CN108405652A - 一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料加工技术领域，公开了一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，包括：激光清洗结构，采用激光聚焦扫描所述石墨润滑层，降低石墨润滑层的致密性及其与金属丝材间的附着力；机械清洗结构，设置在所述激光清洗结构后方，擦除经过激光聚焦扫描的石墨润滑层。本发明提供的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法，针对丝材表面实现高效和低损耗的激光‑机械摩擦复合清洗。

Description

一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法。

背景技术

拉拔是金属压力加工方法之一，拉拔加工特点是：在拉力作用下，使截面积较大的金属材料通过拉丝模孔，获得需要的截面形状和尺寸的丝材。为了降低摩擦，通常在丝材表面形成石墨润滑层。

然而，石墨润滑层的清理十分不便；通常采用机械铣削，但是会造成丝材表面质量劣化和材料损耗。

发明内容

本发明提供一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法，解决现有技术中丝材石墨润滑层清洗低效、高损耗的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，包括：

激光清洗结构，包括：

激光发生器，产生扫描激光；

激光清洗头，与所述激光发生器相连，用于获取所述扫描激光并对金属丝材表面的石墨润滑层进行聚焦扫描，以降低金属丝材表面的石墨润滑层的致密性及其与金属丝材间的附着力；

丝材容置筒体，所述丝材容置筒体内开设有供所述金属丝材通过的筒腔，所述筒腔上开设激光清洗头固定孔，所述激光清洗头固定在所述激光清洗头固定孔上，向所述筒腔内输出聚焦后的所述扫描激光；

机械清洗结构，设置在所述丝材容置筒体的出口侧，用于接收经过激光清洗的金属丝材并机械擦除经过所述扫描激光聚焦扫描的石墨润滑层。

进一步地，所述激光清洗结构还包括：第一残渣收集结构；

所述第一残渣收集结构与所述筒腔相连，用于收集所述筒腔内的石墨残渣。

进一步地，所述第一残渣收集结构包括：第一抽吸孔、第一抽吸泵以及集渣箱；

所述第一抽吸孔设置在所述筒腔内；

所述第一抽吸泵通过气管连接所述第一抽吸孔，用于抽吸所述筒腔内的石墨残渣；

所述集渣箱连接所述第一抽吸泵，用于收集存储从所述第一抽吸泵中抽吸出的石墨残渣。

进一步地，所述激光清洗结构还包括：容置筒体支架以及支架底座；

所述容置筒体支架固定在所述支架底座上；

所述容置筒体固定在所述容置筒体支架上；

所述第一抽吸泵固定能够在所述容置筒体支架上；

所述集渣箱固定在所述支架底座上。

进一步地，所述激光发生器采用CO₂气体激光器，或者Nd:YAG固体激光器，或者碟片激光器，或者光纤激光器，或者半导体直接输出激光器。

进一步地，所述机械清洗结构包括：钢丝辊刷组件；

所述钢丝辊刷组件设置在所述容置筒体的出口侧，用于接收经过激光清洗的金属丝材并机械擦除经过所述扫描激光聚焦扫描的石墨润滑层。

进一步地，所述机械清洗结构还包括：刷辊操作箱；

所述钢丝辊刷组件中的钢丝辊刷设置在所述刷辊操作箱内，便于收集机械擦除的石墨残渣；

所述刷辊操作箱上开设有供所述丝材通过的通孔。

进一步地，所述机械清洗结构还包括：第二抽吸泵；

所述刷辊操作箱上开设第二抽吸孔；

所述第二抽吸泵的输入端与所述第二抽吸孔相连，所述第二抽吸泵的输出端连接有残渣筒。

进一步地，所述机械清洗结构还包括：支撑结构；

所述刷辊操作箱固定在所述支撑结构上；

所述第二抽吸泵固定在所述支撑结构上；

所述残渣筒固定在所述支撑结构的底座内。

一种丝材拉拔系统，包括：所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置以及丝材拉拔设备；

所述金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置设置在所述丝材拉拔设备的输出端，以去除丝材表面的石墨润滑层。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，通过激光清洗结构将激光聚焦扫描石墨润滑层使得石墨润滑层形成瞬时高温，从而形成较大的膨胀作用力、热-声振动、等离子高压，甚至部分汽化，以大幅降低石墨润滑层的致密性以及和基材的附着力，然后采用机械摩擦的方式擦除污染物层。相对于传统的采用铣削工艺去除丝材表面石墨润滑层的工艺在高效去除的同时，最大程度的减小材料的损耗。同时，激光清洗的功率要求较低，复合清洗具有更高的效率，从而以复合加工的方式，达到了较好的清洗效果。

附图说明

图1为本发明提供的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置布局结构示意图；

图2为本发明提供的激光清洗结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明提供的钢丝辊刷组件结构示意图；

图5为本发明提供的刷辊操作箱结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置和方法，解决现有技术中丝材石墨润滑层清洗低效、高损耗的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，包括：

激光清洗结构1，采用激光聚焦扫描所述石墨润滑层，降低石墨润滑层的致密性及其与金属丝材4间的附着力；也就是通过激光清洗结构1对丝材表面的石墨润滑层进行聚焦扫描处理，通过高能量密度激光能量使石墨润滑层形成瞬时高温，导致石墨层内产生较大的膨胀力，热-声振动，等离子体高压，甚至部分汽化，大幅降低石墨层的致密性以及与基材的附着力，使得其更容易破坏剥离。

机械清洗结构2，设置在所述激光清洗结构1出口侧，从而实现机械擦除经过激光聚焦扫描的石墨润滑层。在破坏了石墨润滑层的结构之后，从而能够较简单的机械擦除，实现高效的去除石墨润滑层；更重要的是，并不会造成丝材表面质量的劣化和材料损耗。

通常，为了提升位置控制精度，一般采用平台化布局；设置一工作平台5分别承载所述激光清洗结构1、机械清洗结构2、拉拔设备3以及激光发生器106。

下面具体说明上述结构。

参见图2和图3，所述激光清洗结构1包括：丝材容置筒体101、激光清洗头105以及激光发生器106。

具体来说，所述丝材容置筒体101内开设有供丝材通过的筒腔104，在工作时，丝材4自拉拔设备3输出后，通过所述筒腔104，在所述筒腔104内进行激光清洗，也就是在所述筒腔104内进行激光聚焦扫描，一方面能够实现丝材4的精确定位，实现高效清洗，另一方面还能够将聚焦的高能激光限制在筒腔104内，避免烧蚀破坏周边设备环境。

通常，在所述筒腔104上开设激光清洗头固定孔，所述激光清洗头固定在所述激光清洗头固定孔上，向所述筒腔104内输出激光，实现精确定位，提升清洗的可靠性。

激光清洗头105直接连接激光发生器106，获取清洗用激光。在本实施例中，由于采用机械擦除结构配合实现石墨润滑层的清洗，激光发生器106的功率不必设置得很高，远小于单纯的通过高能激光清洗的功率。激光清洗的主要目的不在于清理掉石墨润滑层，而是在于破坏致密的石墨润滑层的结构和附着力，使其更容易机械擦除。从而一方面，能够降低对激光清洗设备的功率和规格要求，还能保证高效可靠的清洗操作。

当然，激光清洗本身会破坏石墨润滑层结构，降低致密性和稳定性；一定程度上能够剥落清理掉小部分的石墨层，产生石墨残渣。

鉴于此，所述激光清洗结构1还包括：第一残渣收集结构。

所述第一残渣收集结构与所述筒腔104相连，用于收集所述筒腔104内的石墨残渣。

一般来说，所述第一残渣收集结构包括：第一抽吸孔、第一抽吸泵以及集渣箱。

所述第一抽吸孔设置在所述筒腔104内，一般是在所述筒腔104的筒壁上设置通孔，作为抽气口，引导石墨残渣；所述第一抽吸泵通过气管连接所述第一抽吸孔，从而引导石墨残渣离开丝材容置筒体101，保持激光清洗环境的整洁，避免影响清洗操作。

可选的，第一抽吸孔的数量可根据所述筒腔104的长度和宽度，设置成均匀布置的多个，从而充分清理石墨残渣。

一般来说，第一抽吸泵设置在所述丝材容置筒体101的支架102上，通过气管连通所述第一抽吸孔，实现负压吸引，清理石墨残渣；气管也可通过紧固件固定在所述支架102上，限制结构振动。

所述集渣箱连接所述第一抽吸泵的输出端，集中收集石墨残渣，避免其影响工作环境。所述集渣箱固定在所述支架基座103上，处于第一抽吸泵的下方，便于石墨残渣下落。

一般来说，所述激光发生器106可采用CO₂气体激光器或者Nd:YAG固体激光器或者碟片激光器或者光纤激光器或者半导体直接输出激光器。

值得说明的是，激光清洗头105的数量至少为两个，径向设置在丝材两侧，分别针对两个半圆弧面；一般针对直径较小的丝材。

具体的数量，通常根据丝材的直径确定。

当丝材直径较大时，可选用三个，均匀径向设置，各自分担120°的弧面范围。还可以是四个，各自分担90°的弧面范围。对于更大直径的情况，依次原理设置，此处不穷举。

通常，将所述筒腔104内壁截面设置成正多边形结构，每个面对应一个激光清洗头；如三个激光清洗头时，内壁界面为正三角形；四个激光清洗头时，内壁界面为正四边形；从而保证激光清洗头定位的可靠性。

激光清洗头105根据扫描方式的不同，可选用不同的型号，一般可采用圆形、矩形或者直线的扫描路径的元件设置，适应各类规格的丝材要求。

在激光清洗之后，破坏了丝材表面的石墨润滑层的内部结构，能够较为便捷的机械擦除；下面具体说明机械擦除结构。

所述机械清洗结构2包括：钢丝辊刷组件206；所述钢丝辊刷组件206设置在所述激光清洗结构1的出口侧。当丝材4自拉拔设备3输出，经过激光清洗结构1处理之后，穿过钢丝辊刷组件206，通过机械摩擦去除内部结构破坏后的石墨润滑层。

参见图5，一般来说，机械摩擦必然导致碎渣，粉尘迸溅，为了避免影响工作环境。所述机械清洗结构2还包括：刷辊操作箱201；所述刷辊操作箱201包覆在所述钢丝辊刷组件206中的钢丝辊刷外，将机械擦除的执行结构限制在内，收集机械擦除的石墨残渣，避免其向外扩散，溅射。

所述刷辊操作箱201上开设有供所述丝材通过的通孔，便于丝材4的进入和移出。

进一步地，所述机械清洗结构还包括：第二抽吸泵204；所述刷辊操作箱201上开设第二抽吸孔；所述第二抽吸泵204的输入端与所述第二抽吸孔相连，所述第二抽吸泵204的输出端连接有残渣筒。从而形成抽吸收集结构，集中收集石墨残渣和粉尘，保持工作环境的整洁。

一般来说，可以在所述刷辊操作箱201的支撑结构202内设置抽气管路205，连接在第二抽气孔和所述第二抽吸泵之间，实现石墨残渣抽吸。相应的，残渣筒203设置在支撑结构202的底座内，便于收集清理残渣。

根据实际情况，如果产线布局中，激光清洗结构1和机械清洗结构2较近，集渣箱和残渣筒可合并为一。

参见图4，值得说明的是，钢丝辊刷一般为三个，以丝材轴线为中心，均匀分布。还可以是四个甚至更多个，根据丝材的直径合理选择，覆盖丝材表面。

值得说明的是，钢丝辊刷可以通过辊轴设置在辊刷支架上，丝材通过辊刷时，剥离石墨润滑层；一般设置成静态，在丝材经过时，自适应转动。还可以在刷辊支架上设置驱动电机以及传动轴与多个钢丝辊刷传动相连，驱动钢丝辊刷自转，各自实现一个角度区域的擦除操作。

还可以进一步的，将多个钢丝刷辊设置在一个转动支架上，通过在转动支架上设置自转驱动电机驱动钢丝辊刷通过辊轴相对于转动支架自转。转轴支架也通过一个转轴与一个辊刷支架枢转相连，并在辊刷支架上设置一个公转驱动电机，与转动支架传动相连，驱动转动支架转动，从而实现钢丝辊刷围绕丝材公转，实现二维的擦除，提升机械擦除的可靠性。

一般来说，上述装置的工作对象也不仅限于石墨润滑层，对于油污层、锈蚀层、氧化层以及拉拔过程中产生的杂质碎片颗粒等同样有用。

本实施例还基于上述装置提供一种拉拔系统。

一种丝材拉拔系统，包括：所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置以及丝材拉拔设备；

所述金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置设置在所述丝材拉拔设备的输出端，去除丝材表面的石墨润滑层。

在丝材拉拔设备输出丝材后通过金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置执行复合清洗操作。

基于上述清洗装置，还提供一种清洗操作方法。

一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗方法，包括：

采用激光聚焦扫描丝材表面的石墨润滑层，降低石墨润滑层的致密性和附着力；

机械擦除激光聚焦扫描后的石墨润滑层。

具体操作过程不再赘述。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，通过激光清洗结构将激光聚焦扫描石墨润滑层使得石墨润滑层形成瞬时高温，从而形成较大的膨胀作用力、热-声振动、等离子高压，甚至部分汽化，以大幅降低石墨润滑层的致密性以及和基材的附着力，然后采用机械摩擦的方式擦除污染物层。相对于传统的采用铣削工艺去除丝材表面石墨润滑层的工艺在高效去除的同时，最大程度的减小材料的损耗。相比于单纯的高功率激光清洗，复合清洗具有更高的效率，同时，可以降低对高功率激光器的需求，采用功率相对较低的激光器，以复合加工的方式，达到较好的清洗效果。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，包括：

激光清洗结构，包括：

激光发生器，产生扫描激光；

激光清洗头，与所述激光发生器相连，用于获取所述扫描激光并对金属丝材表面的石墨润滑层进行聚焦扫描，以降低金属丝材表面的石墨润滑层的致密性及其与金属丝材间的附着力；

丝材容置筒体，所述丝材容置筒体内开设有供所述金属丝材通过的筒腔，所述筒腔上开设激光清洗头固定孔，所述激光清洗头固定在所述激光清洗头固定孔上，向所述筒腔内输出聚焦后的所述扫描激光；

机械清洗结构，设置在所述丝材容置筒体的出口侧，用于接收经过激光清洗的金属丝材并机械擦除经过所述扫描激光聚焦扫描的石墨润滑层。

2.如权利要求1所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述激光清洗结构还包括：第一残渣收集结构；

所述第一残渣收集结构与所述筒腔相连，用于收集所述筒腔内的石墨残渣。

3.如权利要求2所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述第一残渣收集结构包括：第一抽吸孔、第一抽吸泵以及集渣箱；

所述第一抽吸孔设置在所述筒腔内；

所述第一抽吸泵通过气管连接所述第一抽吸孔，用于抽吸所述筒腔内的石墨残渣；

所述集渣箱连接所述第一抽吸泵，用于收集存储从所述第一抽吸泵中抽吸出的石墨残渣。

4.如权利要求3所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述激光清洗结构还包括：容置筒体支架以及支架底座；

所述容置筒体支架固定在所述支架底座上；

所述容置筒体固定在所述容置筒体支架上；

所述第一抽吸泵固定能够在所述容置筒体支架上；

所述集渣箱固定在所述支架底座上。

5.如权利要求1所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述激光发生器采用CO₂气体激光器，或者Nd:YAG固体激光器，或者碟片激光器，或者光纤激光器，或者半导体直接输出激光器。

6.如权利要求1所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述机械清洗结构包括：钢丝辊刷组件；

所述钢丝辊刷组件设置在所述容置筒体的出口侧，用于接收经过激光清洗的金属丝材并机械擦除经过所述扫描激光聚焦扫描的石墨润滑层。

7.如权利要求6所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述机械清洗结构还包括：刷辊操作箱；

所述钢丝辊刷组件中的钢丝辊刷设置在所述刷辊操作箱内，便于收集机械擦除的石墨残渣；

所述刷辊操作箱上开设有供所述丝材通过的通孔。

8.如权利要求7所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述机械清洗结构还包括：第二抽吸泵；

所述刷辊操作箱上开设第二抽吸孔；

所述第二抽吸泵的输入端与所述第二抽吸孔相连，所述第二抽吸泵的输出端连接有残渣筒。

9.如权利要求8所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置，其特征在于，所述机械清洗结构还包括：支撑结构；

所述刷辊操作箱固定在所述支撑结构上；

所述第二抽吸泵固定在所述支撑结构上；

所述残渣筒固定在所述支撑结构的底座内。

10.一种丝材拉拔系统，其特征在于，包括：如权利要求1～8任一项所述的金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置以及丝材拉拔设备；

所述金属丝材表面的石墨润滑层清洗装置设置在所述丝材拉拔设备的输出端，以去除丝材表面的石墨润滑层。