CN105699143B - 一种力学试棒制作装置及其制作方法 - Google Patents

一种力学试棒制作装置及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种力学试棒制作装置及其制作方法，包括盘料，经所述盘料被拉出的单根棒料依次经由：矫直装置，其通过多个导轮用于将单根棒料矫直而获得直条棒料；加热装置，其通过控制温度和时间用于消除单根棒料经导轮矫直后产生的残余应力；环形切削装置：其通过车削的方式用于去除直条棒料表面的涂层；最后经由断料装置将所需长度的直条棒料切断。本发明的有益效果：操作方便，省时、省力，可一次解决盘料矫直、残余应力消除、粘附涂层去除的问题，可高质量、高效率地从盘料上获得需要的力学试棒。

Description

一种力学试棒制作装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及力学试样的制备技术领域，尤其涉及一种力学试棒制作装置及其制作方法。
背景技术
当前，紧固件的成型方式逐步由单件成型向连续成型的方式转变，用于紧固件制造的原材料的供货状态也逐步从直条棒料转变为附带润滑涂层的盘圆丝料，盘圆料具有成型效率高、料头少等使用优势。但金属盘圆料在入厂复验时，力学试棒的获得较为困难，常见获取步骤为：剪断→铜锤敲打矫直→酸/碱洗去除涂层→(热处理)。该方法存在以下不足：
1.当盘料过软时，铜锤敲打容易在材料表面留下伤印，破坏表面完整性；盘料过硬时，矫直费时费力，且容易在材料表面产生微裂纹，影响测试准确性。
2.锤敲法对试样长度有最小要求，过短不易夹持，对于一些长度较短且材料价格昂贵的力学试棒，会造成一定的材料浪费。
3.锤敲法获得的力学试棒具有较大的残余应力，经热处理工序应力释放后会发生弯曲变形，影响试棒的使用。
4.经酸/碱清洗除去涂层的工序易造成材料吸氢，给钛合金、合金钢及强度等级在8.8级以上的碳钢材料带来氢脆风险。
5.清洗去除涂层的工序耗时较长，如钛合金盘料表面MOS2干膜涂层的去除一般都在2h以上，时间成本较高。
发明内容
为解决上述从盘料上获得力学试棒的方法中存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种操作方便，省时、省力的力学试棒获得方法，可一次解决盘料矫直、残余应力消除、粘附涂层去除的问题，高质量、高效率地从盘料上获得需要的力学试棒。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种力学试棒制作装置，包括盘料，经所述盘料被拉出的单根棒料依次经由：矫直装置，其通过多个导轮用于将单根棒料矫直而获得直条棒料；加热装置，其通过控制温度和时间用于消除单根棒料经导轮矫直后产生的残余应力；环形切削装置：其通过车削的方式用于去除直条棒料表面的涂层；最后经由断料装置将所需长度的直条棒料切断。
进一步地，多个所述导轮包括第一导轮，经由所述盘料送出的单根棒料经由第一导轮，单根棒料在拉紧状态下绕行第一导轮的曲率与其在自由状态时的曲率大小相等方向相反。
进一步地，所述环形切削装置与经多个导轮矫直后的直条棒料同轴设置；所述环形车削装置为自行旋转的圆环结构，其圆环结构的内部设有三把或一把环形车刀用于车削直条棒料表面的涂层，且直条棒料从环形车削装置的中心穿过。
进一步地，所述环形切削装置和断料装置之间设有一对主动轮，用于提供单根棒料行进的牵引力，所述主动轮与单根棒料接触的轮面上刻有花纹。
进一步地，所述盘料放置在料架上，料架主轴用于支撑料架，其盘料与料架能绕着料架主轴旋转，在所述料架和主轴间设置一定的旋转阻尼力，所述旋转阻尼力小于盘料与料架的滑动摩擦力；所述盘料的一侧固定设有出料口，所述出料口进、出棒料的两端装有滚动轴承。
进一步地，所述断料装置包括切料模和封闭切刀，直条棒料在拉紧状态下分别从封闭切刀和切料模的中心沿轴向方向移动。
进一步地，多个所述加热装置设置于第一导轮之后，所述加热装置为电磁感应线圈或温度可控的电热炉。
进一步地，多个所述导轮还包括第二导轮，所述第二导轮设置于第一导轮之后，且配合第一导轮完成单根棒料曲率的微调，并引导直条棒料向前移动。
本发明还提供一种利用上述一种力学试棒制作装置并对力学试棒进行制作的方法，包括以下步骤：1)送料；2)矫直；3)加热；4)去除涂层；5)断料。
进一步地，具体步骤如下：
1)送料：将盘料放置在料架上，设置所述料架和料架主轴之间的旋转阻尼力，使得所述旋转阻尼力小于盘料与料架的滑动摩擦力；其中，在力学试棒整个制作过程由一对主动轮提供所需的牵引力；所述料架的一侧固定设有出料口，所述出料口相对于料架主轴位置固定但能随料架主轴的转动而改变方位，所述出料口呈长方形，所述出料口进、出棒料的两端装有滚动轴承；
2)矫直：经所述盘料被拉出的单根棒料从出料口引出后绕过第一导轮，将单根棒料所呈现的原始盘圆状态消除，进而获得直条棒料；
3)加热：对经第一导轮后的直条棒料进行加热，其中，加热方法可采用加热炉或感应线圈进行加热，通过控制温度和时间消除变形应力；
4)去除涂层：经加热后的直条棒料绕过第二导轮，所述第二导轮用于配合第一导轮完成单根棒料在拉紧状态时绕行导轮曲率的调节；直条棒料经第二导轮后进入环形车削装置，所述环形车削装置与经第二导轮后的直条棒料同轴设置，直条棒料从环形车削装置中心穿过，车削量根据涂层厚度进行调整，一般应不小于0.01mm；
5)断料：根据加热装置有效加热区的长度和保温时间要求设置主动轮的转速，再依据力学试棒的长度要求计算断料装置的断料周期，为保证断口的齐平度，选用封闭切刀断料。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种力学试棒制作装置及其制作方法具有以下优势：操作方便，省时、省力，可一次解决盘料矫直、残余应力消除、粘附涂层去除的问题，可高质量、高效率地从盘料上获得需要的力学试棒。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明用于获得本实施例所述力学试棒的系统结构示意图。
附图标记说明：
1-盘料；2-料架；3-料架主轴；4-出料口；5-第一导轮；6-加热装置；7-第二导轮；8-环形切削装置；9-主动轮；10-切料模；11-封闭切刀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种力学试棒制作装置，包括盘料1，经盘料1被拉出的单根棒料依次经由：
矫直装置，其通过多个导轮用于将棒料矫直为直条棒料；加热装置6，其通过控制温度和时间用于消除单根棒料经导轮弯折后产生的残余应力；环形切削装置8：其通过车削的方式用于去除经由导轮矫直后直条棒料表面的涂层；最后经由断料装置将所需长度的力学棒料进行切断。
具体地，将待复验的金属盘料1放置在料架2上，盘料1与料架2能绕着料架主轴3旋转，转动阻尼力可以自由调节；其中，在料架2和主轴3间设置一定的旋转阻尼力，保证旋转阻尼力小于盘料1与料架2的滑动摩擦力。
为了保证送料的稳定性，在料架2的一侧设有固定的出料口4，该出料口4相对于料架主轴3位置固定但能随料架主轴3的转动而改变方位；优选地，出料口4呈长方形，长9mm～400mm、宽8.5mm～10mm，其出料口4水平方向较长且进、出棒料的两端装有滚动轴承，以保证单根棒料被拉出时与出料口4侧壁滚动摩擦。
其中，在力学试棒整个制作过程由一对主动轮9提供所需的牵引力；一对主动轮9设立在距离盘料1较远的位置，主动轮9转速可以自由调节，与单根棒料接触的轮面刻有花纹，以防止主动轮9与单根棒料的相对滑动，通过调节两主动轮9的间距可以获得满足要求的盘料牵引力。
接下来，单根棒料从出料口4引出后分别绕过第一导轮5和第二导轮7，其中，单根棒料在拉紧状态下绕行第一导轮5的曲率与其自由状态时的曲率相等，但方向相反。
具体地，单根棒料在一定牵引力的作用下绕过第一导轮5后，原始的盘圆状态基本可以消除而成为直条棒料。
但因外力矫形的缘故，单根棒料内部存有较大的残余应力，如果不进行应力的干预消除，矫直的棒料经热处理工序应力释放后，有恢复原有状态的趋势。
因此，还设有加热装置6，其设置于第一导轮5和第二导轮7之间，加热装置6可采用电磁感应线圈或温度可控的电热炉，通过温度和时间的控制达到消除变形应力的目的。
其中，加热装置6后设有的第二导轮7，一方面配合第一导轮5完成单根棒料绕行曲率的微调，另一方面经矫形后的直条棒料在第二导轮7的导向作用下向主动轮9的方向移动。
再接下来，经第二导轮7后的单根棒料进入环形车削装置8；其中，环形车削装置8与经第二导轮7后的直条棒料同轴设置，直条棒料从环形车削装置8的中心穿过；其中，环形车削装置8为自行旋转的圆环结构，其圆环结构的内部设有三把或一把环形车刀用于车削棒料表面涂层，直条棒料从环形车削装置8的中心穿过时，由转动的环形车刀将直条棒料表面的涂层去除，其车削量根据涂层厚度进行调整，通过车削去除涂层的直条棒料继续在主动轮9的牵引下向前移动。
其中，主动轮9设置于第二导轮7之后，断料装置设置于主动轮9之后。
再者，根据加热装置6有效加热区的长度和保温时间要求设置主动轮9的转速，再依据力学试棒的长度要求计算断料装置的断料周期；其中，断料装置包括切料模10和封闭切刀11，选用封闭式切刀以保证断口的齐平度。
为保障单根棒料移动路径的稳定性，上述第一导轮5、加热装置6、第二导轮7、环形车削装置8、主动轮9及断料装置的水平对称面均为同一个平面，通过上述方法便可获得一定长度的力学试棒。
具体实施方法如下：
经由盘料1被拉出的单根棒料自由状态下的曲率为ρ0，调节第一导轮5和第二导轮7的位置使单根棒料在拉紧状态下绕行第一导轮5的曲率ρ＝ρ0，且方向相反；
第一导轮5和第二导轮7的中间有一加热装置，可为加热炉或感应线圈，有效加热长度为l1；其中，普通钢材的去应力温度200℃～300℃，钛合金材料的去应力温度300℃～500℃；根据材料种类设定保温温度T(感应线圈应设定功率和加热时间)，根据单根棒料等效直径确定保温时间t，由l1/t确定单根棒料移动的线速度v；
经矫直后的直条棒料沿环形切削装置8的轴向方向向前移动(速度v)，调节环形切削装置8的位置使其与直条棒料同轴，环形车刀的转速为1500r/min～4500r/min，车削量根据涂层厚度调整，一般应不小于0.01mm；
根据直条棒料的移动速度调节主动轮9的转速v0，使v0＝v，保证单根棒料在加热装置6中有足够的加热时间消除应力；
直条棒料在主动轮9的带动下分别从环形切料刀11和切料模10的中心沿轴向方向移动，根据力学试棒长度l2的要求，确定断料机构的断料间隔时间，t1＝l2/v。
具体实施例：
规格TC4钛合金盘料拉伸试棒(l2＝120mm)的制备：
经实际测量，TC4钛合金盘料在自由状态的曲率ρ0＝1/3.5＝0.29mm-1，单边MoS2涂层厚度最大0.008mm。
将盘料1放在料架2上，1、2均能绕着主轴3旋转，从出料口4处将钛合金盘料1的一端引出，出料口4应转动至朝向系统装置的一侧，出料口4相对于主轴3固定，单根棒料绕过第一导轮5，穿过加热装置6(管式炉)炉膛，绕过第一导轮5和第二导轮7，接着从环形车削装置8的中心穿过并与主动轮9接触，调整主动轮9的预紧力以获得牵引力；切刀11和切料模10的位置应能保证料从主动轮9出来后顺利进入模腔；调整环形车削装置8保证其沿单根棒料的四周均匀车削，车削量为0.012mm；
其中，料架2和主轴3间设置一定的旋转阻尼力，该阻尼力需小于盘料1与料架2的滑动摩擦力，保证盘料1和料架2能绕着主轴3旋转；
启动主动轮9，调节料架2旋转的阻尼力和主动轮9转动的牵引力，直至盘料1能在牵引力的作用下绷紧在第一导轮5上，调整第一导轮5和第二导轮7的位置，使单根棒料绕过第一导轮5的曲率为0.29mm-1，方向与单根棒料在自由状态时的方向相反，记录下盘料1入炉前的位置p；
开启加热装置6(管式炉)，升温至450℃保温，炉膛有效区150mm，保温时间≥5min，到温后开启主动轮9，转速v0＝30mm/min；观察P点的移动，待到达环形车削装置8后启动该装置，实现对MoS2涂层的去除；
去除涂层后的直条棒料经过主动轮9运动至切料模10模腔后开启断料切刀11，断料周期t＝120mm/30mm/min＝4min，即每4min便可获得一个120mm长并去除涂层的力学试棒。
本发明的设计思路：在主动轮9的牵引下，料架2上的盘料1经第一导轮5和第二导轮7的反向弯折抵消其单根盘料1的弯曲状态，使弯曲状态的盘料1矫直为直条棒料，通过加热装置6消除反向弯折引起的残余应力，再经环形切削装置8去除棒料表面的涂层，最后由切料装置进行断料，从而获得所需的力学试棒。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种力学试棒制作装置，其特征在于：包括盘料(1)，经所述盘料(1)被拉出的单根棒料依次经由：
矫直装置，其通过多个导轮用于将单根棒料矫直而获得直条棒料；
加热装置(6)，其通过控制温度和时间用于消除单根棒料经导轮矫直后产生的残余应力；
环形切削装置(8)：其通过车削的方式用于去除直条棒料表面的涂层；
最后经由断料装置将所需长度的直条棒料切断；
多个所述导轮包括第一导轮(5)，经由所述盘料(1)送出的单根棒料经由第一导轮(5)，单根棒料在拉紧状态下绕行第一导轮(5)的曲率与其在自由状态时的曲率大小相等方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：所述环形切削装置(8)与经多个导轮矫直后的直条棒料同轴设置；所述环形车削装置(8)为自行旋转的圆环结构，其圆环结构的内部设有三把或一把环形车刀用于车削直条棒料表面的涂层，且直条棒料从环形车削装置(8)的中心穿过。
3.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：所述环形切削装置(8)和断料装置之间设有一对主动轮(9)，用于提供单根棒料行进的牵引力，所述主动轮(9)与单根棒料接触的轮面上刻有花纹。
4.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：所述盘料(1)放置在料架(2)上，料架主轴(3)用于支撑料架(2)，其盘料(1)与料架(2)能绕着料架主轴(3)旋转，在所述料架(2)和主轴(3)间设置一定的旋转阻尼力，所述旋转阻尼力小于盘料(1)与料架(2)的滑动摩擦力；所述盘料(1)的一侧固定设有出料口(4)，所述出料口(4)进、出棒料的两端装有滚动轴承。
5.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：所述断料装置包括切料模(10)和封闭切刀(11)，直条棒料在拉紧状态下分别从封闭切刀(11)和切料模(10)的中心沿轴向方向移动。
6.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：多个所述加热装置(6)设置于第一导轮(5)之后，所述加热装置(6)为电磁感应线圈或温度可控的电热炉。
7.根据权利要求1所述的一种力学试棒制作装置，其特征在于：多个所述导轮还包括第二导轮(7)，所述第二导轮(7)设置于第一导轮(5)之后，且配合第一导轮(5)完成单根棒料曲率的微调，并引导直条棒料向前移动。
8.一种利用权利要求1所述的一种力学试棒制作装置并对力学试棒进行制作的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)送料；2)矫直；3)加热；4)去除涂层；5)断料。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)送料：将盘料(1)放置在料架(2)上，设置所述料架(2)和料架主轴(3)之间的旋转阻尼力，使得所述旋转阻尼力小于盘料(1)与料架(2)的滑动摩擦力；
其中，在力学试棒整个制作过程由一对主动轮(9)提供所需的牵引力；
所述料架(2)的一侧固定设有出料口(4)，所述出料口(4)相对于料架主轴(3)位置固定但能随料架主轴(3)的转动而改变方位，所述出料口(4)呈长方形，所述出料口(4)进、出棒料的两端装有滚动轴承；
2)矫直：经所述盘料(1)被拉出的单根棒料从出料口(4)引出后绕过第一导轮(5)，将单根棒料所呈现的原始盘圆状态消除，进而获得直条棒料；
3)加热：对经第一导轮(5)后的直条棒料进行加热，其中，加热方法可采用加热炉或感应线圈进行加热，通过控制温度和时间消除变形应力；
4)去除涂层：经加热后的直条棒料绕过第二导轮(7)，所述第二导轮(7)用于配合第一导轮(5)完成单根棒料在拉紧状态时绕行导轮曲率的调节；
直条棒料经第二导轮(7)后进入环形车削装置(8)，所述环形车削装置(8)与经第二导轮(7)后的直条棒料同轴设置，直条棒料从环形车削装置(8)中心穿过，车削量根据涂层厚度进行调整，一般应不小于0.01mm；
5)断料：根据加热装置有效加热区的长度和保温时间要求设置主动轮(9)的转速，再依据力学试棒的长度要求计算断料装置的断料周期，为保证断口的齐平度，选用封闭切刀(11)断料。
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