CN105772521B - 一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热‑拉丝‑精拉整形‑冷却的丝材制备方法和装置，该装置主要包括感应加热机构、拉丝模具、精拉整形处理机构、冷却机构、保护气槽，以及密封圈。该拉丝装置适用于高强焊丝和金属导线的制造。本发明采用非接触式感应加热，能够快速将待拉丝材(或线材)加热到一定温度，并提高其塑韧性，便于拉丝。本装置可以提供气体保护，有效防止丝材在加热拉拔过程中被氧化。本发明的丝材制备方法集感应加热、拉丝、精拉整形、组织控制等功能于一体。

Description

一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置
技术领域
本发明属于丝材制备技术领域，具体为一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备方法和装置，适用于高强难拉焊丝和金属导线等丝材的生产。
背景技术
高强焊丝在拉拔过程中，由于其强度硬度高，容易发生脆断、粗细不均、损坏挤压模等问题。同时需要多次的拉拔，才能获得一定直径的焊丝，生产效率低下。而本发明可提供感应加热和精拉整形功能，可在短时间内将棒材加热至所需温度，提高棒材的塑韧性，也减小了杆材对挤压模的摩擦破坏，提高了拉丝效率和表面成形质量。
金属导线，如铜杆和铝杆在拉丝机上拉拔的过程中，会发生硬化、变脆，为了恢复单丝的塑性，保持良好的电气性能，因此需要将线材在一定的温度下进行热处理即退火处理。目前常见的退火拉丝机的退火设备主要由退火罐、加热丝等组成，它通过把单丝放置在一个加热的容器内达到退火的目的，该设备的主要优点是设备简单、易维护，缺点是耗电大、单丝性能不稳定，退火周期长、效率低。而本发明提供的装置具有加热和冷却功能，可以实现拉拔与组织控制一体化的功能。
查阅现有的焊丝及导线等丝材制造技术，大多采用分步加热、拉丝、整形、热处理等措施，来保证获得高质量的焊丝和导线等丝材，并没有发现具有集原位加热-拉丝-精拉整形-冷却功能于一体的方法及装置。而本发明提供了一种集感应加热、拉丝、精拉整形、组织控制等功能于一体的高质高效的丝材制备方法与装置，可用于高强难拉焊丝和金属导线等丝材产品的生产。
发明内容
本发明的目的是提出了一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置及其方法，适用于高强难拉焊丝和金属导线等丝材的生产。
本发明的技术方案为：
一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置，在拉丝方向依次设置第一密封圈、感应加热机构、拉丝模具、精拉整形处理机构、冷却机构以及第二密封圈；所述的感应加热机构包括陶瓷基体与感应线圈，感应线圈埋置在陶瓷基体上，所述的陶瓷基体内设有第一保护气槽，所述的冷却机构中设有第二保护气槽。
所述的感应加热线圈区域为加热区域，所述的拉丝模具区域为拉丝变形区域，所述的精拉整形处理机构区域为表面修复整形区域，所述的冷却机构区域为冷却控温区域。
如上所述的感应线圈与陶瓷基体的内侧之间铺置绝热绵。
如上所述的保护气槽的气体流通方向为由外向内。
如上所述的冷却机构中也设有保护气槽对打磨后的丝材冷却过程提供气体保护。
如上所述的拉丝模具中设有冷却水槽。
如上所述的精拉整形处理机构为管状结构，其内径和拉丝模具出口端直径相等；精拉整形处理机构需经淬火处理增加表面耐磨性；精拉整形处理机构工作时，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理。
一种基于加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材装置的制备方法，其特征在于，包括具体步骤如下：
第一步，根据待拉丝材的直径Φ0和目标丝材的直径Φ目标，选择孔径为Φ1，Φ2、Φ3，……，Φn的拉丝模具和精拉整形机构，其中Φ0>Φ1>Φ2>Φ3>……>Φn＝Φ目标，且Φi—Φi+1≤ξ·Ψ·Φi，i＝0,1,2…n-1，其中ξ为常数，为0.2～0.6，Ψ为材料断面收缩率，n为拉丝次数；
第二步，待拉丝材进入感应加热线圈区域，调节感应加热电流，将待拉丝材加热至预热温度区间；感应加热机构内的保护气槽通入保护气；
第三步，预热后的待拉丝材进入拉丝模具，拉压成Φ1的丝材，同时拉丝模具中通有冷却水；
第四步，拉压处理后的丝材进入精拉整形处理机构，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理；
第五步，精拉整形处理后的丝材进入冷却机构。在冷却机构中的水冷槽和气保槽分别通入冷却水和保护气，将精拉整形处理后的丝材冷却至室温后拉出冷却装置；
第六步，将冷却后直径为Φ1丝材依次进入直径为Φ2、Φ3…、Φ目标的拉丝模具和精拉整形处理机构的拉丝机构中，重复上述步骤，最终获得直径为Φ目标的丝材或线材精拉整形处理机构工作时，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理。
第二步中，保护气流速为10L/min～35L/min。
第五步中，保护气流速为10L/min～35L/min。
其中，预热温度区间为待拉丝材的塑性温度的20％至50％。
本发明提供的方法及装置还可以对棒材进行拉丝。
本发明相对于现有技术相比具有如下显著优点：
1)该装置采用非接触式的高频感应加热方法加热待拉棒材(或丝材)，可以在短时间内将待拉棒材(或丝材)加热至一定温度以提高其塑性，避免长时间加热引起待拉棒材(或丝材)晶粒长大造成性能下降的影响。
2)陶瓷感应加热机构中靠陶瓷环内侧安置有保护气槽，可以提供气体保护，且保护气槽的流通方向为由外向内，由于热焊丝的热辐射作用，可以预热保护气，提高保护气的分压和在加热腔里的停留时间。
3)拉丝模具中安设有冷却水槽，可以及时降低拉丝模具的温度，避免由于温度过高出现粘刀的问题。
4)冷却机构中也设有保护气槽对整形修复后的丝材进行冷却处理，同时可以提供气体保护，避免了未冷却到较低温度而被空气氧化的情况。对于在加热拉拔过程中易逸出合金元素的丝材，可通入对应保护气体增大其分压，减少加热拉拔过程中丝材中合金元素的逸出。
5)本发明提供了的一种集感应加热、拉丝、精拉整形、组织控制等功能于一体的高质高效的丝材制备方法与装置，可用于高强难拉焊丝和金属导线等丝材产品的生产，生产效率高，且棒材或丝材成型及性能好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是拉丝模具6沿A-A的截面图。
其中，1a-待拉丝材，2-第一密封圈，3-第一保护气槽，4-陶瓷基体，5-感应线圈，6-拉丝模具，7-精拉整形处理构件，8-冷却机构，9-第二保护气槽，10-第二密封圈，1b-拉完的丝材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置：在拉丝方向依次设置第一密封圈2、感应加热机构、拉丝模具6、精拉整形处理机构7、冷却机构8以及第二密封圈10；所述的感应加热机构包括陶瓷基体4与感应线圈5，感应线圈5埋置在陶瓷基体4上，所述的陶瓷基体4内设有第一保护气槽3，所述的冷却机构中设有第二保护气槽9。
所述的感应线圈5与陶瓷基体4的内侧之间铺置绝热绵。
所述的保护气槽的气体流通方向为由外向内。
冷却机构8中也设有保护气槽对打磨后的丝材冷却过程提供气体保护。
所述的拉丝模具6中设有冷却水槽。
精拉整形处理机构7为管状结构，其内径和拉丝模具出口端直径相等；所述的精拉整形处理机构7经淬火处理增加表面耐磨性
实施例一
高氮钢丝材的生产
采用一种基于加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材装置的制备方法生产高氮钢丝材，包括具体步骤如下：
第一步，根据待拉丝材的直径Φ0和目标丝材的直径Φ目标，选择孔径为Φ1，Φ2、Φ3，……，Φn的拉丝模具和精拉整形机构，其中Φ0>Φ1>Φ2>Φ3>……>Φn＝Φ目标，且Φi—Φi+1≤ξ·Ψ·Φi，(i＝0,1,2…n-1)，其中ξ为常数，一般取0.2～0.6，Ψ为材料断面收缩率，n为拉丝次数。
高氮钢预热温度区间为300℃～500℃，选用氮气作为保护气。
根据待拉丝材种类确定预热温度区间和通保护气的种类及通气速率，对于在加热拉拔过程中易逸出合金元素(如氮元素)的丝材，可通入对应保护气体增大其分压，减少加热拉拔过程中丝材中合金元素的逸出。
第二步，待拉丝材进入感应加热区域，调节感应加热电流，将待拉丝材加热至300℃～500℃；感应加热机构内的保护气槽通入氮气保护气，保护气流速一般为10L/min～35L/min。
第三步，预热后的待拉丝材进入拉丝模具，拉压成Φ1的丝材，同时拉丝模具中通有冷却水；
第四步，拉压处理后的丝材进入精拉整形处理机构，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理。
第五步，精拉整形处理后的丝材进入冷却机构。在冷却机构中的水冷槽和气保槽分别通入冷却水和氮气保护气，氮气保护气流速为10L/min～35L/min，将精拉整形处理后的丝材冷却至室温后拉出冷却装置；
第六步，拉出的直径为Φ1的丝材依次进入直径为Φ2、Φ3…、Φ目标的拉丝模具和精拉整形处理机构的拉丝机构中，重复上述步骤，最终获得直径为Φ目标的高氮钢丝材或线材。
实施例二
铜导线的生产
与实例一不同是铜导线在拉丝过程中，对温度的控制要求比较高。同时，所需的保护气也不同，此处用氩气作为保护气。
采用一种基于加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材装置的制备方法生产铜导线，包括具体步骤如下：
第一步，根据待拉丝材的直径Φ0和目标丝材的直径Φ目标，选择孔径为Φ1，Φ2、Φ3，……，Φn的拉丝模具和精拉整形机构，其中Φ0>Φ1>Φ2>Φ3>……>Φn＝Φ目标，且Φi—Φi+1≤ξ·Ψ·Φi，(i＝0,1,2…n-1)，其中ξ为常数，一般取0.2～0.6，Ψ为材料断面收缩率，n为拉丝次数。
铜丝材预热温度区间为250℃～450℃，选用氩气作为保护气。
第二步，待拉丝材进入感应加热区域，调节感应加热电流，将待拉丝材加热至300℃～500℃；感应加热机构内的保护气槽通入氩气保护气，保护气流速一般为10L/min～35L/min。
第三步，预热后的待拉丝材进入拉丝模具，拉压成Φ1的丝材，同时拉丝模具中通有冷却水；
第四步，拉压处理后的丝材进入精拉整形处理机构，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理。
第五步，精拉整形处理后的丝材进入冷却机构。在冷却机构中的水冷槽和气保槽分别通入冷却水和氩气保护气，氩气保护气流速一般为10L/min～35L/min，将精拉整形处理后的棒材或丝材冷却至室温后拉出冷却装置；
第六步，拉出的直径为Φ1丝材依次进入直径为Φ2、Φ3…、Φ目标的拉丝模具和精拉整形处理机构的拉丝机构中，重复上述步骤，最终获得直径为Φ目标的铜导线。

Claims (3)

1.一种加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置，其特征在于：在拉丝方向依次设置第一密封圈、感应加热机构、拉丝模具、精拉整形处理机构、冷却机构以及第二密封圈；所述的感应加热机构包括陶瓷基体与感应线圈，感应线圈埋置在陶瓷基体上，所述的陶瓷基体内设有第一保护气槽，所述的冷却机构中设有第二保护气槽；所述的精拉整形处理机构为管状结构，其内径和拉丝模具出口端直径相等；精拉整形处理机构工作时，与拉丝模具配合，拉丝模具将丝材在圆周方向固定，精拉整形处理机构旋转，对拉完的丝材进行整形修复处理；所述的感应线圈与陶瓷基体的内侧之间铺置绝热绵；所述的精拉整形处理机构经淬火处理增加表面耐磨性。
2.根据权利要求1所述的加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置，其特征在于，所述的保护气槽的气体流通方向为由外向内。
3.根据权利要求1所述的加热-拉丝-精拉整形-冷却的丝材制备装置，其特征在于，所述的拉丝模具中设有冷却水槽。
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