CN113020303A - 一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开是关于一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统，涉及模具加工技术领域。顶部支架上端设置有油缸，油缸下端输出轴上固定有冲压头；顶部支架下侧外周设置有支撑柱，支撑柱下端固定有卡接板；卡接板下侧设置有第一模板，第一模板下侧固定有第二模板，第二模板下侧设置有存放装置；第一模板和第二模板的内部分别开设有连通的乘料腔和型腔；第一模板设置有左模具和右模具，左模具和右模具横截面均为半圆形；乘料腔下端外侧设置有加热装置，型腔外侧设置有冷却装置；存放装置设置有底座，底座上侧设置有支撑板，底座上侧中部开设只有放置槽。本发明可避免模板堵塞，同时，方便拆卸进行清洗，保证模具的成型效果，提高产品的质量。

Description

一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统

技术领域

本发明公开涉及模具加工技术领域，尤其涉及一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统。

背景技术

模具加工是指成型和制坯工具的加工，此外还包括剪切模和模切模具。通常情况下，模具有上模和下模两部分组成。将钢板放置在上下模之间，在压力机的作用下实现材料的成型，当压力机打开时，就会获得由模具形状所确定的工件或去除相应的废料。

现有对合金棒材加工用的模具，在使用时，其型腔内的棒材由于其本身与模具型腔内壁之间的摩擦力较大，无法自动脱落；同时在冲压作业时，用于制造棒材合金的物料与乘料腔的下端摩擦力较大，容易对模具造成较大的磨损；且现有的模具采用一体式设计，容易发生堵塞的现象，并且清理较为困难。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统。所述技术方案如下：

本发明提供的纳米硬质合金微钻棒材生产系统设置有：

顶部支架；

所述顶部支架上端设置有油缸，所述油缸下端输出轴上固定有冲压头；所述顶部支架下侧外周设置有支撑柱，所述支撑柱下端固定有卡接板；所述卡接板下侧设置有第一模板，所述第一模板下侧通过螺栓固定有第二模板，所述第二模板下侧设置有存放装置；

所述第一模板和第二模板的内部分别开设有相互连通的乘料腔和型腔；所述第一模板设置有左模具和右模具，所述左模具和右模具横截面均为半圆形，所述左模具和右模具相对设置；

所述乘料腔下端外侧设置有加热装置，所述型腔外侧设置有冷却装置；所述存放装置设置有底座，所述底座上侧设置有支撑板，所述底座上侧中部开设只有放置槽。

进一步，所述左模具前侧两端设置有安装槽，所述右模具前侧两端设置有与所述安装槽相配合的安装杆；所述左模具和右模具下侧陵端均设置有限位块，所述左模具和右模具的限位块贴合形成半球体限位块；所述第二模板上侧开设有与所述半球体限位块相配合的限位槽，所述半球体限位块与所述限位槽过盈配合。

进一步，所述第一模板前后两侧下端设置有第一固定板，所述第二模板前后两侧上端设置有第二固定板，所述第一固定板和第二固定板通过螺栓固定连接。

进一步，所述乘料腔内卡接有乘料模板，所述乘料模板、乘料腔和冲压头的中心轴线相互重合，所述冲压头为倒置的圆台状，且冲压头与乘料模板在工作状态下实现过盈配合。

进一步，所述加热装置设置有至少两个环形加热管，所述环形加热管上下均匀设置。

进一步，所述冷却装置设置有螺旋管、进液管和出液管，所述螺旋管螺旋分布在型腔外侧，且进液管与螺旋管配套的进液口连接，所述出液管与螺旋管配套的出液口连接；所述进液管的进液口和出液管的出液口设置有于所述左模具一侧；所述进液管与所述出液管平行设置。

进一步，所述冲压头内嵌入式设置有冲压柱，且冲压柱上端的柱体表面与冲压头的内壁之间通过设置若干弹性件连接，所述冲压柱与冲压头的下表面相互齐平。

进一步，所述左模具和右模具外侧设置有抱箍。

进一步，所述纳米硬质合金微钻棒材生产系统进一步包括：

用于监视型腔内的棒材是否能顺利产出的影像监测器；

用于接收影像监测器的监视信息，进行数据处理，按预置的重力加速度程序对冲压柱产生重力加速度指令的控制器；

接收控制器指令信息，对所述冲压柱产生一定重力加速度，使冲压柱对型腔内的物料继续进行冲压作业时，对型腔内的棒材顺利产出的重力加速度施加装置。

进一步，，所述重力加速度程序包括：

步骤一，随机旋转影像监测器，使其监视范围尽量覆盖型腔内的棒材所在三维空间范围，在每个测试位置静止采集得到一系列不同姿态下对未冲压出型腔的物料应施加重力加速度的输出值；

步骤二，对输出值数据转换，转换成实际的加速度计测量值，根据最小二乘法拟合型腔内的棒材，拟合出的型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数；

步骤三，由型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数以及校准模型求出校准系数，包括多个零点漂移和多个刻度系数；

步骤四，控制器利用多个校准系数和校准模型对每个偏离型腔程度的输出进行补偿，得到重力加速度施加装置施加加速度的真实的测量值。

进一步，加速度计的校准模型为：

ar＝K(am-a0)；得

其中a_mx、a_my、a_mz为加速度三个测量值，a_rx、a_ry、a_rz为加速度三个真实值，a_0x、a_0y、a_0z为加速度三个轴的零点漂移误差，k_x、k_y、k_z为加速度三个轴的刻度系数；

当影像监测器静止放置时，矫正后的加速度的三个输出值关系：

其中，g表示当地重力加速度，再由校准模型得：

基于最小二乘法的拟合算法获得型腔内的棒材的约束条件为：

根据加速度的测量校准模型得：

(ar)T(ar)＝[K(am-a0)]T[K(am-a0)]＝||g||²；

整理得：

对比拟合公式得：

利用参数求解出校准系数。

进一步，所述述纳米硬质合金微钻棒材生产系统进一步包括：

用于控制加热装置对乘料腔内软化的合金物料起到保温作业的温度控制器；

用于控制冷却装置，对型腔内初步成型的棒材物料进行冷却作业的冷却控制器。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

第一、本发明结构简单合理，第一模板设置有可拆卸的左模具和右模具，可避免模板堵塞，同时，方便拆卸进行清洗，保证模具的成型效果，提高产品的质量。

第二、本发明通过安装杆和安装槽配合使左右两模具匹配对位，并通过抱箍进行固定，可提高本发明的组装速度，提高工作效率。

第三、本发明通过设置在冲压头内的冲压柱，在冲压头对乘料腔内的物料进行冲压加工时，冲压柱会利用自身的惯性力对型腔内的物料继续进行冲压作业，确保型腔内的棒材能够顺利产出，避免型腔内的棒材对型腔造成堵塞。

第四、本发明通过设置加热装置对乘料腔内软化的合金物料起到保温作业，环形加热管具有更好的加热保温效果，确保合金物料能够进入到型腔内的同时，减小物料对安装槽内壁的底端造成的磨损程度。

第五、本发明通过设置冷却装置，其中的螺旋管环绕分布在型腔四周，对型腔内初步成型的棒材物料进行冷却作业，加快型腔内棒材合金的成型速度，同时利用了金属热涨冷缩的原理，减小型腔内棒材与型腔内壁之间产生的压力，促进成型棒材的产出。

第六、现有的加速度校准方法存在转台质量和体积大、不易移动和设备昂贵，使用中无法实现校准等问题，导致影像监测器测量数据不准确。

想情况下，校准完成的加速度三轴输出应该分别为1、0、0。由于存在加速度垂直放置偏差和噪声等误差，实际情况下加速度的三轴输出距离理想值有微小误差。但是从校准前与校准后的实验数据进行对比可知，该校准方法显著降低了加速度计的误差，提高了测量精度。

基于椭球拟合的影像监测器加速度校准方法能够快速且准确地校准加速度计的零点漂移和刻度系数。不用依赖于大型精密设备，只需将加速度计静止放置于多个不同姿态即可。此外，本发明计算量小，运算速度快，能够快速完成标定，具有一定的工程应用价值。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明提供的纳米硬质合金微钻棒材生产系统的结构示意图；

图2是本发明提供的右模具的结构示意图；

图3是本发明提供的左模具的结构示意图；

图4是本发明提供的乘料腔的结构示意图；

图5是本发明提供的第二模板的结构示意图。

附图标记：

1、油缸；2、顶部支架；3、输出轴；4、冲压头；5、支撑柱；6、乘料模板；7、第一模板；8、抱箍；9、支撑板；10、底座；11、右模具；12、安装杆；13、乘料腔；14、限位块；15、左模具；16、安装槽；17、第二模板；18、第一固定板；19、第二固定板；20、环形加热管；21、型腔；22、螺旋管；23、进液管；24、出液管；25、限位槽。

图6是本发明提供的纳米硬质合金微钻棒材生产系统的控制器连接示意图。

附图标记：

26、影像监测器；27、控制器；28、重力加速度施加装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图5所示，本发明提供的纳米硬质合金微钻棒材生产系统包括：油缸1、顶部支架2、输出轴3、冲压头4、支撑柱5、乘料模板6、第一模板7、抱箍8、支撑板9、底座10、右模具11、安装杆12、乘料腔13、限位块14、左模具15、安装槽16、第二模板17、第一固定板18、第二固定板19、环形加热管20、型腔21、螺旋管22、进液管23、出液管24、限位槽25。

本实施例的顶部支架2上端设置有油缸1，油缸1下端输出轴3上固定有冲压头4；顶部支架2下侧外周设置有支撑柱5，支撑柱5下端固定有卡接板；卡接板下侧设置有第一模板7，第一模板7下侧通过螺栓固定有第二模板17，第二模板17下侧设置有存放装置；

第一模板7和第二模板17的内部分别开设有相互连通的乘料腔13和型腔21；第一模板7设置有左模具15和右模具11，左模具15和右模具11横截面均为半圆形，左模具15和右模具11相对设置；

乘料腔13下端外侧设置有加热装置，型腔21外侧设置有冷却装置；存放装置设置有底座10，底座10上侧设置有支撑板9，底座10上侧中部开设只有放置槽。

本发明结构简单合理，第一模板7设置有可拆卸的左模具15和右模具11，可避免模板堵塞，同时，方便拆卸进行清洗，保证模具的成型效果，提高产品的质量。

本实施例中，左模具15前侧两端设置有安装槽16，右模具11前侧两端设置有与安装槽16相配合的安装杆12；左模具15和右模具11下侧陵端均设置有限位块14，左模具15和右模具11的限位块14贴合形成半球体限位块14；第二模板17上侧开设有与半球体限位块14相配合的限位槽25，半球体限位块14与限位槽25过盈配合；左模具15和右模具11外侧设置有抱箍8。通过安装杆12和安装槽16配合使左右两模具匹配对位，并通过抱箍8进行固定，可提高本发明的组装速度，提高工作效率。

本实施例中，第一模板7前后两侧下端设置有第一固定板18，第二模板17前后两侧上端设置有第二固定板19，第一固定板18和第二固定板19通过螺栓固定连接。

本实施例中，乘料腔13内卡接有乘料模板6，乘料模板6、乘料腔13和冲压头4的中心轴线相互重合，冲压头4为倒置的圆台状，且冲压头4与乘料模板6在工作状态下实现过盈配合。

本实施例中，加热装置设置有至少两个环形加热管20，环形加热管20上下均匀设置。通过设置加热装置对乘料腔13内软化的合金物料起到保温作业，环形加热管20具有更好的加热保温效果，确保合金物料能够进入到型腔21内的同时，减小物料对安装槽16内壁的底端造成的磨损程度。

本实施例中，冷却装置设置有螺旋管22、进液管23和出液管24，螺旋管22螺旋分布在型腔21外侧，且进液管23与螺旋管22配套的进液口连接，出液管24与螺旋管22配套的出液口连接；进液管23的进液口和出液管24的出液口设置有于左模具15一侧；进液管23与出液管24平行设置。通过设置冷却装置，其中的螺旋管22环绕分布在型腔21四周，对型腔21内初步成型的棒材物料进行冷却作业，加快型腔21内棒材合金的成型速度，同时利用了金属热涨冷缩的原理，减小型腔21内棒材与型腔21内壁之间产生的压力，促进成型棒材的产出。

本实施例中，冲压头4内嵌入式设置有冲压柱，且冲压柱上端的柱体表面与冲压头4的内壁之间通过设置若干弹性件连接，冲压柱与冲压头4的下表面相互齐平。通过设置在冲压头4内的冲压柱，在冲压头4对乘料腔13内的物料进行冲压加工时，冲压柱会利用自身的惯性力对型腔21内的物料继续进行冲压作业，确保型腔21内的棒材能够顺利产出，避免型腔21内的棒材对型腔21造成堵塞。

本发明的工作原理为：接通整个装置的电源，在乘料腔13的乘料模板6内放入软化的纳米合金材料，然后油缸1开启工作，通过其输出轴3带动冲压头4下压，进入到乘料模板6，对乘料模板6内的物料进行冲压作业。冲压柱会利用自身的惯性力对型腔21内的物料继续进行冲压作业，确保型腔21内的棒材能够顺利产出，避免型腔21内的棒材对型腔21造成堵塞，此过程为在单次的冲压作业，在该过程中，弹性件会由于冲压柱的下压而发生弹性压缩，在单次冲压完成后会由于弹性件的弹性恢复力，带动冲压柱恢复到原来的位置，之后，在冲压气缸的带动下循环进行该作业；

在此过程中，环形加热管20对合金物料起到保温作用，螺旋管22内通过冷却液对物料进行冷却。

清理时，将抱箍8拆下，取出乘料模板6，将左右两个模具分开进行清理。

在本实施例中，如图6所示，所述纳米硬质合金微钻棒材生产系统进一步包括：

用于监视型腔内的棒材是否能顺利产出的影像监测器26；

用于接收影像监测器的监视信息，进行数据处理，按预置的重力加速度程序对冲压柱产生重力加速度指令的控制器27；

接收控制器指令信息，对所述冲压柱产生一定重力加速度，使冲压柱对型腔内的物料继续进行冲压作业时，对型腔内的棒材顺利产出的重力加速度施加装置28。

在本实施例中，所述重力加速度程序包括：

步骤一，随机旋转影像监测器，使其监视范围尽量覆盖型腔内的棒材所在三维空间范围，在每个测试位置静止采集得到一系列不同姿态下对未冲压出型腔的物料应施加重力加速度的输出值；

步骤二，对输出值数据转换，转换成实际的加速度计测量值，根据最小二乘法拟合型腔内的棒材，拟合出的型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数；

步骤三，由型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数以及校准模型求出校准系数，包括多个零点漂移和多个刻度系数；

步骤四，控制器利用多个校准系数和校准模型对每个偏离型腔程度的输出进行补偿，得到重力加速度施加装置施加加速度的真实的测量值。

加速度计的校准模型为：

ar＝K(am-a0)；得

其中a_mx、a_my、a_mz为加速度三个测量值，a_rx、a_ry、a_rz为加速度三个真实值，a_0x、a_0y、a_0z为加速度三个轴的零点漂移误差，k_x、k_y、k_z为加速度三个轴的刻度系数；

当影像监测器静止放置时，矫正后的加速度的三个输出值关系：

其中，g表示当地重力加速度，再由校准模型得：

基于最小二乘法的拟合算法获得型腔内的棒材的约束条件为：

根据加速度的测量校准模型得：

(ar)T(ar)＝[K(am-a0)]T[K(am-a0)]＝||g||²；

整理得：

对比拟合公式得：

利用参数求解出校准系数。

下面结合效果对本发明作进一步描述。

现有的加速度校准方法存在转台质量和体积大、不易移动和设备昂贵，使用中无法实现校准等问题，导致影像监测器测量数据不准确。

想情况下，校准完成的加速度三轴输出应该分别为1、0、0。由于存在加速度垂直放置偏差和噪声等误差，实际情况下加速度的三轴输出距离理想值有微小误差。但是从校准前与校准后的实验数据进行对比可知，该校准方法显著降低了加速度计的误差，提高了测量精度。

基于椭球拟合的影像监测器加速度校准方法能够快速且准确地校准加速度计的零点漂移和刻度系数。不用依赖于大型精密设备，只需将加速度计静止放置于多个不同姿态即可。此外，本发明计算量小，运算速度快，能够快速完成标定，具有一定的工程应用价值。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，该纳米硬质合金微钻棒材生产系统设置有：

顶部支架；

所述顶部支架上端设置有油缸，所述油缸下端输出轴上固定有冲压头；所述顶部支架下侧外周设置有支撑柱，所述支撑柱下端固定有卡接板；所述卡接板下侧设置有第一模板，所述第一模板下侧通过螺栓固定有第二模板，所述第二模板下侧设置有存放装置；

所述第一模板和第二模板的内部分别开设有相互连通的乘料腔和型腔；所述第一模板设置有左模具和右模具，所述左模具和右模具横截面均为半圆形，所述左模具和右模具相对设置；

所述乘料腔下端外侧设置有加热装置，所述型腔外侧设置有冷却装置；所述存放装置设置有底座，所述底座上侧设置有支撑板，所述底座上侧中部开设只有放置槽。

2.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述左模具前侧两端设置有安装槽，所述右模具前侧两端设置有与所述安装槽相配合的安装杆；所述左模具和右模具下侧陵端均设置有限位块，所述左模具和右模具的限位块贴合形成半球体限位块；所述第二模板上侧开设有与所述半球体限位块相配合的限位槽，所述半球体限位块与所述限位槽过盈配合。

3.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述第一模板前后两侧下端设置有第一固定板，所述第二模板前后两侧上端设置有第二固定板，所述第一固定板和第二固定板通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述乘料腔内卡接有乘料模板，所述乘料模板、乘料腔和冲压头的中心轴线相互重合，所述冲压头为倒置的圆台状，且冲压头与乘料模板在工作状态下实现过盈配合；

所述加热装置设置有至少两个环形加热管，所述环形加热管上下均匀设置。

5.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述冷却装置设置有螺旋管、进液管和出液管，所述螺旋管螺旋分布在型腔外侧，且进液管与螺旋管配套的进液口连接，所述出液管与螺旋管配套的出液口连接；所述进液管的进液口和出液管的出液口设置有于所述左模具一侧；所述进液管与所述出液管平行设置。

6.根据权利要求4所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述冲压头内嵌入式设置有冲压柱，且冲压柱上端的柱体表面与冲压头的内壁之间通过设置若干弹性件连接，所述冲压柱与冲压头的下表面相互齐平；

所述左模具和右模具外侧设置有抱箍。

7.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述纳米硬质合金微钻棒材生产系统进一步包括：

用于监视型腔内的棒材是否能顺利产出的影像监测器；

用于接收影像监测器的监视信息，进行数据处理，按预置的重力加速度程序对冲压柱产生重力加速度指令的控制器；

接收控制器指令信息，对所述冲压柱产生一定重力加速度，使冲压柱对型腔内的物料继续进行冲压作业时，对型腔内的棒材顺利产出的重力加速度施加装置。

8.根据权利要求7所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述重力加速度程序包括：

步骤一，随机旋转影像监测器，使其监视范围尽量覆盖型腔内的棒材所在三维空间范围，在每个测试位置静止采集得到一系列不同姿态下对未冲压出型腔的物料应施加重力加速度的输出值；

步骤二，对输出值数据转换，转换成实际的加速度计测量值，根据最小二乘法拟合型腔内的棒材，拟合出的型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数；

步骤三，由型腔内的棒材包括棒材的中心位置以及每个偏离型腔程度的刻度系数以及校准模型求出校准系数，包括多个零点漂移和多个刻度系数；

步骤四，控制器利用多个校准系数和校准模型对每个偏离型腔程度的输出进行补偿，得到重力加速度施加装置施加加速度的真实的测量值。

9.根据权利要求8所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，

加速度计的校准模型为：

ar＝K(am-a0)；得

其中a_mx、a_my、a_mz为加速度三个测量值，a_rx、a_ry、a_rz为加速度三个真实值，a_0x、a_0y、a_0z为加速度三个轴的零点漂移误差，k_x、k_y、k_z为加速度三个轴的刻度系数；

当影像监测器静止放置时，矫正后的加速度的三个输出值关系：

其中，g表示当地重力加速度，再由校准模型得：

基于最小二乘法的拟合算法获得型腔内的棒材的约束条件为：

根据加速度的测量校准模型得：

(ar)T(ar)＝[K(am-a0)]T[K(am-a0)]＝||g||²；

整理得：

对比拟合公式得：

利用参数求解出校准系数。

10.根据权利要求1所述的纳米硬质合金微钻棒材生产系统，其特征在于，所述述纳米硬质合金微钻棒材生产系统进一步包括：

用于控制加热装置对乘料腔内软化的合金物料起到保温作业的温度控制器；

用于控制冷却装置，对型腔内初步成型的棒材物料进行冷却作业的冷却控制器。

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