S型截面不锈钢钢丝成形工艺和模具设计

应用与试验 2 0 1 2 年 第4 期 总 第1 2 0 期 机械 研究 与应 用 S型截面不锈钢钢丝成形工艺和模具设计 戴月红 镇江高 等专科 学校 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 摘要 根据不锈钢材料强度高 硬化严重和 S型横截面形状复杂 尺寸小的特点 确定采用两道次辊弯预成形 两道 次辊模拉拔 一道次 固模精拉 的工 艺方案 设计 S型截 面不锈钢钢 丝五个道 次成形 工艺过程 的轧辊孔型 此 项研究成果对 S型截面钢丝有重要的参考价值 关键词 S型截 面钢丝 辊模拉拔 轧辊孔型 中图分类号 T G 7 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 4 0 0 9 8 0 4 Sh a pe pr oc e s s i n g an d m o d ul e de s i g n o f S s h a pe c r o s s s e c t i on s t e e l wi r e Da i Yu e h 0 n g Z h e n fi a n g h ig h s p e c m l s c h o o l c o l l e g e Z h e n j i a n g J i a n g s h u 2 1 2 0 0 3 C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e t r a i t s o f t h e h i g h s t r e n g t h s c l e r o s i s s e r i o u s i n s t a i n l e s s s t e e l a n d t h e c o mp l e x c r o s s s e c t i o n a l s h a p e s ma l l s i z e i n S s h a p e c r o s s a s c h e me i s p u t f o r wa r d t h a t u s e t w o p a s s e s o f p r e f o r mi n g o f c o l d r o l l f o r mi n g t w o p a s s e s o f r o J e r d i e d r a wi n g a n d o n e p a s s o f dr a wi n g t o d e s i g n t h e r o l l g r o o v e t y pe us i n g fiv e l a ne o f t h e pr o c e s s o f f o r mi n g t e c h n o l o g y f o r S s h a p e c r o s s s t a i n l e s s s t e e l wir e T h e r e s u l t h a s i mp o r t a n t r e f e r e n c e v alu e f o r S s h a pe c r o s s s e c t i o n s t e e l w i r e Ke y wo r d s S s h a p e c r o s s s e c t i o n s t e e l w i r e r o l l e r d i e d r a w i n g r o l l i n g h o l e s h a p e 1 引 言 s型截面不锈钢钢丝如果按 照传统 的固模拉拔 方法 因不锈钢材料具有很大的应力强化作用 故对 模具机械性能等方面的要求非常高 而且也易出现将 模具拉裂和断丝的情况 J 因此制定 良好的生产加 工工艺以及设计合理的模具直接关 系到是否能加工 出符合 s 型截面不锈钢钢丝使用要求的成品 2 加工工艺 S型截面不锈钢 钢丝 的的原料选择轧制后 的扁 钢丝 加工前要进行退火处理 S U S 3 0 4是亚稳态奥 氏体不锈钢 在 1 0 1 5 应变后发生奥 氏体 向马 氏体 的转变 这导致不锈钢 的强度有大幅提高 并使 得不锈钢材料具有一定的磁性 2 J 因此在 S型截面 不锈钢钢丝成形后必须进行消磁处理 制定 的加工 成形 S型截面不锈钢钢丝的工艺流程如图 1 所示 扁钢丝 卜 叫 除 磷 卜 酸洗 州碱洗 清洗 卜 I 热处 理 卜 叫 沾 灰 卜 1 预拉伸 第二道次辊模拉拨H第一道次辊模拉拔 一第二道次 辊弯 第一道次辊弯 固 定模精整卜 产品表面处理 卜 1 叫消 磁 卜 叫质 检 卜 1 包装 卜 成品 图 1 S型截面不锈钢钢丝生产工艺流程 3 S型截面不锈钢钢丝各道次形状尺寸 在 S型截面不锈钢钢丝的生产工艺流程中 把矩 形截面的钢丝辊弯预成形截面厚度不变的 S形坯料 再用辊模拉拔工艺实现 S型坯料的大减面率 成形为 近似的 S形截面 最后用 固模精拉成所需要的 S 形截 面形状尺寸 使用 C A D软件计算 S型截面不锈钢钢丝最终成 形产品横截面积 A 1 8 0 5 3 为产 品最终截面形状 由固模拉拔得到 固模拉拔的坯料与最终产品有相似 的几何形状 辊模拉拔的坯料 由两道次辊弯 0 一 9 O 1 5 0 得到 辊弯的坯料是矩形截面的方形钢丝 因不 锈钢材料 每个道次 的减 面率必须 控制在 2 5 以下 所以可先确定辊弯预成形后的坯料尺寸 内弯曲半径定为 0 2 5 m m 直边长度为 0 5 m m 根据 弯曲弧度相等的原则 可以得到第一道次弯曲后 内弯 曲半径为 0 5 7 m m 直边长度为 0 5 ram 扁钢丝坯料展开尺寸计算 R R k t 1 5 6 7 1 丁 2 式中 R为中性线 曲率半径 m m R 为工件 内弯 曲曲 率半径 m m k为弯曲允 许量 t 为坯料厚度 m m Y 为屈服强度 MP a l 2 6 7 2 6 U为抗拉强度 MP a 6 9 6 7 4 4 轧辊模具设计 辊模拉拔工艺中最主要 的一个环节 就是 轧辊孔 型的设计 轧辊孔型的好坏直接关系到能否生产出 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 1 8 作者简介 戴月红 1 9 6 7 一 江苏扬 中人 讲师 主要从事机械工程方面 的教学研究工作 9 8 机械研究与应用 2 0 1 2 年 第4 期 总 第1 2 0 期 应用与试验 图纸要求尺寸的产品 同时对能源消耗方面也有直接 作用 由于辊模拉拔具有拉拔和轧制两 种加工工 艺的特点 故轧辊孔型可以根据型钢轧制的孔型设计 思路进行设计 辊模拉拔在周向和径向承受压应力 在轴 向承受拉应力 且其拉应力远远超过压应力 所 以辊模拉拔 的一个显著 特点是 实现快 速减径变形 辊模拉拔线材时 工件承受很大的前拉力 故金属 的 横 向变形和宽展很小 有时为负宽展 4 1孔型概 述 将线材坯料在轧辊孔型 中经过若干次的变形 以 获得所需断面形状 尺寸特点和性能的产品 为此而 进行的设计和计算工作称之为孔型设计 孔型设计 是 S型截面不锈钢钢丝生产的关键 是制定辊模拉拔 工艺 的重要内容之一 孔型设计 的好坏直接影响辊模 拉拔 设 备 的产 量 产 品质 量 成 本 和 人 工操 作 条 件H J 孔型设计的主要内容包括以下几个方面 1 断面孔型设计 根据原料成品断面形状和 尺寸及对产品性能的要求 确定变形方式 道次和各 道次的变形量及在变形过程中所采用的孔型形状 和 尺寸 2 轧辊孔型设计及孔型配置 根据断面孔型 设计确定孔型在每个机架上的分 布及其在轧辊上的 位置和状态 以保证工件正常辊模拉拔 操作方便 且 节奏时间最短 成品质量好辊模拉拔机生产能力高 3 轧辊辅件设计 即导 卫或诱 导装 置的设计 诱导装置应保证 工件 能按 照所要 求的状 态进 出孔 型 或者是工件在孔型以外发生一定 的变形 或对工 件起矫正或翻转作用等 上 下两个轧辊作用于工件上的力对于辊模拉拔 面上某一水平直线的力矩相等 这一水平直线叫做孔 型的中性线 确定孔型 中性线的 目的在于按它配置 孔型 即把它与轧辊 中性线重合时 则上下两辊 的作 用力矩相等 这样使工件出轧辊时能保持平直 对于辊模拉拔前后工件断面形状皆为上 下对称 者 其孔型中性线就是它们的水平对称轴线 对于非 对称的轧件 则应根据使上 下轧辊 的作用力矩相等 采用确定孔型中性线的方法有 中心法是将通过孔 型几何形状面积重心的水平线作为孔型的中性线 面积相等法是将等分孔型面积的水平线作为孔型的 中性线 周边重心法是将上下轧槽重心问距的等分 线作为孑 L 型的中性线 最后应着重指出 在确定孔型 中性线时 应注意孔型的充满情况 也就是要考虑工 件与孑 L 型的接触情况 孔型在辊模拉拔面垂直方向上的配置 可按如下 步骤进行 先按轧辊原始直径确定上 下轧辊的轴 线 确定上下轧辊轴线间距的等分线 及轧辊中线 根据辊模拉拔条件的要求确定是否用 压力 辊模 拉拔及 上压 或 下压 的数值大小 根据确定的 上压 或 下压 的数值 计算辊模拉拔线距轧辊中 线的距离及其方位 根据孔型的几何形状和尺寸 并考虑其影响因子 按前述方法或用其他方法确定孔 型的中性线 使孔型的中性线与辊模拉拔线 相重 合 确定出孔型各处的轧辊直径 画出轧辊图 4 2 孔型分类 有两个或两个以上轧辊轧槽在轧辊轴线平 面上 所构成的孔洞称为孔型 根据孔型的形状 用途及轧 辊的车削方式可将孔型分类 根据孔型在变形中的作用分为 开坯或延伸孔 型 该孔型的任务是使坯料的断面减小 常用的孔型 有圆 方 菱 椭圆 六角等孔型 预轧或毛坯孔型 这种孔型的任务是在继续减小断面尺寸的同时 使轧 件断面逐渐形成与成品相似的雏形 成品前或精轧 前孔型 它是成品孔型前 面的一个孔型 是在为成品 孔型中轧出合格产品做准备 成品或精轧孔型 其 作用是对工件进行精加工 并使工件具有成品所要求 的断面形状和尺寸 按孔型在轧辊上的车削方式分为 轧辊辊缝 s 在孔型周边上的称为开口 孔型 轧辊辊缝在孔型周 边之上 的称为闭 口孔型 半开或是半闭孔型称为控 制孔型 4 3孔型设计 S型截面不锈钢钢 丝的成形包括辊弯和辊模拉 拔两个过程 从二维 图中可 以看 出 S型截面不锈钢 钢丝属于异型截面线材 且无对称性 形状较为复杂 与目前现有异型材 的截面形状有较大不 同 因此设 计 出合理的轧辊孔型对材料的流动成形和孑 L 型的填 充性有至关重要 的作用 图 2 斜轧孔型 由