钛(tai)合金具有强度(du)高、耐(nai)热(re)和(he)抗腐蚀性(xing)好等(deng)优(you)点(dian)。在(zai)航(hang)空(kong)、航(hang)天、化(hua)工、造船(chuan)等工业领(ling)域(yu)得(de)到了(le)应用。TB5(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合(he)金是20世纪80年代(dai)初(chu)研(yan)制(zhi)成(cheng)功的(de)-种(zhong)新(xin)型(xing)亚(ya)稳定β钛合金(jin)[1-3]，该合金(jin)具有(you)较(jiao)高(gao)的强(qiang)度和(he)良好的室(shi)温(wen)塑性变(bian)形能力(li)、优良(liang)的冷(leng)压延(yan)特性(xing)和(he)冷(leng)成型性(xing)，经时(shi)效处(chu)理后可获(huo)得(de)高(gao)的(de)强度及(ji)断(duan)裂韧(ren)性(xing)，且(qie)具有较好的(de)焊(han)接(jie)性能(neng)，因(yin)此(ci)是-种比较理想(xiang)的眼镜框架结(jie)构(gou)材(cai)料。目前(qian)越(yue)来越(yue)多的(de)眼镜(jing)框(kuang)架(jia)用(yong)TB5β钛(tai)合(he)金丝材加(jia)工，其市场(chang)前(qian)景非常(chang)广阔(kuo)。
眼(yan)镜(jing)框(kuang)架(jia)用丝表(biao)面要求(qiu)较(jiao)高，而(er)国内TB5丝(si)材的加工多采用(yong)固(gu)定(ding)模拉拔加碱爆酸(suan)洗，拉拔(ba)后(hou)丝材表面(mian)质(zhi)量(liang)较差。满(man)足不了日本某(mou)公(gong)司(si)生产眼镜框架(jia)所(suo)需(xu)丝材(cai)的(de)要求(qiu)。而且此(ci)加(jia)工方法(fa)道(dao)次变(bian)形(xing)量(liang)较(jiao)小(xiao)，断(duan)丝率较(jiao)高(gao)，生产(chan)效(xiao)率低，获得(de)的(de)丝(si)材盘重(zhong)小(xiao)(5kg以(yi)下(xia))。同(tong)时(shi)碱爆(bao)酸洗过程(cheng)会(hui)带来环(huan)境(jing)污染。为(wei)了达(da)到客(ke)户(hu)要(yao)求，结合现(xian)有设(she)备(bei)，本文(wen)通过(guo)多(duo)次试制(zhi)改(gai)进(jin)。采用无(wu)氧(yang)化辊模拉(la)拔(ba)方(fang)法生(sheng)产(chan)出的(de)TB5丝(si)材表面(mian)光(guang)亮(liang)，质量(liang)较好(hao)，满足了(le)客户要求(qiu)。
1、无(wu)氧(yang)化(hua)辊模(mo)拉(la)拔(ba)的(de)原(yuan)理(li)及优势(shi)
辊(gun)模(mo)拉(la)拔是靠(kao)施加在金(jin)属(shu)上的拉拔(ba)力(li)带动(dong)辊(gun)轮(lun)转动来(lai)实现金属变形的。辊模拉拔是在由(you)非传动(dong)的、自(zi)由(you)旋转的(de)辊轮(lun)组(zu)成(cheng)的(de)孔(kong)型中拉伸(shen)坯料，它将固定(ding)模(mo)拉伸(shen)时(shi)材(cai)料(liao)与(yu)模(mo)孔(kong)的大(da)部分滑动摩擦(ca)改变为(wei)轴承(cheng)的(de)滚(gun)动(dong)摩(mo)擦，从(cong)而(er)大幅(fu)度(du)减小(xiao)拉伸摩(mo)擦力(li)，使(shi)拉(la)伸更加(jia)省力(li)．这(zhe)对(dui)难加工(gong)金属(shu)的(de)变(bian)形(xing)具(ju)有独(du)特的(de)优势，金属在(zai)变形(xing)区的流(liu)动(dong)特征(zheng)，接(jie)近(jin)与(yu)金(jin)属在(zai)简(jian)单(dan)孔(kong)型(xing)带(dai)张(zhang)力(li)轧(ya)制时(shi)的流动特征(zheng)。
辊模在(zai)结构形(xing)式上与(yu)轧(ya)机(ji)类(lei)似(shi)，结合了传(chuan)统(tong)的(de)轧(ya)制(zhi)与拉(la)拔(ba)法(fa)的特点(dian)．实际(ji)上它(ta)是轧(ya)机(ji)与(yu)拉丝(si)机(ji)的结(jie)合体(ti)，都具(ju)有(you)轧辊(gun)(辊轮(lun))和牌坊(fang)。辊(gun)模(mo)由(you)前后2件(jian)牌(pai)坊(fang)、轴(zhou)向(xiang)调(diao)整机构、径(jing)向调整机(ji)构、辊(gun)轮装(zhuang)配系统(tong)、导向装置(zhi)等(deng)主(zhu)要部件组(zu)成。辊模(mo)前(qian)牌(pai)坊和后(hou)牌坊(fang)通过(guo)四(si)件螺栓组(zu)合-体(ti)，其内腔装有(you)两对(dui)辊轮装配系统。辊轮是-种摩擦系数(shu)很(hen)小(xiao)的(de)拉模(mo)，两对(dui)辊(gun)的(de)外(wai)圆上(shang)均开有(you)相应(ying)的槽(cao)型，在(zai)拉拔时坯(pi)料与辊轮没(mei)有(you)相对(dui)运(yun)动(dong)，辊轮(lun)随坯(pi)料(liao)的(de)拔(ba)制而转(zhuan)动。第-组(zu)辊(gun)轮(立辊(gun))为(wei)大(da)变形辊，我们(men)也(ye)叫O型辊，同时作(zuo)为(wei)第二(er)组辊(gun)轮(lun)的(de)导(dao)向辊(gun)，它的(de)作(zuo)用(yong)是将(jiang)圆形(xing)线材大(da)变形压(ya)下成为(wei)椭圆(yuan)形(xing)，实(shi)现(xian)较(jiao)大(da)系数的(de)轴向(xiang)延伸(shen)。在(zai)此变(bian)形(xing)过(guo)程(cheng)中，线材有较(jiao)大(da)程度(du)的(de)宽(kuan)展(zhan)，内部(bu)金属(shu)流动(dong)剧烈；第二组辊轮为(wei)整(zheng)形辊(gun)，叫(jiao)K型辊(gun)，它(ta)的(de)作用是(shi)将椭圆(yuan)形状(zhuang)归成圆形，此变(bian)形(xing)因(yin)有(you)后拉力(li)，宽展(zhan)较(jiao)小，但也有-定程(cheng)度的轴(zhou)向延伸(shen)。辊(gun)轮(lun)工(gong)作原(yuan)理(li)及(ji)辊模拉伸受(shou)力示(shi)意(yi)图(tu)分(fen)别(bie)如(ru)图1、2所(suo)示。
当用(yong)固(gu)定模拉(la)伸(shen)钛(tai)合金(jin)线(xian)材(cai)时，因(yin)钛(tai)合(he)金(jin)的(de)金(jin)属亲和(he)性，在(zai)生产过程(cheng)中(zhong)模(mo)内出(chu)现(xian)“粘模”现象，孔型中(zhong)形(xing)成坚硬的积瘤，导致(zhi)刮伤(shang)线(xian)材表面(mian)，甚(shen)至(zhi)因(yin)模(mo)具(ju)刮料(liao)而(er)把线材(cai)拉断。这(zhe)是(shi)固(gu)定模不能(neng)生产(chan)大(da)盘(pan)重线材的(de)根本原(yuan)因(yin)之(zhi)-。辊模采用(yong)了滚动(dong)摩(mo)擦方(fang)式(shi)，在线(xian)材和(he)辊(gun)轮的接触点(dian)无延伸(shen)方(fang)向的(de)相对摩擦(ca)，避(bi)免(mian)了粘(zhan)模(mo)积(ji)瘤现(xian)象(xiang)，无(wu)拉(la)伤线(xian)材表(biao)面(mian)的可(ke)能(neng)性(xing)，可(ke)实现连(lian)续生(sheng)产(chan)，结(jie)合(he)轧制条(tiao)件(jian)，可(ke)生产(chan)20kg以(yi)下(xia)的盘重线(xian)材(cai)。
由于(yu)辊模(mo)的(de)辊轮是沿着金属变形延(yan)伸(shen)方向(xiang)旋(xuan)转的，线材(cai)的(de)拉伸(shen)速(su)度(du)可(ke)由固(gu)定模的0.3m/s提高到1m/s，速(su)度(du)为固定(ding)模拉(la)伸(shen)的(de)2~4倍(bei)，辊(gun)模(mo)拉(la)拔可在(zai)避(bi)免断(duan)丝的情况(kuang)下(xia)，实现(xian)高(gao)速(su)拉(la)拔(ba)，减少(shao)中(zhong)间(jian)道(dao)次，提高(gao)生(sheng)产效率。固(gu)定模的道次(ci)变(bian)形量为10~15％,辊(gun)模的(de)道(dao)次(ci)变形量(liang)可达(da)15~20%，加(jia)大道(dao)次变形(xing)量及减少火(huo)次(ci)变(bian)形(xing)量(liang)，可(ke)缩(suo)短(duan)生产周期(qi)。
2、无氧化辊模(mo)拉(la)拔在钛丝(si)加(jia)工(gong)中的应(ying)用(yong)
辊(gun)模拉(la)拔在(zai)纯钛(tai)丝材(cai)加工中已(yi)大(da)量使用，可(ke)加(jia)口工φ1.6mm及(ji)以(yi)上丝(si)材，尺(chi)寸公差在±0.03mm以内。在钛(tai)合金丝材(cai)加工(gong)方面应(ying)用(yong)较少，目前(qian)已成(cheng)功(gong)用于TC4钛(tai)合金丝(si)材的(de)生(sheng)产，而在(zai)TB5钛(tai)合金丝材生产(chan)中(zhong)尚(shang)未有报(bao)道。
3、无(wu)氧(yang)化辊(gun)模拉(la)拔TB5钛(tai)合(he)金丝材
采用φ11mmTB5轧(ya)制(zhi)盘条(tiao)，经大(da)气(qi)退(tui)火(huo)后采用(yong)归圆剥皮(pi)-体(ti)机(ji)将(jiang)盘(pan)条(tiao)归(gui)圆(yuan)后剥皮(pi)至φ9.8mm,修(xiu)丝(si)去(qu)除(chu)材料表面(mian)缺(que)陷(xian)后进行(xing)辊(gun)模拉(la)拔(ba)。经过多(duo)次(ci)辊模拉拔(ba)试(shi)制，最终(zhong)将眼(yan)镜框(kuang)架用TB5钛(tai)合(he)金丝材的辊模拉拔工艺确(que)定为(wei)：道(dao)次(ci)变(bian)形(xing)量(liang)为(wei)17%~19%,火次(ci)变形量为45％~60%，拉拔速度为(wei)16~18m/min。在此工(gong)艺(yi)下(xia)，可(ke)实现(xian)眼镜框(kuang)架用TB5钛(tai)合金(jin)丝(si)材稳(wen)定连(lian)续(xu)地生产(chan)，丝(si)材(cai)尺(chi)寸(cun)公差在士(shi)0.04mm以内，丝(si)材(cai)表面光(guang)亮。
利用上(shang)述(shu)拉拔(ba)工艺，我(wo)公司已用(yong)辊模拉(la)拔(ba)加工(gong)出(chu)φ3.0mm眼(yan)镜框架用TB5钛合金(jin)丝(si)材(cai)，如图(tu)3所(suo)示。丝(si)材(cai)表面(mian)光亮，尺(chi)寸(cun)公(gong)差为(wei)±0.03mm，显(xian)微组(zu)织（图4）为(wei)均(jun)匀(yun)细小(xiao)的(de)等(deng)轴p组(zu)织，抗拉强度为875MPa，屈(qu)服强(qiang)度为810MPa，伸长率为13.5%，断面收缩率(lv)为67.5%，维(wei)氏硬(ying)度为(wei)275~280HV。丝材满足客(ke)户要求(qiu)，已成功(gong)交(jiao)付(fu)。
4、结论
辊(gun)模(mo)拉(la)拔能够(gou)用于(yu)TB5钛合金丝材(cai)眼镜(jing)框(kuang)架(jia)的(de)加工(gong)，加(jia)工出的(de)TB5丝(si)材(cai)组(zu)织(zhi)细腻，力(li)学(xue)性(xing)能较(jiao)好(hao)，表(biao)面(mian)光亮(liang)，丝材(cai)质量(liang)优于固(gu)定(ding)模拉拔(ba)，满(man)足(zu)眼镜(jing)框架(jia)用(yong)丝材(cai)要求。辊(gun)模(mo)拉拔(ba)生产(chan)率(lv)远(yuan)高(gao)于固(gu)定(ding)模(mo)拉拔(ba)，随着眼镜(jing)框(kuang)架(jia)用(yong)TB5丝材(cai)需(xu)求量(liang)的(de)日(ri)益(yi)增加，辊模(mo)拉(la)拔将(jiang)会(hui)在TB5钛(tai)合(he)金丝(si)材生(sheng)产(chan)中(zhong)获(huo)得(de)广(guang)泛应(ying)用(yong)。
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