CN101975331A - 用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，为空心圆管，在圆管内壁设有若干条拉伸成形出来的螺旋线状加强筋。它是通过对制作加热辊主体的管材的固有加工工艺中“抽伸”(或称拉拔)工艺的改进，在铝合金管材的内壁增加多条螺旋线状的力强筋，其最大限度的节约制作加热辊铝合金管材的材料使用量，而且在制作费用与使用前的制作费用几乎持平，这样既能保证定影辊所需要的强度和耐力，又能节约资源和降低成本，在达到同样强度时，本发明所需要的材料大大减少，这不但在加热辊的上辊应用效果显著，还能适用在下辊或办公设备(OA)内部的其它的传动轴上；本发明的生产效率高、大大降低生产成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种激光打印机、复印机、传真机或多功能一体机等办公设备(OA)，尤其是指这些办公设备的定影辊或传动轴。
【背景技术】
在打印机、复印机、传真机或多功能一体机等办公设备(OA)中，包括有定影器等部件，而定影辊俗称加热辊，是定影器的关键部件，一般机型都有上下两个定影辊10、20，如图1所示，其中：
定影上辊10为内部中空(如图2所示)，并在其内设有加热灯管30进行加热(如图3所示)，优质的定影上辊10的管材多为铝合金材料，在其表面涂有耐高温的化学涂膜；因定影器温度上升的速度直接影响打印机或复印机的打印或复印的速度，所以管壁要求比较薄，并在内部涂装耐热黑涂料进行吸热，以保证热量迅速传导。
定影下辊20，目前多为实心的铝合金棒(如图4所示)，或中间增加有三个或四个支撑(俗称为三矢管或四矢管)的铝合金管材(如图5、6所示，为三矢管铝合金管材)。将定影辊主体的铝合金管材加工成定影下辊时，与上辊相对应的部分包有一层橡胶层，一般呈红色，在橡胶层上包有一层薄的耐高温的化学薄膜，它的主要作用是对定影上辊施压，它本身没有驱动，其转动的动力来自定影上辊的磨擦，它与定影上辊的转动可以将打印、复印的碳粉图像通过高温予以定影并将其送出到打印、复印机的纸盘中。
从上面的描述可以知道，定影上辊因要对定影下辊进行施压，上辊的管壁厚度受到了一定的制约：
如果上辊的壁厚设计较厚，可以保证足够的强度和耐力，在温度重复的变化(工作时升温，停止工作时降温)及下辊的压力下，不容易变形且能对下辊有效的驱动；其缺点就是升温的速度受到影响，当机器接收到打印或复印的指令时，上辊内的灯管进行加热，温度上升需要一定的时间，操作时有一个等待的过程，同时资源的消耗较大，成本相应增加。
如果上辊的壁厚设计过薄，其优点是可以使温度快速上升，打印、复印时速度很快，不需要等待，最初时资源的消耗较小，成本降低；但缺点是铝合金管材本身的强度和耐力下降，在下辊的压力及温度重复的变化下，上辊容易变形或开裂，使用寿命极短，重复更换定影器时反而造成更多的资源消耗，使消费者的使用成本增加。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种既能保证定影辊所需要的强度和耐力，又能节约资源和降低成本的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，在达到同样强度时，本发明所需要的材料大大减少。
本发明的另一目的是提供了上用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，为空心圆管，在该圆管内壁设有若干条拉伸成形出来的螺旋线状加强筋。
在对上述用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的改进方案中，所述螺旋线状加强筋的螺旋角大于0度，小于45度。
在对上述用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的改进方案中，所述螺旋线状加强筋的螺旋角在15～30度之间。
在对上述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的改进方案中，所述螺旋线状加强筋有三条或以上。
一种用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法，包括有如下步骤：
1)、熔铸：将溶融的铝合金在模腔中浇铸出实心铝棒；
2)、挤压：将铝棒在挤压模中挤压出空心的圆管；
3)、拉伸：圆管在带拉伸内、外模具的拉伸机内拉拔出来，在所述的拉伸内模具外表面上设有若干条与轴向呈0度以上，45度以下的斜凹槽，在拉伸时拉伸内模具转动后在圆管内壁形成若干条螺旋线状的加强筋；
4)、矫正：在矫正器中矫正管材的圆度和直度，以及消除其残余应力。
在对上述用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法的改进方案中，在拉伸工序中，在拉伸内模具尾端设有钢丝连接杆，钢丝连接杆绕其尾部的内模定位块的轴孔转动；在所述钢丝连接杆尾部设有用来驱动钢丝连接杆旋转的从动驱动装置。
在对上述用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法的改进方案中，该从动驱动装置包括有将钢丝连接杆固定在内模定位块中的滚柱轴承和用来降低端面承受的磨擦阻力的平面轴承，它们设置在内模定位块的轴孔中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：它是通过对制作加热辊主体的管材的固有加工工艺中“抽伸”(或称拉拔)工艺的改进，在铝合金管材的内壁增加多条螺旋线状的加强筋，其最大限度的节约制作加热辊铝合金管材的材料使用量，而且在制作费用与使用前的制作费用几乎持平，这样既能保证定影辊所需要的强度和耐力，又能节约资源和降低成本，在达到同样强度时，本发明所需要的材料大大减少，这不但在加热辊的上辊应用效果显著，还能适用在下辊或办公设备(OA)内部的其它的传动轴上；本发明的生产效率高、大大降低生产成本。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：
【附图说明】
图1是办公设备常用的定影辊的立体图；
图2是现阶段的定影上辊主体的结构示意图；
图3是现阶段的定影上辊的结构示意图；
图4是现阶段的定影下辊的结构一示意图；
图5是现阶段的定影下辊的结构二示意图；
图6是图5的B-B剖视图；
图7是本发明的结构示意图；
图8是本发明的立体图(对切后)；
图9是本发明对应各个工序的半成品示意图或加工示意图；
图10是本发明在拉伸工序的加工示意图；
图11是本发明在拉伸工序所用到的螺旋型插头的结构示意图；
图12是图11的螺旋型插头的牙花的正视图；
图13是图11的螺旋型插头的牙花的侧视图；
图14是本发明在拉伸工序用来固定内模的钢丝连接杆从动转动装置；
图15是本发明用来制成定影上辊后的结构示意图；
图16是本发明用来制成定影下辊后的结构示意图。
【具体实施方式】
本发明为一种用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，如图7、8所示，它是空心圆管1，并在圆管内壁设有若干条拉伸成形出来的螺旋线状加强筋2，在本实施例中，有六条螺旋线状加强筋。加强筋一般至少3条，螺旋角大于0度，小于45度，通常在15～30度之间时比较合适。
本申请人的设计思路是这样的——
为增加铝合金管材1的强度与耐力，我们首先考虑到了增加加强筋，通过加强筋来提高整体材料的力学性能。在做成定影辊的铝合金管材内部增加加强筋就能增加铝合金管材的强度与耐力，问题在于加强筋通过怎样的形式和怎样的工艺来实现？为此，先后尝试用如下几种方式来设置加强筋：
一、在铝合金管材的内壁增加多条轴向的加强筋，这时可以增强其轴向的受力，其制作工艺可以通过较简单的方式获得，但因定影辊的径向受力比较大，轴向加强筋的作用不能有效增加铝合金管的径向受力；为此曾尝试通过增加轴向加强筋的数量来增加其径向受力，但如果轴向加强筋的数量太多时，与增加铝合金管材的壁厚差别不大，从而起不到节约材料资源和降低成本的目的。
二、在铝合金管材的内壁增加多条径向的加强筋，这样可以有效增加铝合金管的径向受力，但具轴向的受力较差，而且加工工艺较为复杂，增加了制作成本，导致材料成本的节约与制作成本的提高基本持平、抵消，所以这种设置径向加强筋的铝合金管材制成定影上辊后虽可以改善加热辊迅速加热的问题，但经济效益不明显。
三、通过对上述两种增加加强筋方案的研究与实验，终于探索出一种有效解决铝合金管材轴向与径受力的问题！此技术通过对制作加热辊主体的管材的固有加工工艺中“抽伸”(或称拉拔)工艺的改进，在率合金管材的内壁增加多条螺旋线状的加强筋，加强筋的数量与大小可根据不同的要求进行变化。此技术可以最大限度的节约制作加热辊铝合金管材的材料使用量，而且在制作费用与使用前的制作费用几乎持平，所以既能保证定影辊所需要的强度和耐力，又能节约资源和降低成本，在达到同样强度时，本发明所需要的材料大大减少，这不但在加热辊的上辊应用效果显著，还能适用在下辊或办公设备(OA)内部的其它的传动轴上；本发明的生产效率高、大大降低生产成本。如图15所示，是将本发明的铝合金管材制成了定影上辊，而在图16中，则可以用作定影下辊或传动轴。
本发明的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法，包括有如下步骤：
1)、熔铸：将溶融的铝合金在模腔中浇铸出实心铝棒；
2)、挤压：将铝棒在挤压模中挤压出空心的圆管；
3)、拉伸(拉拔)：圆管2在带拉伸内、外模具3、4的拉伸机内拉拔出来，在所述的拉伸内模具3外表面上设有若干条与轴向呈0度以上、45度角以下的斜凹槽，这个角度就是拉伸出来的螺旋线加强筋的螺旋角，在拉伸时拉伸内模具3转动后在圆管1内壁形成若干条螺旋线状的加强筋2；
4)、矫正：在矫正器矫正管材的圆度和直度，以及消除其残余应力。
将矫正后的铝合金管材根据所需要的长度切断，然后再制成定影上辊(如图15所示)、定影下辊或传动轴(如图16所示)等。
上述的熔铸、挤压、矫正三个工序跟现阶段制作空心铝合金定影辊基本一致，关键是拉伸工序中的拉伸模具的设计：
根据不同的OA机型的使用特征来设计加热辊铝合金管材的规格及加强筋的数量与大小，为此需要设计并制作抽伸所使用的内、外模具3、4，如图10-13所示。因加强筋设在管材的内壁，所以重点在于抽伸内模3的设计与制作，首先根据加热辊主体的长度设定螺旋线状加强筋的圈数，即得出螺距，管材的内径即为螺纹的直径，根据螺距与直径计算出螺纹与轴向的角度，此角度即为抽伸内模3的凹槽与抽伸轴向的角度；螺纹的凸起的规格(加强筋的大小)与加强筋的数量根据受力大小设定，此规格即为抽伸内模凹槽的深度D。如一条长度325mm，内径φ18mm的定影辊管材，螺旋线加强筋设定为2圈，数量为6条，凸起量为R1，计算出螺纹与轴向的角度约为20度，抽伸内模凹槽为D＝1mm，凹槽与模具外径形成边比较锐利，需要倒圆角，模具整体抛光，保证材料合理的流动。抽伸外模4则根据所需要的产品外径设定。
因为螺旋线加强筋2是通过抽伸来完成，平常抽伸时，金属的流动是呈直线方向，增加螺旋线加强筋后，金属的流动方向变成直线与旋转两个方向，根据力学原理，旋转流动的应力不能大于直线流动应力，否则会造成抽伸时材料断裂；所以抽伸内模凹槽与抽伸轴向的角度必需在0度以上，但小于45度，最好控制在15度-30度之间。
拉伸内模具3包括有带多条螺旋线形凹槽311的内花纹插头3和插头率32，如图11-13所示，有六条螺线形凹槽，这样拉伸出来的螺旋线状加强筋2也有六条，凹槽的深度为D。
在本实施例中，在拉伸工序中，在拉伸内模具3尾端设有钢丝连接杆5，钢丝连接杆5绕其尾部的内模定位块6的轴孔61转动，靠在拉伸时产生的力使拉伸内模具3和钢丝连接杆5绕内模定位块6自转，如图10所示；当然，也可以施以一定的外力来使用钢丝连接杆和拉伸内模具3转动，但因金属旋转流动时产生的应力与抽伸时速度，模具压缩带的模角，模具表面的光洁度，内模凹槽的角度等因素有关，如果在钢丝连接杆尾部施力来主动驱动时，钢丝连接杆的旋转速度很难计算，无法保证抽伸的顺利进行，所以本实施例作为较佳的实施方案，为了消除抽伸时金属旋转流动产生的应力，设计了通过抽伸时旋转应力来驱动钢丝旋转的从动驱动装置7，如图14所示，其包括有将钢丝连接杆5固定在内模定位块6中的滚柱轴承71和用来降低端面承受的磨擦阻力的平面轴承72，它们设置在内模定位块6的轴孔61中，其设计思路如下：
如图10所示，通常的钢丝连接杆5是通过螺牙或焊接的方式与内模定位块6连接，抽伸时，内模受拉制力作用将钢丝连接杆尾座紧贴在抽伸机的长度定位面上，在拉力与磨擦力两重作用下，钢丝连接杆无法自转。为此，改进后的钢丝连接杆5在定位块的内部增加了一个平面轴承72和一个滚柱轴承71，滚柱轴承71将钢丝连接杆5固定在机器定位块的中心，避免钢丝与孔周围的磨擦，平面轴承72将端面承受的磨擦阻力降到最低。当抽伸带加强筋的管材时，内模凹槽内金属流动所产生的旋转应力带动内模固定钢丝旋转，旋转的速度取决于抽伸时所产生的应力，旋转应力平衡后，就可以顺利抽制出带有加强筋的管材。
Claims (7)
1.一种用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，为空心圆管(1)，其特征在于：在圆管(1)内壁设有若干条拉伸成形出来的螺旋线状加强筋(2)。
2.根据权利要求1所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，其特征在于：所述螺旋线状加强筋(2)的螺旋角大于0度，小于45度。
3.根据权利要求2所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，其特征在于：所述螺旋线状加强筋(2)的螺旋角在15～30度之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材，其特征在于：所述螺旋线状加强筋(2)有三条或以上。
5.一种如权利要求1所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法，包括有如下步骤：
1)、熔铸：将溶融的铝合金在模腔中浇铸出实心铝棒；
2)、挤压：将铝棒在挤压模中挤压出空心的圆管(2)；
3)、拉伸：圆管(2)在带拉伸内、外模具(3、4)的拉伸机内拉拔出来，在所述的拉伸内模具(3)外表面上设有若干条与轴向呈0度以上、45度角以下的凹槽，在拉伸时拉伸内模具(3)转动后在圆管(1)内壁形成若干条螺旋线状的加强筋(2)；
4)、矫正：在矫正器中矫正管材的圆度和直度，以及消除其残余应力。
6.根据权利要求5所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法，其特征在于：在拉伸工序中，在拉伸内模具(3)尾端设有钢丝连接杆(5)，钢丝连接杆(5)绕其尾部的内模定位块(6)的轴孔61转动；在所 述钢丝连接杆(5)尾部设有用来驱动钢丝连接杆(5)旋转的从动驱动装置(7)。
7.权利要求6所述的用作定影辊或传动轴主体的铝合金管材的制作方法，其特征在于：该从动驱动装置(7)包括有将钢丝连接杆(5)固定在内模定位块(6)中的滚柱轴承(71)和用来降低端面承受的磨擦阻力的平面轴承(72)，它们设置在内模定位块(6)的轴孔(61)中。
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