[发明专利]一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺

说明书

本发明提供一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺，包括以下步骤：1)将形状记忆合金丝材的两端固定后，作为应力加载段，分别施加预应力；2)再对形状记忆合金丝材的两端施加拉伸应力，使丝材从两侧向外拉伸变形，形成延伸变形段，然后对丝材进行电脉冲加热后停电冷却；3)重复步骤2)后，再进行拉伸处理，以提供所需形状的穿模尖头。本发明提供的一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺，通过脉冲电加热和拉伸应力控制结合，提高了常规热拉法制备穿模尖头的长度，值得行业推广。

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺。

背景技术

自20世纪80年代以来，形状记忆合金被用于各种商用机器人系统，替代部分电动或液压马达等传统驱动方式，应用领域包括微创手术和结肠镜检查，微型驱动器和夹具，水下机器人，假肢，自重构机器人，自动机器人，管内机器人和并联机械手等。在微型驱动器中使用形状记忆合金材料有许多优点，比如单位质量输出功优异、轻量化、静音驱动、结构简单等。

目前形状记忆合金作为驱动元件材料的最主要使用形式是弹簧和丝材。特别在微型化方向，丝材逐步替代弹簧成为主流驱动元件。形状记忆合金丝材，尤其是微米级丝材的加工制备是该工业领域的关键步骤。形状记忆合金微丝通常是通过连续冷拔并结合真空退火工艺来实现的。每一道拉拔工艺过程包括：尖头成型、模具穿丝、装载和拉拔。其中，尖头成型技术对于拉拔工艺的效率优化非常重要，其关键在于尖头形状的控制。

传统金属丝材拉拔过程中的尖头成型工艺包括化学腐蚀法和热拉延伸法两种。化学腐蚀法涉及强酸溶液的配制，特别是针对钛合金而言，需要使用氢氟酸，对环保防护方面的要求极高。热拉延伸法是指在设定恒应力下，通过电加热软化丝材，直至拉断，自然形成尖头。但是在处理微米级细丝时，这种方面无法实现尖头形状的控制，问题在于：1)材料热拉法形成的尖头形貌取决于泊松比，即长径比是恒定的，细丝直径过小，尖头长度也短，无法穿过拉丝模具；2)电加热模式下，丝材失去加工硬化机制，导致局部温度升高，熔断过程加速，尖头径向长度更短。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺，基于形状记忆合金特殊的相变和超大拉伸应变相耦合的特点，提出一种冷热交替式延伸技术，通过脉冲电加热和拉应力控制结合，大幅度提高尖头的长径比，适合于微米级形状记忆合金丝材拉拔预处理中的尖头加工。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种形状记忆合金拉丝过程中穿模尖头制备工艺，包括以下步骤：

1)将形状记忆合金丝材的两端固定后，作为应力加载段，分别施加预应力；

2)再对形状记忆合金丝材的两端施加拉伸应力，使丝材从两侧向外拉伸变形，形成延伸变形段，然后对丝材进行电脉冲加热后停电冷却；

3)重复步骤2)后，再进行拉伸处理，以提供所需形状的穿模尖头。

优选地，步骤1)中，所述形状记忆合金为镍钛形状记忆合金。

优选地，步骤1)中，所述形状记忆合金丝材选取为丝材头部段。

优选地，步骤1)中，所述形状记忆合金丝材的两端采用夹头加持固定。所述夹头为专用于固定丝材的金属夹头。

优选地，步骤1)中，所述应力加载段的长度为3-20cm。

优选地，步骤1)中，所述预应力的应力值为30～80MPa。

优选地，步骤2)中，所述丝材从两侧向外拉伸变形的延伸量，为所述丝材拉伸变形达到断裂时的延伸量的70～90％。从而确保丝材进入马氏体塑性变形区。所述丝材拉伸变形达到断裂时的延伸量为所述丝材的断裂延伸率，所述断裂延伸率为40-60％。