CN111687732A - 一种钛合金丝材的表面处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钛合金丝材处理领域，公开了一种钛合金丝材的表面处理装置及方法。所述表面处理装置包括转轴和对称安装在所述转轴上的至少一组调节模块，所述转轴具有用于钛合金丝材导入和导出的转轴中心孔；其中，每组所述调节模块包括相对设置且间隙可调的至少一对砂轮块，所述至少一对砂轮块用于对夹持在所述至少一对砂轮块之间的钛合金丝材进行表面处理。该装置通过钛合金丝材与砂轮块之间不断摩擦，从而对钛合金丝材表面进行处理，使得钛合金丝材表面光亮，椭圆度高一致性好。

Description

一种钛合金丝材的表面处理装置及方法
技术领域
本发明涉及钛合金丝材处理领域，具体涉及一种钛合金丝材的表面处理装置及方法。
背景技术
钛合金丝材由于其耐蚀性好、比强度高、无磁性、生物相容性高等特性，在航空航天、石油化工、医疗卫生、汽车、建筑等诸多领域都有重要应用。Ti45Nb作为一种先进的航空紧固件用材料，其密度仅为5.7g/cm3，具有优良的耐蚀性、高的比强度、良好的力学性能和加工性能。
钛合金丝材一般由拉拔或轧制而成，丝材表面通常会形成氧化层或者硬化层，对于一些高端领域，如航空航天焊接，要求钛合金丝材具有低氧、低氢等特性，因此需要将钛合金丝材表面氧化层或硬化层去除。目前钛合金丝材表面处理方法主要采用沙袋抛、磨削等工艺，其磨抛余量很难控制，且磨抛后钛合金丝材椭圆度很难保证，丝材的直径一致性较差。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的钛合金丝材表面磨抛余量难以控制以及磨抛后的丝材椭圆度较差的问题，提供一种钛合金丝材的表面处理装置及方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种钛合金丝材的表面处理装置，所述表面处理装置包括转轴和对称安装在所述转轴上的至少一组调节模块，所述转轴具有用于钛合金丝材导入和导出的转轴中心孔；
其中，每组所述调节模块包括相对设置的且间隙可调的至少一对砂轮块，所述至少一对砂轮块用于对夹持在所述至少一对砂轮块之间的钛合金丝材进行表面处理。
优选地，每组所述调节模块包括相对设置的两个调节单元，每个所述调节单元包括沿所述转轴的径向方向从外向内依次设置的支撑杆、滑块、固定盒和所述砂轮块；更优选地，所述支撑杆和所述滑块互相平行，所述支撑杆固定在所述转轴上，所述滑块面向所述转轴中心孔的一侧依次连接有所述固定盒和所述砂轮块。
优选地，每个所述调节单元还包括离心弹簧和调节螺杆；更优选地，所述调节螺杆的一端依次穿过所述支撑杆和所述滑块，所述调节螺杆上位于所述支撑杆和所述滑块之间的部分套设有所述离心弹簧。
优选地，所述滑块沿所述转轴的径向方向作导向滑动。
优选地，所述砂轮块为圆柱形结构。
优选地，所述转轴上安装有2-4组所述调节模块。
优选地，所述转轴的转速可调节。
本发明第二方面提供一种钛合金丝材的表面处理方法，该方法使用上述的表面处理装置进行实施，所述方法包括以下步骤：
S1:将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置；
S2:利用所述砂轮块夹紧所述待处理的钛合金丝材；
S3:启动所述转轴，并通过所述砂轮块对所述待处理的钛合金丝材进行表面处理。
优选地，在步骤S1中，所述将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置包括：拧紧每组调节模块中的调节螺杆，使得每对砂轮块抬起并形成间隙，将待处理的钛合金丝材从所述转轴的转轴中心孔的一端导入，使其穿过每组调节模块的每对砂轮块的间隙后从所述转轴中心孔的另一端导出。
优选地，在步骤S2中，利用所述砂轮块夹紧所述钛合金丝材包括：反向拧动调节螺栓，砂轮块压下，钛合金丝材被夹紧。
本发明所述的钛合金丝材的表面处理装置，多组调节模块对称安装在转轴上，每组模块互相交错，当转轴旋转时，由于离心力作用使钛合金丝材与砂轮块之间不断摩擦，从而对钛合金丝材表面进行处理，使得钛合金丝材表面光亮，椭圆度高一致性好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钛合金丝材的表面处理装置剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的钛合金丝材的表面处理装置结构示意图。
附图标记说明
1转轴中心孔 2砂轮块
3固定盒 4滑块
5离心弹簧 6支撑杆
7调节螺杆 8转轴
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种钛合金丝材的表面处理装置，所述钛合金丝材的表面处理装置剖面图如图1所示，所述钛合金丝材的表面处理装置结构图如图2所示，所述表面处理装置包括转轴8和对称安装在所述转轴上8的至少一组调节模块(在图2中仅显示两组调节模块)，所述转轴8具有用于钛合金丝材导入和导出的转轴中心孔1；其中，每组所述调节模块包括相对设置的且间隙可调的至少一对砂轮块2，所述至少一对砂轮块2用于对夹持在所述至少一对砂轮块2之间的钛合金丝材进行表面处理。
在本发明所述的装置中，每组所述调节模块包括相对设置的两个调节单元，每个所述调节单元包括沿所述转轴8的径向方向从外向内依次设置的支撑杆6、滑块4、固定盒3和所述砂轮块2；在具体的实施方式中，所述支撑杆6和所述滑块4互相平行，所述支撑杆6固定在所述转轴8上，所述滑块4面向所述转轴中心孔1的一侧依次连接有所述固定盒3和所述砂轮块2。
在本发明所述的装置中，每个所述调节单元还包括离心弹簧5和调节螺杆7；在具体的实施方式中，所述调节螺杆7的一端依次穿过所述支撑杆6和所述滑块4，所述调节螺杆7上位于所述支撑杆6和所述滑块4之间的部分套设有所述离心弹簧5。
在本发明所述的装置中，所述调节螺杆7用于控制钛合金丝材的穿线和夹紧。拧紧每组调节模块中的调节螺杆7，离心弹簧5被压缩，砂轮块2抬起并形成间隙用于钛合金丝材穿线；钛合金丝材穿线完毕后，反向拧动调节螺栓7，离心弹簧5释放，砂轮块2压下，此时钛合金丝材被夹紧。
在本发明所述的装置中，对所述支撑杆6的选择没有特殊限制，只要具有足够的强度和刚度支撑所述调节模块即可。
在本发明所述的方法中，对所述离心弹簧5的选择没有特殊限制，只要是能与钛合金丝材的强度、直径、进线速度和转轴转速有效匹配即可。
在本发明所述的方法中，对所述钛合金丝材的种类没有特殊限制，可以为本领域的常规选择。在具体的实施方式中，所述钛合金丝材为Ti45Nb钛合金丝材。
在本发明所述的装置中，所述滑块4沿所述转轴8的径向方向作导向滑动。所述滑块4用于支撑砂轮块2和固定盒3，同时在转轴8旋转时，在离心力作用下沿所述转轴8的径向方向作导向滑动。
在本发明所述的装置中，所述固定盒3用于砂轮块2固定，同时可以对磨损后的砂轮块2自由调节。
在本发明所述的装置中，所述砂轮块2为圆柱形结构。砂轮块2两个圆柱端面均可作为工作面，当砂轮块磨损时，由于其为圆柱形结构，只需转动一个小角度就可继续使用，可有效节约成本。
在本发明所述的装置中，对所述砂轮块2的粒度没有特别限制，可根据钛合金丝材的光洁度要求选择不同粒度的砂轮块。
在本发明所述的装置中，对所述砂轮块2的直径和厚度没有特别限制，只要能使处理后的钛合金丝材表面光亮椭圆度高即可。
在本发明所述的装置中，所述转轴8上安装有2-4组所述调节模块。具体地，所述转轴上可以安装2组、3组或4组所述调节模块。多组调节模块同时对钛合金丝材表面进行处理，可提高丝材表面的处理效率，使得丝材表面光洁度高。
在本发明所述的装置中，所述转轴8的转速可调节。所述转轴8用于固定所述调节模块并使其产生离心力。当转轴8旋转时，在离心力的作用下，调节模块对钛合金丝材的压力减小，从而可对不同直径的钛合金丝材的表面进行处理。同时，通过调节转轴8的转速，还可以控制钛合金丝材表面的磨削量。即提高转轴8的转速，使得调节模块的离心力增大，砂轮块2与钛合金丝材之间的摩擦力减小，相应的丝材表面的磨削量小；反之，降低转轴8的转速，砂轮块2与钛合金丝材之间的摩擦力增大，则丝材表面的磨削量大。
本发明第二方面提供一种钛合金丝材的表面处理方法，该方法使用上述的表面处理装置进行实施，所述方法包括以下步骤：
S1:将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置；
S2:利用所述砂轮块夹紧所述待处理的钛合金丝材；
S3:启动所述转轴，并通过所述砂轮块对所述待处理的钛合金丝材进行表面处理。
在本发明说述的方法中，在步骤S1中，所述将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置包括：拧紧每组调节模块中的调节螺杆，使得每对砂轮块抬起并形成间隙，将待处理的钛合金丝材从所述转轴的转轴中心孔的一端导入，使其穿过每组调节模块的每对砂轮块的间隙后从所述转轴中心孔的另一端导出。
在本发明说述的方法中，在步骤S2中，利用所述砂轮块夹紧所述钛合金丝材包括：反向拧动调节螺栓，砂轮块压下，钛合金丝材被夹紧。
本发明所述的钛合金丝材的表面处理装置及方法，具有如下优点：(1)多组调节模块对称安装在转轴上对钛合金丝材进行处理，可提高钛合金丝材表面处理效率，使得钛合金丝材表面光洁度高，椭圆度好；(2)处理方法简单，操作方便，处理过程中不易断线；(3)无需更换模具即可对不同直径的钛合金丝材表面进行处理。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1-3和对比例1-3中所使用的Ti45Nb钛合金丝材均是经热拉拔制成，直径为1.2mm，屈服强度为450-600Mpa。
实施例1-3
采用如下装置进行Ti45Nb钛合金丝材表面处理，所述钛合金丝材的表面处理装置剖面图如图1所示，所述钛合金丝材的表面处理装置结构图如图2所示，所述表面处理装置包括转轴8和对称安装在所述转轴上8的两组调节模块，所述转轴8具有用于钛合金丝材导入和导出的转轴中心孔1；
其中，每组所述调节模块包括相对设置的且间隙可调的两对或三对圆柱形砂轮块2，所述每对砂轮块2用于对夹持在所述砂轮块2之间的Ti45Nb钛合金丝材进行表面处理。
每组所述调节模块包括相对设置的两个调节单元，每个所述调节单元包括沿所述转轴8的径向方向从外向内依次设置的支撑杆6、滑块4、固定盒3和所述砂轮块2；其中，所述支撑杆6和所述滑块4互相平行，所述支撑杆6固定在所述转轴8上，所述滑块4面向所述转轴中心孔1的一侧依次连接有所述固定盒3和所述砂轮块2。
每个所述调节单元还包括离心弹簧5和调节螺杆7；其中，所述调节螺杆7的一端依次穿过所述支撑杆6和所述滑块4，所述调节螺杆7上位于所述支撑杆6和所述滑块4之间的部分套设有所述离心弹簧5。
所述转轴8的转速可调节。
采用上述钛合金丝材的表面处理装置对Ti45Nb钛合金丝材表面进行处理，具体步骤包括：
(1)将热拉拔后的Ti45Nb钛合金丝材均匀绕盘于放线架上；
(2)将每组调节模块的调节螺杆拧紧，使得每组调节模块中的每对砂轮块形成供Ti45Nb钛合金丝材穿过的间隙，将步骤(1)所述放线架上的Ti45Nb钛合金丝材从所述转轴的转轴中心孔的一端导入，使其穿过每组调节模块的每对砂轮块的间隙后从所述转轴中心孔的另一端导出；
(3)将穿线后的Ti45Nb钛合金丝材固定在收线架上；
(4)反向旋拧调节螺栓，砂轮块压下，Ti45Nb钛合金丝材被夹紧；
(5)开动转轴8和收线架，砂轮块2在离心力作用下与Ti45Nb钛合金丝材之间实现高频分离-接触运动。观察Ti45Nb钛合金丝材的表面处理情况，若Ti45Nb钛合金丝材表面氧化层或硬化层有残留，则降低转轴8转速；若Ti45Nb钛合金丝材表面氧化层或硬化层无残留，则提高转轴8转速。
对比例1-3
采用常规磨抛的方法对热拉拔后Ti45Nb钛合金丝材进行表面处理。
测试例
采用直径法对实施例1-3和对比例1-3进行椭圆度检测，所述椭圆度为Ti45Nb钛合金丝材同一横剖面内最大直径与最小直径的差值，差值越小表示椭圆度越好，测试结果如表1所示。
表1
实施例编号 椭圆度(mm) 处理后的丝材表面
实施例1 0.02 光亮无加工痕迹
实施例2 0.01 光亮无加工痕迹
实施例3 0.03 光亮无加工痕迹
对比例1 0.10 光亮且有少许纹路
对比例2 0.09 光亮且有少许纹路
对比例3 0.12 光亮且有少许纹路
通过表1的结果可以看出，采用本发明所述的钛合金丝材的表面处理装置和方法对Ti45Nb钛合金丝材表面进行处理，处理后的Ti45Nb钛合金丝材表面光亮且椭圆度好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛合金丝材的表面处理装置，其特征在于，所述表面处理装置包括转轴(8)和对称安装在所述转轴(8)上的至少一组调节模块，所述转轴(8)具有用于钛合金丝材导入和导出的转轴中心孔(1)；
其中，每组所述调节模块包括相对设置的且间隙可调的至少一对砂轮块(2)，所述至少一对砂轮块(2)用于对夹持在所述至少一对砂轮块(2)之间的钛合金丝材进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的表面处理装置，其特征在于，每组所述调节模块包括相对设置的两个调节单元，每个所述调节单元包括沿所述转轴(8)的径向方向从外向内依次设置的支撑杆(6)、滑块(4)、固定盒(3)和所述砂轮块(2)；
其中，所述支撑杆(6)和所述滑块(4)互相平行，所述支撑杆(6)固定在所述转轴(8)上，所述滑块(4)面向所述转轴中心孔(1)的一侧依次连接有所述固定盒(3)和所述砂轮块(2)。
3.根据权利要求2所述的表面处理装置，其特征在于，每个所述调节单元还包括离心弹簧(5)和调节螺杆(7)；
其中，所述调节螺杆(7)的一端依次穿过所述支撑杆(6)和所述滑块(4)，所述调节螺杆(7)上位于所述支撑杆(6)和所述滑块(4)之间的部分套设有所述离心弹簧(5)。
4.根据权利要求2所述的表面处理装置，其特征在于，所述滑块(4)沿所述转轴(8)的径向方向作导向滑动。
5.根据权利要求2所述的表面处理装置，其特征在于，所述砂轮块(2)为圆柱形结构。
6.根据权利要求1所述的表面处理装置，其特征在于，所述转轴(8)上安装有2-4组所述调节模块。
7.根据权利要求1所述的表面处理装置，其特征在于，所述转轴(8)的转速可调节。
8.一种钛合金丝材的表面处理方法，其特征在于，该方法使用权利要求1-7中任意一项所述的表面处理装置进行实施，所述方法包括以下步骤：
S1:将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置；
S2:利用所述砂轮块夹紧所述待处理的钛合金丝材；
S3:启动所述转轴，并通过所述砂轮块对所述待处理的钛合金丝材进行表面处理。
9.根据权利要求8所述的钛合金丝材的表面处理方法，其特征在于，在步骤S1中，所述将待处理的钛合金丝材穿入所述的表面处理装置包括：拧紧每组调节模块中的调节螺杆，使得每对砂轮块抬起并形成间隙，将待处理的钛合金丝材从所述转轴的转轴中心孔的一端导入，使其穿过每组调节模块的每对砂轮块的间隙后从所述转轴中心孔的另一端导出。
10.根据权利要求8所述的钛合金丝材的表面处理方法，其特征在于，在步骤S2中，利用所述砂轮块夹紧所述钛合金丝材包括：反向拧动调节螺栓，砂轮块压下，钛合金丝材被夹紧。
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