数个旋锻锤头(14)、数个直角衬板(13)和数个异型锻模(15)，滚子隔离环(7)一侧装有滚子环压板(4)，而另一侧装有定位轴承(9)；
所述滚子隔离环(7)带动滚子(16)围绕锤头(14)、异型锻模(15)及加工材料转动，动力由滚子(16)依次传递至锤头(14)、异型锻模(15)，最后作用于加工材料。
4.根据权利要求3所述的低塑性有色金属异型材的加工设备，其特征在于相邻两个直角衬板(13)之间留有径向空隙，所述锤头(14)和异型锻模(15)装在空隙中，且锤头(14)锤头面能与滚子(16)接触，锤头(14)和异型锻模(15)能作径向往复滑动。
5.根据权利要求4所述的低塑性有色金属异型材加工设备，其特征在于所述直角衬板(13)、锤头(14)、异型锻模(15)形状相互匹配且数量为相互对应的偶数。
6.根据权利要求3所述的低塑性有色金属异型材的加工设备，其特征在于所述锤头(14)为压缩型，数量最好是4个，异型锻模(15)为四瓣异型模。
7、根据权利要求3所述的低塑性有色金属异型材的加工设备，其特征在于定位轴承(9)、支承定位板(2)、十字叉轴(8)和主传动轴(10)四个部件保持同轴心即在一条直线上。
8.根据权利要求3所述的低塑性有色金属异型材加工设备，其特征在于导入嘴(1)用螺钉连接在支承定位板(2)上，支承定位板(2)用螺钉连接在支撑板(3)上，支撑板(3)用螺钉连接在外壳(5)上，导入嘴(1)、支承定位板(2)、支撑板(3)和外壳(5)四个部件中两两之间均有配合关系。
9.根据权利要求3所述低塑性有色金属异线型材加工设备，其特征在于所述旋锻机前后设置有进料机构和接料机构，所述外壳(5)上加装隔音罩，所述加工设备按所加工材料大小制造为大型机10～20mm、中型机8～12mm和小型机5～10mm三类。
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