CN101497172A - 一种异型拉丝模的线抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型拉丝模的线抛光机，包括金属丝和金属丝架，还具有自适应定位机构、平动机构和金属丝恒张力装置。自适应定位机构包括自适应定位板、滚珠板和锁紧机构，异型拉丝模安装在自适应定位板上，自适应定位板在滚珠板支撑下可自如地移动或转动；平动机构用于实现自适应定位板或金属丝架的平面运动；金属丝恒张力装置中具有张力步进电机、张力传感器和张力数显表，张力传感器采集金属丝的张力并输入张力数显表，张力数显表控制张力步进电机以使在线抛光过程中金属丝始终张紧并保持同样张力。本异形拉丝模的线抛光机可以有效解决异形截面拉丝模定径区的抛光问题。

Description

一种异型拉丝模的线抛光机

技术领域

本发明涉及一种拉丝模线抛光机，尤其涉及一种可以用于加工异型拉丝模的线抛光机，属于拉丝模加工技术领域。

背景技术

在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面被压缩，并获得所要求的横截面形状和尺寸的金属加工方法称为拉丝。使金属改变形状、尺寸的工具称为拉丝模。为了保持金属丝从初始至最终各截面形状和尺寸一致，拉丝模的材料需要有足够的硬度和耐磨性。常用的拉丝模有金刚石模(分天然和人造聚晶金刚石模具)、硬质合金模(分钨钴类合金模和钢结硬质合金模具)、陶瓷模(分刚玉陶瓷模和炭化硅陶瓷模具)等。

拉丝模具的质量优劣取决于拉丝模本身孔径形状、拉制出的金属丝尺寸控制以及使用寿命。拉丝模具设有入口、润滑、压缩、定径、出口等区域，每个区域的长度、锥度各不相同，为保证拉制时金属丝顺利通过拉丝模各区域和减小变径过程的阻力，通常加工后的拉丝模孔需要整形(修磨)和抛光。

按照成品丝材横截面形状不同，金属丝分为圆形丝和异形丝。拉拔截面为方型、矩形、三角形、六角形、椭圆形、梅花形等各种非圆形丝材的模具统称为异形拉丝模。在拉丝行业中，现在已经基本解决圆形丝拉丝模具的加工问题，圆形丝拉丝模具的加工技术正向微细孔径模具精加工方向发展。对于异形拉丝模，现在国内使用的异形拉丝模的材质大多数为硬质合金，从结构上分为两种，一种是组合拼装异形拉丝模，它适用拉拔大尺寸异形截面的棒、管材；另一种是整体异形拉丝模，它除适用于拉拔异形截面的棒、管材外，还适用于拉拔异形截面的丝材。对于整体异形拉丝模，孔型加工通常采用电解加工、电火花加工、激光加工等加工方式，孔型的整形有的用超声波与机械复合加工，有的用手工加工，而孔型的抛光受加工技术的局限，通常采用手工方法。

随着技术的发展，现在异形截面丝材的应用范围越来越广，例如用矩形截面漆包线缠绕的变压器比用圆形截面漆包线缠绕的变压器具有体积更小、通过电流更大的优点。然而目前异形拉丝模的加工方法，尤其用手工整形和抛光的方法严重依赖操作者的技术水平，加工孔的尺寸和形状一致性差，已不适应现代制造和批量生产。

在专利号为200720181622.4的中国实用新型专利中，公开了一种组合式拉丝模线抛光机。在该线抛光机中，金属工具丝固定在金属丝架上，可以根据工作要求调整其位置、张力，拉丝模座组合式的旋转、上下运动，拉丝模的旋转速度，上下运动频率可以根据工艺要求分别调整。多套这种装置并联组合安装于同一个机架，从而提高了加工精度，加快了加工速度，缩短了加工时间。但是，上述线抛光机也无法解决异形拉丝模的整形和抛光问题。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明的目的是提供一种用于加工异型拉丝模的线抛光机。

为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种异型拉丝模的线抛光机，包括金属丝和金属丝架，所述金属丝安装在所述金属丝架上，并穿过待加工的异型拉丝模，其特征在于：

所述线抛光机还具有自适应定位机构、平动机构和金属丝恒张力装置；

所述自适应定位机构包括自适应定位板和滚珠板，所述异型拉丝模安装在所述自适应定位板上，所述自适应定位板由所述滚珠板支撑；

所述平动机构用于实现自适应定位板或金属丝架的平面运动，并使金属丝或异型拉丝模上每一质点围绕其原始位置在平面内作小圆周运动，由各个小圆的外包络线形成加工表面；

所述金属丝恒张力装置中具有张力步进电机、张力传感器和张力数显表，所述张力步进电机驱动所述金属丝架的上、下丝架分离并将所述金属丝拉直，所述张力传感器采集所述金属丝的张力并输入所述张力数显表，所述张力数显表控制所述张力步进电机以使在线抛光过程中金属丝始终张紧并保持同样张力。

其中，所述锁紧机构中，所述自适应定位板上安装了锁紧片，所述平动板上安装了锁紧钳，在调整异型拉丝模位置时，打开锁紧钳；在确认异型拉丝模正确安装后，由锁紧钉让锁紧钳夹住锁紧片，将自适应定位板与平动板连接成一体。

所述平动机构中，所述平动板通过设计在同一平面的X、Y向平动导轨和框架与固定板连接，偏心套通过轴承安装于平动板，偏心轴通过轴承安装于固定板，所述平动量调整是通过偏心套与偏心轴相互转动角度实现。

所述平动机构中，宽调速电机通过连轴节与主动轴连接，主动轴通过轴承安装于固定板上，主动轴通过主动齿形带轮、齿形带驱动从动齿形带轮、偏心轴、偏心套转动，一旦偏心套与偏心轴产生一定量偏心，偏心套将驱动平动板产生平面小圆周运动。

所述平动机构包括偏心量调整机构和平动轨迹高精度保持机构。

所述金属丝恒张力装置中，两根直线轴承导杆通过下导杆固定座、上导杆固定座与机床连接，上丝架、下丝架上安装了直线轴承，电机座固定于下丝架，与下丝架同步运动，张力步进电机安装在电机座上，通过连轴节与丝杠连接。

所述张力步进电机驱动丝杠转动，带动所述上丝架、下丝架相互靠近或离开。

在线抛光过程中，当张力传感器测得的张力实际值在张力最佳范围内，张力步进电机不转动；若略小于该范围但大于最小允许值则驱动上、下丝架缓慢分离；若略大于该范围但小于最大允许值则让上、下丝架缓慢靠近；如果超出允许值范围，将快速调整上、下丝架分开或靠近。

所述金属丝的截面与待加工的异型拉丝模具有同样的截面形状。

本发明所提供的异形拉丝模线抛光机可以有效解决异形截面拉丝模定径区抛光问题，为开发异形金刚石拉丝模和陶瓷拉丝模等奠定了技术基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为现有的一种圆形拉丝模内孔线抛光机的结构示意简图；

图2为本发明所提供的异形拉丝模的线抛光机的结构示意简图；

图3为本线抛光机中的金属丝架平动对矩形拉丝模抛光时的工作原理图；

图4为本线抛光机中的拉丝模座平动及自适应定位机构的结构示意图，其中的标号分别为：

1—弹簧  2—锁紧钉  3—锁紧钳  4—锁紧片  5—滚珠板  6—限位圈  7—偏心套  8—偏心锁紧机构  9—偏心轴  10—联轴节  11—宽调速电机  12—主动轴  13—主动齿形带轮  14—齿形带15—轴承16—从动齿形带轮  17—X、Y向平动导轨  18—平动板  19—异形拉丝模  20—自适应定位板(拉丝模座)  21—固定板  22—框架  23—百分表；

图5为本线抛光机中的金属丝恒张力机构的结构示意图，其中的标号分别为：

31—张力数显表  32—异形截面金属丝  33—直线轴承  34—下导杆固定座  35—直线轴承导杆  36—下丝架  37—电机座  38—张力步进电机  39—连轴节  40—丝杠  41—螺母  42—上导杆固定座  43—上丝架  44—张力传感器  45—金属丝固定座  46—金属丝固定钮。

具体实施方式

图1显示了现有的一种圆形拉丝模内孔线抛光机的简略结构。在该线抛光机中，金属丝安装在金属丝架上，被加工的圆形拉丝模在金属丝架的上下两端之间，待加工面与金属丝相接触(两者之间充满抛光磨料)。这样通过金属丝的上下往复运动和拉丝模的高速旋转运动使含有抛光磨料的金属丝与待加工面摩擦，实现拉丝模孔整形和抛光。图1所示的结构是现有线抛光机通用的结构。针对线抛光机的技术改进一般都是在该结构的基础上作出的，例如对被加工工件的夹持装置进行改进以满足异型工件的加工需要等。对此，下文中还有进一步的说明。

在实际生产中，圆形拉丝模的内孔抛光一般采用超声与机械复合抛光或机械线抛光方法，尤其拉丝模的定径区只能用机械线抛光方法。线抛光设备用金属丝做工具，有的设备金属丝沿孔轴线方向做往复运动，拉丝模座高速旋转；有的设备拉丝模座除高速自转外，还做往复运动，金属丝架随着金属丝磨损能够偏移。线抛光时，金属丝穿过拉丝模孔，在金属丝与拉丝模孔壁之间填入磨料(抛光粉或膏)，在金属丝与拉丝模孔相对运动产生的磨耗、热作用下，拉丝模具孔达到尺寸精度要求，并且孔的内壁被抛光。

但是，对于异形拉丝模，由于模具孔的截面非圆形，不能采用拉丝模具旋转方法实施内孔壁线抛光。这是因为圆形拉丝模孔与金属丝截面形状同为圆形，在拉丝模孔截面的投影平面上，拉丝模和金属丝是同心圆，设计和制造线抛光机时只要随被加工孔径变化保证金属丝与拉丝模孔同轴即可。而异形拉丝模随被加工孔的截面形状或尺寸不同，金属丝和拉丝模在拉丝模孔截面上位置不同，一旦金属丝(或拉丝模)位置、方向确定，拉丝模(或金属丝)必须与之适应。

另一方面，长期以来线抛光机所使用的金属丝的张紧力凭操作者经验调整，在线抛光过程中，金属丝因摩擦、冲击等会产生延伸(尤其细丝在高速往复运动下)，当操作者发现金属丝抖动，停机并张紧金属丝。对于圆形拉丝模，由于模具旋转，只要金属丝不发生明显弯曲(抖动)，对拉丝模孔型和尺寸不会产生影响；而对于异形截面拉丝模，如果金属丝松弛，即使产生向某一方向弯曲倾向，拉丝模孔在这个方向的磨耗会大于其他方向，导致拉丝模孔型和尺寸变化。

针对异形拉丝模在加工中所存在的种种问题，本发明提供了一种新型的用于加工异形拉丝模的线抛光机。该线抛光机如图2所示，其基本的结构与图1所示的线抛光机类似，但是在异形拉丝模的定位、平动机构以及金属丝张力控制等方面作了重大改进，以满足整形和抛光异形拉丝模的需要。

具体而言，本异型拉丝模线抛光机在以下几方面进行了技术改进：

1.提供一种拉丝模座或金属丝架平动机构。利用该机构可以实现异形拉丝模具内孔机械线抛光，能够达到与圆形拉丝模内孔抛光同等效果。

对于圆形拉丝模内孔线抛光而言，金属丝相对拉丝模的往复运动将抛光粉带入金属丝与拉丝模孔壁之间，由于金属丝材质软，而抛光粉和拉丝模孔壁的材质硬，在挤压作用下，抛光粉被镶嵌入金属丝，形成多把刀刃，往复运动带动刀刃对拉丝模孔壁磨削，随着时间延续，有些刀刃变钝，与孔壁摩擦增大，产生脱落，并且划伤和磨损金属丝。实际上金属丝截面与拉丝模内孔不完全同心，如果拉丝模不旋转，金属丝对拉丝模内孔截面沿径向的某一方向压力大于其他方向，这种压力，一定程度上补偿金属丝损耗，当新的抛光粉被带入，又嵌入金属丝，对拉丝模孔壁继续磨削。当拉丝模高速和高精度旋转，孔壁上任意一点受到的磨耗作用得到均衡，致使拉丝模孔达到很好的圆度和一致的表面粗糙度，并且往复运动与拉丝模旋转运动合成，避免了拉丝模孔壁出现划痕。

对于异形拉丝模具而言，由于不具备圆形拉丝模可以高速和高精度旋转的特点，在加工过程中随金属丝损耗，金属丝与拉丝模孔壁之间产生间隙，并且逐渐增大。为补偿间隙，本发明专门提供了一种平动机构，可以用于实现拉丝模座(或金属丝架)的平面小圆周运动。如图3所示，它利用一种偏心量调整机构和平动轨迹高精度保持机构使异形截面(与被修整拉丝模同样截面形状)金属丝或拉丝模上每一质点都能围绕其原始位置在其截面的平面内作小圆周运动，无数小圆的外包络线形成加工表面。此处的偏心量调整机构是根据金属丝与拉丝模孔壁之间间隙大小，让偏心套7相对偏心轴9转动一个角度，产生与间隙相等的偏心量，这个偏心量可从百分表23上读出；平动轨迹高精度保持机构是通过X、Y向平动导轨17和框架22使平动板18相对固定板22保持高精度相对运动。小圆的运动半径通过调节偏心量可由零逐步扩大，补偿金属丝的损耗，达到修光拉丝模内孔的目的。实际上这种运动致使金属丝上所有接触点与异形截面拉丝模孔内壁产生切向摩擦，所有点的接触几率等同，不会产生与拉丝模孔轴线方向不同的抛光痕迹(不会增大拉丝阻力)。当异形截面金属丝或拉丝模以一定并且均匀的速度沿孔轴线方向做往复运动，带入抛光粉，调整一个较小的偏心量，挤压作用将抛光粉嵌入金属丝，往复运动与切向运动合成对拉丝模孔内壁抛光，若金属丝损耗，通过自动或手工调整扩大偏心量，补偿间隙差。利用这种异形拉丝模平动机构可以替代拉丝模旋转的功能，使异形拉丝模具的线抛光过程与圆形拉丝模内孔线抛光过程基本相同。

2.采用了创新设计的自适应定位机构，当异形截面金属丝穿过拉丝模孔并张紧定位后，拉丝模能够自适应找到合适位置。

图4是本发明中的自适应定位机构的结构示意图。当金属丝穿入拉丝模并固定于丝架(此时张紧金属丝)后松开锁紧钉2，锁紧钳3在弹簧1作用下张开钳口，此时自适应定位板(即拉丝模座)20在滚珠板5支撑下可自如地移动或转动，让异形拉丝模19顺利地安装于自适应定位板上。锁紧钉2、锁紧钳3和锁紧片4等构成了一个锁紧机构。自适应定位板上设有各种形状和尺寸定位孔，以适应不同外形和尺寸的拉丝模。自适应定位板上安装了锁紧片4，在确认拉丝模正确安装后，拧紧锁紧钉，锁紧钳将牢固地夹住锁紧片，将自适应定位板与平动板18连接成一体。安装在平动板上的限位圈6用于限制自适应定位板运动范围。

平动板18通过设计在同一平面的X、Y向平动导轨17和框架22与固定板21连接，固定板不动，X、Y向平动导轨限定平动板在平行于拉丝模截面的平面内相对固定板做X、Y向移动(不能相互扭转)。偏心套7通过轴承15安装于平动板18，偏心轴9通过轴承15安装于固定板，调整平动量时松开偏心锁紧机构8，让偏心套与偏心轴相互转动一个角度(产生与间隙相等的偏心量)，然后锁紧偏心锁紧机构，防止非人为的偏心量变化。百分表23用于显示平动量大小，表身安装于固定板21，表头与平动板18侧面接触。宽调速电机11通过连轴节10与主动轴12连接，主动轴通过轴承15安装于固定板。宽调速电机工作时，主动轴通过主动齿形带轮13、齿形带14驱动从动齿形带轮16、偏心轴、偏心套转动，一旦偏心套与偏心轴产生偏心，偏心套将驱动平动板产生平面圆周运动。平动的原始位置是偏心套与偏心轴相同旋转中心时每个质点所处的位置。

如果让金属丝架平动及自适应定位，其结构与拉丝模座平动及自适应定位基本相同，只是将金属丝架的运动机构安装于自适应定位板上。

上述的自适应定位机构利用一层滚珠板实现拉丝模座在平行于拉丝模孔截面的平面上在限定的范围内朝任意方向移或转动，具有机构简单可靠、运动灵活、纵向尺寸小等优点。一旦金属丝穿入拉丝模，先将金属丝固定于丝架并张紧，确定金属丝和拉丝模的位置和方向，然后移和转动拉丝模座，让拉丝模顺利安装于拉丝模座，最后锁紧定位机构，实施抛光加工。专门设计的锁紧机构可以确保锁紧时不对拉丝模产生任何方向附加作用力，锁紧后不会因抛光时金属丝与拉丝模之间的挤压和摩擦力、以及振动等而松脱。

3.设置了一种新型的金属丝恒张力装置，保证线抛光过程中，金属丝始终张紧并保持同样张力。

图5是本发明中设置的金属丝恒张力机构的结构示意图(省略驱动金属丝架往复运动机构)。如图5所示，两根直线轴承导杆35通过下导杆固定座34、上导杆固定座32与机床连接，上丝架43、下丝架36上安装了直线轴承33，可以灵活地上下运动。电机座37固定于下丝架，与下丝架同步运动，张力步进电机38安装在电机座上，通过连轴节39与丝杠40连接，螺母41安装在上丝架上，当张力步进电机驱动丝杠转动，上、下丝架可以相互靠近或离开。异形截面金属丝32穿过拉丝模后用金属丝固定钮46固定于上、下丝架，张力步进电机驱动上、下丝架分离将金属丝拉直(在机床设计和制造时，已保证上、丝架金属丝安装基面与拉丝模孔截面垂直)，压紧金属丝固定座45上的金属丝固定钮46后，松开上丝架的金属丝固定钮，此时张力传感器44将金属丝的张力输入张力数显表31并显示其上。

由于不同材料、不同截面形状和尺寸的金属丝在线抛光时需要的张力不同，每种材料、每种截面形状和尺寸的金属丝保持拉直及张紧状态所需张力最佳范围由工艺实验确定。在线抛光过程中，金属丝张力是波动的，主要受到金属丝与拉丝模之间的摩擦力、惯性冲击等因素影响，工艺实验给定的每种金属丝最佳张力是一个范围。在张力数显表上设置了上、下两个窗口，上窗口用于显示张力传感器测得金属丝张力的实际值，下窗口用于显示操作者输入的张力最佳范围的平均值。在输数时，操作者分别将金属丝保持拉直及张紧状态的最大和最小允许值、张力最佳范围的上限和下限值输入，数显表显示张力最佳范围的平均值。初始张紧金属丝时，操作者用手动档驱动张力步进电机分离上、下丝架，数显表通过运算器将张力传感器实测金属丝张力值与输入张力最佳范围的平均值比较，达到平均值时张力步进电机停止工作。线抛光过程中，用自动档控制张力步进电机自动调整上、下丝架间距。当实测值在张力最佳范围内，张力步进电机不转动；若略小于该范围但大于最小允许值(金属丝由弯曲到拉直的最小拉力)则驱动上、下丝架缓慢分离；若略大于该范围但小于最大允许值(金属丝弹性变形范围的最大值)则让上、下丝架缓慢靠近；如果超出允许值范围，将快速调整上、下丝架分开或靠近。这一功能确保金属丝不会因抛光过程中突变拉力而松弛或折断。

以上对本发明所述的异型拉丝模的线抛光机进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种异型拉丝模的线抛光机，包括金属丝和金属丝架，所述金属丝安装在所述金属丝架上，并穿过待加工的异型拉丝模，其特征在于：

所述线抛光机还具有自适应定位机构、平动机构和金属丝恒张力装置；

所述自适应定位机构包括自适应定位板和滚珠板，所述异型拉丝模安装在所述自适应定位板上，所述自适应定位板由所述滚珠板支撑；

所述平动机构用于实现自适应定位板或金属丝架的平面运动，并使金属丝或异型拉丝模上每一质点围绕其原始位置在平面内作小圆周运动，由各个小圆的外包络线形成加工表面；

所述金属丝恒张力装置中具有张力步进电机、张力传感器和张力数显表，所述张力步进电机驱动所述金属丝架的上、下丝架分离并将所述金属丝拉直，所述张力传感器采集所述金属丝的张力并输入所述张力数显表，所述张力数显表控制所述张力步进电机以使在线抛光过程中金属丝始终张紧并保持同样张力。

2.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述自适应定位机构中还包括锁紧机构，所述锁紧机构在确认异型拉丝模正确定位后，将自适应定位板与平动板连接成一体。

3.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述自适应定位机构中，所述平动板通过设计在同一平面的X、Y向平动导轨和框架与固定板连接，偏心套通过轴承安装于平动板，偏心轴通过轴承安装于固定板，所述偏心套与偏心轴相互转动以调整平动量的大小。

4.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述自适应定位机构中，宽调速电机通过连轴节与主动轴连接，主动轴通过轴承安装于固定板上，主动轴通过主动齿形带轮、齿形带驱动从动齿形带轮、偏心轴、偏心套转动。

5.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述平动机构包括偏心量调整机构和平动轨迹高精度保持机构。

6.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述金属丝恒张力装置中，两根直线轴承导杆通过下导杆固定座、上导杆固定座与机床连接，上、下丝架上安装了直线轴承，电机座固定于下丝架，与下丝架同步运动，张力步进电机安装在电机座上，通过连轴节与丝杠连接。

7.如权利要求6所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述张力步进电机驱动丝杠转动，带动所述上、下丝架相互靠近或离开。

8.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

在线抛光过程中，当张力传感器所测得的张力实测值在张力最佳范围内，张力步进电机不转动；若略小于该范围但大于最小允许值则驱动上、下丝架缓慢分离；若略大于该范围但小于最大允许值则让上、下丝架缓慢靠近；如果超出允许值范围，将快速调整上、下丝架分开或靠近。

9.如权利要求1所述的异型拉丝模的线抛光机，其特征在于：

所述金属丝的截面与待加工的异型拉丝模具有同样的截面形状。

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