CN107486736A - 一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置，在低应力变频离心下料机上增加可移动式夹紧装置，其中，低应力变频离心下料机包括电机、同步小带轮、主轴、限位螺钉、减力弹簧、滑块、轴承和夹紧装置，主轴的右端开有燕尾槽，燕尾槽中设有相配合的滑块，滑块能在燕尾槽中滑动；滑块上安装有一个轴承，滑块后面的槽中设有减力弹簧；可移动式夹紧装置中添加了声发射裂纹检测装置，包括声发射探头、丝杠、夹具固定架、步进电机、棒料尾座固定架和夹具。本发明在原有的低应力变频离心下料上，进行结构优化设计，采用移动式棒料夹紧装置代替固定式夹紧装置，实现棒料上载荷作用点位置的实时变化，使得低应力变频离心下料机实现高效率下料。

Description

一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置及方法
技术领域
本发明涉及一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置及方法，属于机械制造技术领域。
背景技术
低应力下料是将裂纹技术应用于棒材下料中，先人为地在棒材表面上预制一条环向裂纹，然后对带有环向表面裂纹的棒材施加一定外力，使其以低应力脆断的形式动态分离。根据棒材断裂机理的不同，低应力下料一般可分为折断型、冲击剪切型和弯曲断裂型等三种形式。低应力折断型下料效率高，但裂纹的扩展很难控制，限制了其应用和发展。低应力冲击剪切型下料效率较高，但能耗和振动噪声很大，模具磨损严重。于是低应力弯曲断裂下料被公认为是未来最有发展潜力的精密下料方法，它充分利用环向V型槽的缺口效应和弯曲效应，实现材料在低应力水平下的脆断，获得无几何畸变、断口垂直平整、无需倒角的毛坯。目前学者们已就低应力弯曲下料技术从应力集中、机构设计、断口形貌等方面进行了一些研究。但低应力弯曲下料的材料分离机理、高效精密实现方法和质量评价标准等关键核心技术仍未突破，因而提高产品精度和生产效率，降低能耗以及减少污染等的综合目标也未能真正实现。为加快振兴我国装备制造业发展，研究高效、高品质、节能、环境友好型金属材料近净成形下料新技术及材料分离机理势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置及方法，以便克服上述不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置，在低应力变频离心下料机上增加可移动式夹紧装置，其中，低应力变频离心下料机包括电机、同步小带轮、主轴、限位螺钉、减力弹簧、滑块、轴承和夹紧装置，主轴的右端开有燕尾槽，燕尾槽中设有相配合的滑块，滑块能在燕尾槽中滑动；滑块上安装有一个轴承，滑块后面的槽中设有减力弹簧；主轴的燕尾槽的两边设有一限位螺钉防止滑块脱出；可移动式夹紧装置中添加了声发射裂纹检测装置，包括声发射探头、丝杠、夹具固定架、步进电机、棒料尾座固定架和夹具。
利用上述装置进行工作的方法为：下料时，工件一端放到滑块上的轴承内孔中，另一端固定在夹紧装置中；电机带动同步小带轮转动，在主轴高速旋转过程中，滑块在离心力作用下滑动；在滑块后面有一减力弹簧来平衡增加的离心力，同时通过控制系统改变电机转速来调节离心力，达到棒料所需要的作用力；在棒料表面产生一个压力，同时由于主轴在高速旋转，这个压力在棒料表面就是快速的交变压力，棒料上的V型槽尖端在这个交变压力作用下产生裂纹，并逐渐扩展，最后使棒料断裂；为了提高断面质量，应当使施加在棒料上的载荷有规律的从大到小变化，其载荷作用点的位移振幅应有规律的越来越大，从而保证V型槽尖端裂纹持续可控扩展；为了实现载荷作用点在棒料上移动，可以通过改变夹紧装置的位置来实现；工作流程是在工作前由夹具和棒料尾座固定架固定好棒料，并通过步进电机带动夹具固定架调整好棒料上载荷作用点的位置，在离心下料装置启动之后，通过声发射探头检测到棒料V型槽尖端起裂并将信号通过检测装置传到处理器，由系统控制步进电机带动丝杠调整棒料上载荷作用点的位置。
目前的低应力下料装置在实现棒料所受外力与棒料V型槽尖端裂纹起裂和扩展之间的协调关系时，具有一定的局限性，主要体现在其载荷作用点的位置不能根据裂纹扩展长度的变化而实时改变。
现有研究表明，棒料在起裂之后，其扩展阶段所需要的载荷会有明显的下降，此时可以通过减小力或者改变载荷作用点的位置(力臂)来达到稳定扩展的目的。但根据现有低应力下料机的加载状态，减小载荷的方法只能通过调整主轴转速(电机转速)来改变，然而通过变频器调整主轴转速是有一段时间的延迟，导致裂纹起裂后载荷不能迅速的按照一定的规律降下来，进而出现棒料下料断面较差。因此，通过本专利提出改变载荷作用点的位置，即棒料所受作用力臂的办法，来达到载荷随着裂纹扩展而有规律逐渐变化的目的，使棒料V型槽尖端裂纹稳定扩展，确保下料断面质量更好。因此，本发明在低应力变频离心下料机基础上提出了一种可自动调节载荷在棒料上作用点的棒料夹紧装置，通过改变作用力臂，使棒料所受的力矩发生变化，确保V型槽尖端所受的轴向拉应力始终维持在材料的断裂韧性附近，其能实时调节棒料的力臂长度，实现方法简单，且结构紧凑，达到了提高棒料V型槽尖端裂纹稳定扩展的目的。
该发明的有益效果在于：本发明在原有的低应力变频离心下料上，进行结构优化设计，采用移动式棒料夹紧装置代替固定式夹紧装置，实现棒料上载荷作用点位置的实时变化，使得低应力变频离心下料机实现高效率下料。本发明将声发射检测装置与下料装置结合，通过检测声发射信号判断棒料V型槽尖端是否起裂，并在判断起裂后，通过步进电机来控制棒料的进给运动。低应力变频离心下料机工作时，载荷对棒料会产生较大的循环振动，因此，在改进装置中，加入尾座固定装置，防止棒料过长时产生大振幅，使得下料过程更加稳定可靠。
附图说明
图1是本发明实施例中所使用的低应力变频离心下料机局部剖面视图。
图2是本发明实施例中所使用的声发射裂纹检测装置示意图。
图3是本发明实施例中所使用的装置流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中的低应力变频离心下料机，包括电机、同步小带轮1、主轴2、限位螺钉3、减力弹簧4、滑块5、轴承6和夹紧装置7，如图1所示，主轴2的右端开有燕尾槽，燕尾槽中设有相配合的滑块5，滑块5能在燕尾槽中滑动；滑块5上安装有一个轴承6，滑块5后面的槽中设有减力弹簧4；主轴2的燕尾槽的两边设有一限位螺钉3防止滑块脱出。下料时，工件一端放到滑块上的轴承内孔中，另一端固定在夹紧装置7中。电机带动同步小带轮1转动，在主轴高速旋转过程中，滑块在离心力作用下滑动。在滑块后面有一减力弹簧来平衡增加的离心力，同时通过控制系统改变电机转速来调节离心力，达到棒料所需要的作用力。在棒料表面产生一个压力，同时由于主轴在高速旋转，这个压力在棒料表面就是快速的交变压力，棒料上的V形槽在这个交变压力作用下产生裂纹，并逐渐扩展，最后使棒料断裂。为了提高断面质量，应当使施加在棒料上的载荷有规律的从大到小变化，其作用点的位移振幅应有规律的越来越大，从而保证V型槽尖端裂纹持续可控扩展。
为了实现载荷作用点在棒料上移动，可以通过改变夹紧装置的位置来实现，但从图1中可以看出夹紧装置是通过螺栓固定在机架上，也就意味着该装置没有调节载荷作用点的功能。因此，本发明旨在提出配合低应力变频离心下料机使用的可移动式夹紧装置，代替原有固定式的夹紧装置，以此来提高下料的断面质量和效率，其结构原理示意图如图2所示。
从图2可以看出，可移动式夹紧装置中添加了声发射裂纹检测装置，包括声发射探头13、丝杠8、夹具固定架9、步进电机10、棒料尾座固定架11和夹具12，工作流程是在工作前由夹具12和棒料尾座固定架11固定好棒料，并通过步进电机10带动夹具固定架9调整好棒料上载荷作用点的位置，在离心下料装置启动之后，通过声发射探头13检测到棒料V型槽尖端起裂并将信号通过检测装置传到处理器，由系统控制步进电机带动丝杠8调整棒料上载荷作用点的位置，整体控制流程如图3所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种低应力下料中可移动式棒料夹紧装置，其特征在于：在低应力变频离心下料机上增加可移动式夹紧装置，其中，低应力变频离心下料机包括电机、同步小带轮、主轴、限位螺钉、减力弹簧、滑块、轴承和夹紧装置，主轴的右端开有燕尾槽，燕尾槽中设有相配合的滑块，滑块能在燕尾槽中滑动；滑块上安装有一个轴承，滑块后面的槽中设有减力弹簧；主轴的燕尾槽的两边设有一限位螺钉防止滑块脱出；可移动式夹紧装置中添加了声发射裂纹检测装置，包括声发射探头、丝杠、夹具固定架、步进电机、棒料尾座固定架和夹具。
2.根据权利要求1所述的低应力下料中可移动式棒料夹紧装置，其特征在于：利用上述装置进行工作的方法为：下料时，工件一端放到滑块上的轴承内孔中，另一端固定在夹紧装置中；电机带动同步小带轮转动，在主轴高速旋转过程中，滑块在离心力作用下滑动；在滑块后面有一减力弹簧来平衡增加的离心力，同时通过控制系统改变电机转速来调节离心力，达到棒料所需要的作用力；在棒料表面产生一个压力，同时由于主轴在高速旋转，这个压力在棒料表面就是快速的交变压力，棒料上的V型槽尖端在这个交变压力作用下产生裂纹，并逐渐扩展，最后使棒料断裂；为了提高断面质量，应当使施加在棒料上的载荷有规律的从大到小变化，其载荷作用点的位移振幅应有规律的越来越大，从而保证V型槽尖端裂纹持续可控扩展；为了实现载荷作用点在棒料上移动，可以通过改变夹紧装置的位置来实现；工作流程是在工作前由夹具和棒料尾座固定架固定好棒料，并通过步进电机带动夹具固定架调整好棒料上载荷作用点的位置，在离心下料装置启动之后，通过声发射探头检测到棒料V型槽尖端起裂并将信号通过检测装置传到处理器，由系统控制步进电机带动丝杠调整棒料上载荷作用点的位置。
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