[发明专利]一种激光辅助无模拉丝成形的方法和装置

说明书

本发明涉及一种拉丝成形方法和装置，特指一种激光辅助无模拉丝成形的方法和装置。将待加工的金属丝放置在待处理区域；通过控制器控制进给轮的角速度控制金属丝的进给速度；当金属丝通过进给轮后进入金属丝定位和保护装置时，使用激光束对金属丝进行快速照射加热，使材料达到变形温度范围；经过加热后的金属丝进入牵引轮，通过控制器控制牵引轮的角速度控制金属丝的牵引速度；如此反复完成金属丝的拉丝成形。本发明实现高效率、无摩擦、无润滑的无模拉丝加工。使用高精度、高柔性的激光作为热源，可以很好地控制时间以及空间热量输入，避免金属丝拉伸过程中温度偏差导致的断裂。同时在拉丝过程中优化显微组织，提高了金属丝的综合机械力学性能。

技术领域

本发明涉及一种拉丝成形方法和装置，具体涉及一种激光辅助无模拉丝成形的方法和装置。

背景技术

高强度合金丝材在工业上应用十分广泛，例如钨合金丝材广泛用于电光源和电子管等工业领域。直径仅为24μm的镍钛合金丝材广泛用于核聚变、旋转机器、磁浮列车、超导储能系统、磁分离、磁医疗、人体核磁成像及电子显微镜等方面。目前，国内外对合金丝材的主要加工方法是拉丝工艺。拉丝(Wire Drawing)是一种金属加工工艺。在金属压力加工中，在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的技术加工方法称为金属拉丝工艺。使其改变形状、尺寸的工具称为拉丝模。在拉拔过程中，拉丝模承受较大的摩擦力、压力和拉力；拉丝模一般采用硬质合金模或金刚石模，成本较高；由于摩擦的存在，拉拔过程中加剧应力和变形不均匀分布，使金属的变形抗力增加，降低模具的使用寿命及产品的表面质量；拉拔时如果提高变形温度可以使加工硬化过程减弱，金属变形抗力降低，拉拔力减小，但由于温度的提高也可能降低润滑剂润滑性能，而导致摩擦力增加，变形力增大，因此拉拔时变形材料的最佳变形温度较难确定。

激光本身具有加热速度快、温度和能量控制精确、加热区域集中等优点。目前拉丝加工所采用的加热源，如感应线圈、电阻、加热槽等。但这些加热源的温度和时间无法得到精确地控制，缺乏必要的控制时间以及空间热量输入，进而导致成形金属丝的表面质量变差，几何形状不精确，以及较长的生产周期。另外空气氧化会在金属丝表面形成裂纹网络，从而降低金属丝的拉伸性，并导致进一步的拉丝困难。

发明内容

本发明的目的之一，为了解决上述问题，本发明提出了一种激光辅助无模拉丝成形的方法，包括以下步骤：

1)将待加工的横截面直径为d₁的金属丝放置在待处理区域。

2)通过控制器控制进给轮的角速度控制金属丝的进给速度V₁。

3)当金属丝通过进给轮后进入金属丝定位和保护装置时，使用激光束对金属丝进行快速照射加热，使材料达到变形温度范围；同时充入保护气体，防止金属丝表面氧化；

4)经过加热后的金属丝进入牵引轮，通过控制器控制牵引轮的角速度控制金属丝的牵引速度V₂，得到横截面直径为d₂的金属丝，其中V₂＞V₁，并且V₁×d₁²＝V₂×d₂²。

5)如此反复完成金属丝的拉丝成形。

本发明目的之二，提供了一种激光辅助无模拉丝成形的装置，其特征在于：包括控制器、进给轮、进给轮控制电机、牵引轮、牵引轮控制电机、压力轮、金属丝定位和保护装置、激光器，所述进给轮通过进给轮控制电机控制其角速度，所述牵引轮通过牵引轮控制电机控制其角速度，所述金属丝定位和保护装置和激光器位于进给轮和牵引轮之间，金属丝定位和保护装置位于激光器正上方，激光器的激光束是以垂直的方向穿过金属丝定位和保护装置的上表面辐照在金属丝表面，所述控制器分别与进给轮控制电机和牵引轮控制电机电连接。