[发明专利]一种有模/无模一体化集成拉拔工艺与装置

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，特别是提供了一种有模/无模一体化集成拉拔工艺与装置。

背景技术

金属管材、棒材、型材、线材及丝材等拉拔制品在国民经济和国防军工中具有广泛而重要的用途。随着国民经济、国防军工和高新技术的快速发展，对拉拔金属制品的需求量越来越大，性能要求也越来越高。而且，进入21世纪以来，环境恶化、资源与能源短缺的现状向制造业提出了新的挑战，要求金属制品的拉拔加工向短流程、近终形、高效率、低成本、节能降耗的方向发展，提高传统拉拔金属制品的质量，改善难加工金属的拉拔加工性能，开发高附加值拉拔金属制品成为主要的发展趋势。

目前生产金属制品的拉拔工艺包括有模拉拔和无模拉拔两种[温景林，等. 有色金属挤压与拉拔技术[M]. 北京：化学工业出版社，2007]。

在有模拉拔生产金属制品中，最常采用的是固定模拉拔工艺。采用该工艺成形金属制品具有尺寸精确、表面光洁以及拉拔工具与装置简单、维护方便等优点，但存在着拉拔道次多、道次断面缩减率小、模具寿命短、拉断频率高、制品表面易划伤和产生裂纹、中间退火次数多、生产周期长、成材率低以及制品质量与性能的一致性与稳定性难以保证等问题，一些高强度、高摩擦、低塑性的难加工金属制品采用固定模拉拔工艺很难成形，严重制约了难加工金属制品的开发和应用[Manel Rodríguez Ripoll，et al. Reduction of tensile residual stresses during the drawing process of tungsten wires[J]. Materials Science and Engineering A，2010，527（13-14）：3064-3072]。

为了解决固定模拉拔工艺生产金属制品时存在的问题，相继开发了反张力拉拔、振动拉拔、辊模拉拔和电塑性拉拔等拉拔新工艺，在降低拉拔力和能源消耗，增加道次断面缩减率，减少摩擦力，延长模具使用寿命，提高拉拔速度和生产效率，防止咬粘模壁，降低拉断率，提高制品表面质量和改善力学性能等方面起到了不同程度的积极作用。但是，由于这些拉拔工艺仍然采用了模具，与固定模拉拔工艺一样，同样存在着道次断面缩减率较小，所需拉拔力较大，能源和金属消耗较大，生产成本较高等问题。

为了克服上述有模拉拔工艺存在的问题，20世纪70年代开发了无模拉拔工艺，通过采用感应加热器（或电阻丝加热器、激光加热器、介电加热器等方式）将金属局部加热到高温，以设定的速度拉拔金属，通过喷水（或其他液体和气体）冷却器来冷却控制局部变形，获得恒截面或变截面的制品[You Huh，et al. Dieless drawing steel wires using a dielectric heating method and modeling the process dynamics[J]. Journal of Materials Processing Technology，2010，210（13）：1702-1708]。该工艺是一种不使用传统拉拔模具而进行金属拉拔的柔性加工方法，具有一系列突出的优点：属于热加工工艺，拉拔过程无摩擦、无润滑，特别适用于塑性差、易粘模、高强度、高摩擦、采用常规拉拔工艺很难加工的金属材料的加工；采用在线加热，成形过程易于控制；所需拉拔力小；单一道次能获得较大的断面缩减率；拉拔后金属表面氧化少；装置规模小，灵活性高，不受模具限制，具有通用性，易实现自动控制；高效率、低能耗、无污染，无模具消耗，金属利用率高，生产成本低。但是，由于无模拉拔中无模具约束，呈自由变形状态，与有模拉拔工艺相比，存在着工艺参数波动性较大，成形过程稳定性与一致性难以控制，制品尺寸均匀性差（例如线材表面沿轴向易产生波浪形或竹节状缺陷）、制品质量不稳定，拉拔过程中易拉断等问题，严重制约了无模拉拔工艺的推广应用[M D Naughton，et al. An experimental analysis of the dieless drawing process (Variant B) using ELI grade Ti-6AL-4V wire alloy[J]. Journal of Engineering Manufacture，2008，222（2）：225-236]。