智能化无模拉拔成形设备及其工艺制造技术

一种智能化无模拉拔成形设备及其工艺，属于金属压力加工技术领域。设备包括智能化自动控制系统、送料和牵引系统、测温与加热系统、冷却系统、保护气体供给系统。工艺为：首先松开自动压下装置，将待拉拔棒料依次穿过送料辊、感应加热线圈、玻璃管、冷却水环和牵引辊；然后，启动自动压下装置压紧坯料；启动计算机控制程序后坯料在两对送料辊的作用下，以速度Ｖｉ向前移动；同时，坯料在两对牵引辊地作用下，以速度Ｖｏ向前移动，通过控制Ｖｏ与Ｖｉ之比为１＜Ｖｏ／Ｖｉ＜２．５，得到预期的断面收缩率。采用智能控制，能有效防止拉断、竹节等不稳定过程的产生；显著提高线棒材外形尺寸的精确性；适合于各种金属线棒材的高效加工。

Intelligent dieless drawing forming equipment and process thereof

The utility model relates to an intelligent dieless drawing forming equipment and the process thereof, belonging to the technical field of metal pressure processing. The equipment includes intelligent automatic control system, feeding and drawing system, temperature measuring and heating system, cooling system and protective gas supply system. Process for the automatic pressing device first release will be drawing bar passes through the feeding roller and the induction heating coil, a glass tube, a cooling water ring and traction roller; then, start the automatic pressing device pressing blank; start the computer control program in two of blank feed rollers were used, moving forward at a speed of Vi; at the same time, two of the billet in the traction roller under the action of moving at a speed of Vo, through the control of Vo and Vi was 1 Vo / Vi < < 2.5, get the expected rate of contraction. The intelligent control can effectively prevent the unstable process such as breaking, bamboo and so on. It can improve the accuracy of the shape and size of the wire and bar; it is suitable for the efficient processing of all kinds of metal wires and bars.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属压力加工
，特别涉及一种智能化无模拉拔成形设备及工艺，适合于各种金属棒线材的加工，尤其是对不锈钢、镍钛形状记忆合金、高铜铝合金、高铝铜合金等难加工线材和棒材的拉拔加工。
技术介绍
以镍钛形状记忆合金、高铜铝合金、高铝铜合金和不锈钢等为代表的难加工线材和棒材，以其各自特有的优异性能，已在航空、航天、汽车、电子、仪表和医学等领域获得了广泛的应用，在一些特殊使用要求的场合发挥着极其重要的作用。利用传统的有模拉拔工艺对难加工线棒材进行加工时，由于合金的塑性低，单一道次断面收缩率低，导致拉拔道次多、模具寿命短、拉断频率高和能耗大等诸多问题；同时，在拉拔过程中需要进行多次退火，导致工艺流程复杂、表面质量差、生产效率低、材料浪费严重、成材率低等问题。无模拉拔成形工艺是一种热加工工艺，具有许多常规拉拔工艺所不具备的优点不采用模具，工艺柔性度大；材料的变形程度可以在拉拔的过程中随时间变化，有利于生产实心或空心锥形件及变断面工件；材料的变形在局部区域发生，并且通过局部区域材料在变形过程中稳定扩展，使材料整体变形；材料的变形过程在高温范围内进行，其原始组织状态对变形过程的影响较小；热加工、无摩擦，能用于高强度及高摩擦材料成形；加工时拉拔力小；单一道次断面收缩率大；断面收缩率只取决于运动装置的移动速度；设备规模小，灵活性高，易实现自动控制。因此该工艺特别适合加工一些用常规有模拉拔很难成形的金属材料。但是，无模拉拔成形过程中变形温度、冷热源距离、送料速度和牵引速度等工艺参数的合理匹配与精确控制难度大，导致拉拔过程容易产生不稳定，成品尺寸均匀性差，产品质量不稳定，甚至出现拉断等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能化无模拉拔成形设备及工艺，利用智能化技术对无模拉拔过程进行精确控制，实现对直径大于或等于2mm的金属线棒材进行拉拔成形，尤其能对难加工线棒材进行拉拔成形，单道次无模拉拔成形断面收缩率最高可达30～60％。本专利技术装置包括智能化自动控制系统、送料和牵引系统、测温与加热系统、冷却系统、保护气体供给系统等几个组成部分，以下对各系统进行详细介绍1、智能化自动控制系统利用专家系统，根据外形尺寸或/和组织性能等控制目标，以及初始加工条件，由计算机在线制定工艺制度，并自动按照所制定的工艺制度进行拉拔；在拉拔过程中利用激光测径仪对变形区形貌进行在线测量，并将测量值反馈到计算机；利用各工艺参数的实测值进行外形尺寸、组织的在线预测，同时将预测值与目标值进行比较，通过遗传算法运算得到各工艺参数的调整量和调整方向，并驱动各工艺参数驱动器进行调整，从而实现对拉拔金属线棒材的外形尺寸或/和组织性能的在线精确控制。2、送料和牵引系统送料伺服电机12、齿轮减速箱20和蜗轮蜗杆减速器13逐个连接，蜗轮蜗杆减速器13驱动送料辊1，送料辊1与送料辊2之间利用同步带14进行传动；送料辊1和送料辊4之间用齿轮15和齿轮16进行传动；送料辊2与送料辊3之间用齿轮连接进行传动。牵引伺服电机26、齿轮减速箱19和牵引辊5逐个连接；牵引辊5与牵引辊6之间利用同步带21进行传动；牵引辊5和牵引辊7之间以及牵引辊6与牵引辊8之间用齿轮连接进行传动。根据坯料直径的不同在送料辊和牵引辊上开不同大小的孔型，实现对直径大于或等于2mm的金属线棒材连续拉拔成形。3、测温与加热系统本专利技术装置加热设备为全固态感应加热器，感应加热线圈9置于送料辊1、4所组成的孔型和牵引辊5、7所组成的孔型之间；红外测温仪18对准变形区的中央，镜头与坯料距离15～35cm放置，对变形区温度进行在线测量，同时将温度信号送至PLC，与目标温度进行比较。在PLC程序中利用PID运算方法计算出对感应加热器加热电流的调整量，再通过PLC模拟量输出端口将电流的调整量反馈到感应加热器的功率控制器，从而实现变形区温度的控制。4、冷却系统冷却水环10中的冷却介质为自来水，沿坯料运行方向(从附图的右边向左边运行)看，冷却水环10位于感应加热线圈9之后，冷却水环10与感应加热线圈9之间的距离即是变形区的长度，范围在1～10cm。利用步进电机驱动丝杆传动方式，驱动冷却水环10沿坯料轴向位置上移动，移动范围1～10cm，实现变形区长度在线调整。感应加热器的内部电路和感应加热线圈的冷却介质为循环水。5、保护气体供给系统保护气体从储气罐流出，经减压阀到流量计，最终流到玻璃管17中；玻璃管17的外径与感应加热线圈9的内径相同，套在感应加热线圈9内。坯料从玻璃管17的中心穿过，玻璃管17的一端通入保护气体，另一端紧靠冷却水环10。本专利技术的拉拔工艺为首先松开自动压下装置22、23、24、25，将待拉拔棒料依次穿过送料辊2、3、1、4，玻璃管17，冷却水环10和牵引辊5、7、6、8，启动自动压下装置22、23、24、25压紧棒料；启动计算机控制程序后棒料在四个送料辊1、2、3、4的作用下，以速度Vi向前移动；同时，棒料在四个牵引辊5、6、7、8作用下，以速度Vo向前移动，在感应加热线圈9和冷却水环10喷射的冷却水的作用下，将位于两者之间的棒料部分加热到其熔点温度的0.5～0.9倍之间，使棒料11上张力所引起的塑性变形集中在加热区域中。通过控制Vo与Vi之比，其中1＜Vo/Vi＜2.5，在各工艺参数的合理匹配下得到预期的断面收缩率，最高可达到60％。本专利技术装置的优点是1、采用智能化在线闭环控制方式，对拉拔金属线棒材的形状尺寸或/和组织性能进行在线精确控制，可以防止竹节、拉断等非稳定变形的发生，有利于实现大断面压缩率的稳定连续成形。2、利用激光测径仪、各工艺参数传感器、控制计算机和各工艺参数调整驱动器组成的闭环控制系统，能有效地对线棒材直径进行在线控制，显著提高拉拔制品的外形尺寸精度，实现金属线棒材组织性能均匀性的控制。3、采用蜗轮蜗杆减速器对送料伺服电机进行减速，可利用蜗轮蜗杆的自锁功能，防止棒料对送料辊的拉力传送到送料伺服电机12，避免在拉力作用下送料电机12发生前滑，从而实现送料速度的精确控制。4、采用两对送料辊(1、4和2、3)和两对牵引辊(5、7和6、8)对棒料进行送料和牵引，每一对辊所需要提供给棒料的摩擦力为拉拔所需变形抗力的二分之一，既可有效地防止棒料与辊之间打滑，也能减小由于辊与棒料之间的正压力所造成的轧制变形，更好地保证成品的真圆度。5、同一对驱动辊上开不同的孔型，可使同一套送料辊或同一套牵引辊可对应较大尺寸规格范围的棒料成形，减少送料辊或牵引辊用量。6、变形温度受加热功率、冷却速率、送料和牵引速度等诸多因素的影响，极易发生波动，利用红外测温仪18和PLC以及感应加热器所组成的闭环温度控制系统，能对外界干扰造成的温度突变进行及时调整，从而提高了无模拉拔过程中变形区温度的稳定性，变形区温度控制精度可达±2℃。7、采用冷却水环位置在线调节方式，可实现变形区长度在线控制。8、保护气体供给系统能使棒料高温变形区始终在保护气体的包围下，有效防止氧化的发生，同时也能有助于将冷却所产生的水雾排出，避免水雾对变形区温度的影响和对红外线测温仪进行温度测量的影响。9、本专利技术不仅能对短尺线棒材进行非连续无模拉拔成形，同时也能实现较长线棒材的连续无模拉拔成形。适合于各种金属线棒材的高效加工，尤其是对不锈钢、镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能化无模拉拔成形设备，包括智能化自动控制系统、送料和牵引系统、测温与加热系统、冷却系统、保护气体供给系统；其特征在于：ａ、智能化自动控制系统利用专家系统，根据外形尺寸或／和组织性能等控制目标，以及初始加工条件，由计算机在线制定工艺制度，并自动按照所制定的工艺制度进行拉拔；在拉拔过程中利用激光测径仪对变形区形貌进行在线测量，并将测量值反馈到计算机；利用各工艺参数的实测值进行外形尺寸、组织的在线预测，同时将预测值与目标值进行比较，通过遗传算法运算得到各工艺参数的调整量和调整方向，并驱动各工艺参数驱动器进行调整，从而实现对拉拔金属线棒材的外形尺寸和组织性能的在线精确控制；ｂ、送料和牵引系统．送料伺服电机（１２）、齿轮减速箱（２０）和涡轮蜗杆减速器（１３）逐个连接，涡轮蜗杆减速器（１３）驱动送料辊（１），送料辊（１）与送料辊（２）之间利用同步带（１４）进行传动；送料辊（１）和送料辊（４）之间用齿轮（１５）和齿轮（１６）进行传动；送料辊（２）与送料辊（３）之间用齿轮连接进行传动；牵引伺服电机（２６）、齿轮减速箱（１９）和牵引辊（５）逐个连接；牵引辊（５）与牵引辊（６）之间利用同步带（２１）进行传动；牵引辊（５）和牵引辊（７）之间用齿轮进行传动；牵引辊（６）与牵引辊（８）之间用齿轮连接进行传动；根据坯料直径的变化在送料辊（１、２、３、４）和牵引辊（５、６、７、８）上开相应的孔型；ｃ、测温与加热系统该装置的加热设备为全固态感应加热器，感应加热线圈（９）置于送料辊（１、４）所组成的孔型和牵引辊（５、７）所组成的孔型之间；红外测温仪（１８）对准变形区的中央，镜头与坯料距离１５～３５ｃｍ放置，对变形区温度进行在线测量，同时将温度信号送置ＰＬＣ，与目标温度进行比较；在ＰＬＣ程序中利用ＰＩＤ运算方法计算出对感应加热器加热电流的调整量，再通过ＰＬＣ模拟量输出端口将电流的调整量反馈到感应加热器的功率控制器，实现变形区温度的控制；ｄ、冷却系统冷却水环（１０）位于感应加热线圈（９）之后，冷却水环（１０）与感应加热线圈（９）之间的距离在１～１０ｃｍ；利用步进电机驱动的丝杆进行传动，驱动冷却水环（１０）沿坯料轴向位置上移动，实现变形区长度在线调整；感应加热器的内部电路和感应加热线圈的冷却介质为循环水；ｅ、保护气体供给系统保护气体从储气罐流出，经减压阀到流量计，最终流到玻璃管（１７）中，玻璃管（１７）外径与感应加热线圈（９）的内径相同，套在感...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建新，何勇，刘雪峰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]