CN1198370A - 一种金属丝校直方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种金属丝校直方法和专用设备,采用使金属丝通过滚压的方式进行校直,其特征在于:金属丝是通过至少一对安装在转子体内的同方向旋转的双曲面行星滚轮进行滚压的,所述双曲面滚轮在对称的转子体带动下以转子体的轴线为公转轴线作行星运动,金属丝安装在转子体的轴线上被所述双曲面滚轮的曲面径向滚压、校直并只沿轴线方向移动。采用该方法的专用设备体积小,校直速度快,精度高,质量好,自动化程度高。

Description

一种金属丝校直方法和设备

一种金属丝校直方法和设备，尤其是涉及采用滚压的方式进行校直的方法和设备。

以往，校直多采用滚压的方式。其原理如下：以空间交叉两直线之一为轴线，另一直线为母线回转360，所形成的空间曲面是双曲面，两个参数相同的双曲面的母线，在一个圆柱面的轴截面内分别与这圆柱面上的两根母线重合，并保证两个双曲面与圆柱面各只有一条交线。如果双曲面的基园半径与圆柱面半径的比值很大，并令两个双曲面以各自的轴线作定轴同向转动，这就相当于这个圆柱体夹在两个平行平面之间搓动，如果这个圆柱体在任意方向上有个弯曲变形，在搓动过程中总会得到一个反弯矩使之变直。一般对无缝钢管的校直就是采用这一原理进行的。两相同双曲面校直辊交叉安装，相对的母线平行，并同方向旋转，夹在中间的钢管一面旋转一面沿自己的轴线方向前进，钢管上的某段弯纲从啮入到推出要经过很多次的反复弯曲而被校直，双曲面校直辊与被校直钢管之间滚动校直作用大，驱动扭矩小被校直钢管外表面上压痕小，擦伤轻。但是，这种校直方法和设备只能对可绕轴线旋转的圆柱形件校直，不允许旋转的圆形件是不能运用这种校直方法和设备进行校直。而长线金属丝的校直是不能允许金属丝旋转的。

本发明的目的是提供一种能使金属丝相对旋转从而被滚压校直和自动推进的方法和设备，该设备结构简单，体积很小，校直速度快，校直精度高，表面质量好，自动化程度高。

为实现本发明目的，本发明所采用的一种金属丝校直方法和专用设备如下：

一种金属丝校直方法，是采用使金属丝通过滚压的方式进行校直，其特点在于：金属丝是通过至少一对安装在转子体内的同方向旋转的双曲面行星滚轮进行滚压的，所述双曲面滚轮在对称的转子体带动下以转子体的轴线为公转轴线作行星运动，金属丝安装在转子体的轴线上被所述双曲面滚轮的曲面径向滚压、校直、推进；

使转子体的轴线与所述双曲面滚轮的轴线在空间上有一个夹角α，所述夹角α等于所述双曲面行星滚轮的母线和轴线的夹角，使所述2个双曲面行星滚轮的相对母线与所述转子体的轴线三者同处于同一平面内，并且相互平等，同时使所述金属丝轴线上任意一点到所述2个双曲面行星滚轮上相对母线的距离相等，使所述2个双曲面行星滚轮的双曲面的基圆和其相对母线的交点连线与所述金属丝的轴线垂直；

金属丝在其圆柱表面与所述双曲滚轮的双曲面之间磨擦力的作用下只沿转子轴线方向移动；

所述双曲面滚轮在以不同转速旋转时对金属丝的校直滚压力为一个稳定压力。

为了实现本发明目的，本发明所采用的实现上述方法的专用设备，主要由至少一套校直装置、机架、电机、皮带传动装置和导向定位装置组成，其特点在于：所述校直装置由对称的双曲面滚轮、转子体、联接双曲面滚轮和转子体的销轴和滚轮滑架、前半轴、后半轴和加压装置组成，所述双曲面滚轮通过销轴安装在开有销孔的滚轮滑架上，滚轮滑架被装配在转子体中间的滑道中且只能垂直转子体的轴线上下滑动，所述双曲面滚轮的轴线与转子的轴线之间有一个夹角α；所述的加压装置由加压弹簧、加压锥、加压杠杆和长销组成，在后半轴上装有加压弹簧和加压锥，加压杠杆的支点用长销连接在转子体上，加压杠杆上的一端压在滚轮滑架上且另一端顶在加压锥上；所述的定位导向装置由前定位导向套和后定位导向套组成，分别同轴安装在转子体的前后，前定位导向套安装在前半轴内，后定位导向套安装在后半轴内，金属丝穿过所述转子体、前定位导向套和后定位导向套，并与其同轴。

上述的校直方法，其特点在于所述夹角α为20°-45°；所述双曲面滚轮的基圆直径D₁与所述金属丝直径d的取值关系为D₁＝(10-15)d；所述双曲面滚轮的宽度B与双曲面滚轮的基圆直径D₁之间的取值关系为B＝(0.5-1)D₁；所述双曲面滚轮的端面直径D由公式： $D^2=D_1^2+{\mathrm{Btg}}^2\mathrm{\α}$ 确定。

上述的校直方法，其特征在于当所述夹角α取大值且所述双曲面滚轮的基圆直径D₁取小值时，所述双曲面滚轮的宽度B应取小值，反之当所述夹角α取小值且所述双曲面滚轮的基圆直径D₁取大值时，所述双曲面滚轮的宽度B可以取大值。

上述的校直方法，其特征在于在当金属丝的直径为2-2.5mm时，金属丝的校直速度为0.6-10m/mim；当金属丝的直径为2.8-4mm时，金属丝的校直速度为1.2-10m/mim。

上述的专用设备，其特点在于在转子体后面的后半轴上安装有制动抱闸。

上述的专用设备，其特点在于在后半轴后面安装能抵消金属丝上转动扭矩的防转动滚轮组。

上述的专用设备，其特点在于在后半轴后面同轴安装有金属丝导入管。

上述的专用设备，其特点在于在所述双曲面滚轮两侧各同轴安装有一个防止金属丝侧弯的金属丝保持器，其形状与所述双曲面滚轮装配后在转子体上滑道内所存间隙形状相同。

上述的专用设备，其特点在于在转子体轴线上下两侧对称的滑道上，沿转子体轴线和双曲面滚轮轴线夹角方向上对称各开有两个键槽，所述销轴的两端分别安装在所述键槽内，销轴的轴线与滑道的轴线基本垂直相交。

采用本发明所述的校直方法和专用设备与一般通用的校直方法和校直机相比，有以下优点：

1、被校直金属丝表面光洁，消耗动率小；

2、双曲面行星滚轮校直设备结构极其简单，体积可以做的很小与校直相同直径金属圆丝的普通校直机相比，体积可以缩小10-50倍，特别适用于使用多台校直机同时校直多根金属丝，而安装位置又要求特别窄的地方。如在钢丝网制造生产线上特别适用，而且造价特别低。

3、采用本发明校直钢丝时，可消除金属圆丝表面的氧化膜及附着的污物，使金属丝露出清洁的表面，特别有利于提高点焊的质量。

4、采用本发明所述方法和设备进行校直过程中，可对金属圆丝表面要进行多次滚压有硬化表面的作用，能增加金属圆丝的刚度。

下面结合附图进一步说明本发明的实施例

图1是本发明所述双曲面行星滚轮校直方法原理示意图

图2是图1的俯视图

图3是双曲面行星滚轮校直设备结构示意图

图4是图3的俯视图

图5是双曲面行星滚轮各几何要素相互关系及运动分析图

图6是图5的俯视图

图7是金属丝保持器放大图

图8是图7A-A方向剖视图

在图1、图2、图3中，本发明所采用的双曲面行星滚轮校直方法，使两个相同的双曲面行星滚轮10安装在同一转子体5上，两个双曲面行星滚轮10和转子体5满足了以下的装配关系：

1、两个双曲面行星滚轮10相对的母线必须平行；

2、转子体5的轴线和两个双曲面行星滚轮10相对的母线必须在同-平面内，并且转子体5轴线上任意一点到两相对母线的距离相等；

3、两个双曲面滚轮10的基圆和两相对的母线的交点的连线必须与转子体5轴线垂直；

4、待校直的金属丝4的轴线与转子体5轴线重合。

因此，当转子体5旋转时，双曲面滚轮10的轴线绕转子体5的轴线旋转，双曲面滚轮10在双曲面与待校直金属丝4的接触处的摩擦力的作用下绕自己的轴线自转，形成以待校直金属丝4的轴线为中心的行星轮系。由于双曲面滚轮10的轴线与转子体5轴线空间夹角为α，双曲面滚轮10在沿待校直金属丝4圆柱面滚动的同时待校直金属丝4也在转子体5的轴线方向上移动，因而使待校直金属丝4不旋转，只沿轴线方向作直线运动。

为了满足转子体5和双曲面行星滚轮10的如上4条安装关系，转子体5的加工精度是致关重要的，转子体5上圆孔形滑道必须和前后半轴安装定位孔垂直并保证以转子体5轴线为基准的对称度，滚轮滑架12上的销轴孔必须与滚轮滑架12的轴线垂直并对称，滚轮滑架12上滚轮槽与销轴孔垂直并以滚轮滑架12轴线对称，滚轮滑架12与转子体5为滑动配合。前后半轴内的金属丝定位套装配孔和轴承安装外圆及转子体5止口相配合的外圆三者必须同轴，金属丝前后定位套的内外圆必须同轴。转子体5是高速旋转体，确保转子体5外形对转子轴线的对称关系是保持转动平衡的重要条件。

以长销轴11为支点的杠杆以其右端锤状体的离心力平衡左端滚轮滑架1 2、双曲面行星滚轮10及销轴11等的离心力，只有这样才能保证双曲面行星滚轮10对金属丝4的压力不受转速变化而变化。双曲滚轮面行星10对金属丝4的稳定压力是校直的一个重要参数。

在图5、图6中，本发明所采用的双曲面行星滚轮校直方法的校直速度是由如下公式确定的：

V＝πntgα

式中：

V-被校直后金属丝前进速度

n-转子体的转速

d-金属丝直径

本发明中待校直的金属丝4和双曲面行星滚轮10的接触长度由如下公式确定 $L=\frac{B}{\cos \mathrm{\α}}$ 式中：L-待校直金属丝4和双曲面行星滚轮10的接触长度B-双曲面行星滚轮10的宽度

本发明中待校直金属丝4上的每点从被双曲面行星滚轮10啮入到离开被滚压的次数由如下公式确定： $K=\frac{2B}{\mathrm{\π}d\cos \mathrm{\α}}$

式中：

K-金属丝4在校直区被滚压的次数

本发明中，双曲面行星滚轮10上离基圆距离为X处，横截面上的啮合点到基圆上的啮合点的水平距离由如下公式确定：

M_x＝Xtgα

式中：

X-双曲面行星滚轮10上x横截面到基圆的距离

M_x-双曲面行星滚轮10上x横截面上的和金属丝4啮合点到基圆上啮合点的水平距离。

本发明中，离基圆距离为X处的横截面的外径由如下公式确定： $D_x=\sqrt{D_1^2+{4X}^2\·{\mathrm{Btg}}^2\mathrm{\α}}$ 双曲面行星滚轮10最大外径由如下公式确定： $D=\sqrt{D_1^2+{\mathrm{Btg}}^2\mathrm{\α}}$

本发明中，双曲面行星滚轮10的主要参数的取值范围如下：

由于采用双曲面行星滚轮10校直的金属丝4直径噶一般为细丝，转子转速也不能提的太高，因而采用双曲面行星滚轮10校直的过程中其双曲面母线和轴线的空间夹角与无缝纲管双曲面辊中的取值有较大的差别，一般取值为：

20°-45°

双曲面行星滚轮10基圆直径与金属丝4在校直过程的稳定性有关，基圆直径越大越稳定，但行星机构又不允许基圆直径过大，一般双曲面行星滚轮10基圆直径D₁的取值范围由如下公式确定：

D₁＝(10-15)d

式中，金属丝4直径大的取小值，金属丝4直径小的取大值。

双曲面行星滚轮10的宽度B与双曲面行星滚轮10的基圆直径D₁之间的取值关系：

B＝(0.5-1)D₁；

双曲面行星滚轮10的宽度B的取值，一般希望取大的，因为反复弯曲的次数越多和接触长度越大对校直越有利，但B选的过大的结构上和双曲面加工上又不允许，从多方面考虑和实际试验认为：

当夹角α取大值且所述双曲面行星滚轮10的基圆直径D₁取小值时，所述双曲面行星滚轮10的宽度B应取小值；

当夹角α取小值且所述双曲面行星滚轮10的基圆直径D₁取大值时，所述双曲面行星滚轮10的宽度B可以取大值。

在图3、图4中，本发明所述方法的专用设备是由转子体5，前半轴6，后半轴7，机座8，前端支架8a，后端支架8b，滚动轴承9，双曲面行星滚轮10，销轴11，滚轮滑架12，圆孔形滑道5C，键槽5d，de，加压弹簧13，加压锥14，长销轴15，加压杠杆16，金属丝4，前定位套18，后定位套19，导入管20，防金属丝转动滚轮组21，制动抱闸22，气缸23，齿形带轮24，齿形带25，电动机26，齿形带轮27，金属丝保持器28组成。转子体5前后装有前半轴6和后半轴7，组成双曲面行星滚轮校直设备的转子，转子安装在机座8的前端支架8a和后端支架8b上，由滚动轴承9支承。双曲面行星滚轮10通过销轴11安装在滚轮滑架12上。滚轮滑架12装配在转子体5中间的圆孔形滑道5c中，在滑道5c上沿转子体5轴线和双曲面行星滚轮10轴线夹角α的方向上开对称的两个键槽5d、5e，销轴11的轴头与键槽5d、5e配合，另一双曲面滚轮10装在对称的一边。在转子的后半轴上装有加压弹簧13和加压锥14。在转子体5的右方上下装有两根长销15，上下加压杠杆16的支点用长销连接在转子体5上，杠杆的左端压住滚轮滑架12，右端压在加压锥上14，加压弹簧13通过加压锥14把压力传到杠杆上，对两个双曲面滚轮10加压，双曲面行星滚轮10压紧待校直的金属丝4，在转子的前半轴内装有金属丝4前定位套18，后半轴内装有金属丝后定位套19，在转子的右方装有金属丝导入管20，防金属丝转动滚轮组21和制动抱闸22。制动抱闸22由气缸23控制，在转子的左方轴伸上装有齿形皮带轮24，通过齿形皮带25连到电动机26轴端的齿形皮带轮27上。当电动机转动时由齿形带带动转子旋转，对金属圆丝4进行校直。

双曲面行星滚轮10在沿金属丝4圆柱面滚动时即双曲面行星滚轮10自转时，在双曲行星滚轮10与销轴11之间的滚动体上有一个滚动摩擦阻扭矩存在，它通过双曲行星滚轮10与金属丝4的接触线传给金属丝4，这个扭矩有使金属丝4转动的趋势。此外，当金属丝4上的严重弯曲对双曲面行星滚轮10作用着一个与其旋转方向相反的扭矩，这个扭矩更有使金属丝4转动的可能。如果金属丝4转动，双曲面行星滚轮10就停止转动，校直作用即告停止，防金属丝转动滚轮组21就是在金属丝4的圆周方向加一个摩擦阻力矩来抵消双曲面行星滚轮10加在金属丝4上的转动扭矩。防金属丝转动滚轮组21的圆周切线方向是所夹金属丝4的轴线，防金属丝转动滚轮组21对金属圆丝4的前进不产生阻力。

制动抱闸22的作用是当金属丝4要定长切断时使转子停转，消除金属丝4惯性前进量。

在图7、图8中，当金属丝4存在严重弯曲，金属丝4校直前方出现意外阻力，金属丝4截面突然增大和出现严重椭圆度，都会引起金属丝4和双曲面行星滚轮10的正确接触条件被破坏，金属丝4要发生侧弯，此时，两个双曲面行星滚轮10停止转动，金属丝4横夹在其间，转子旋转而扭转金属丝4，直到金属丝4扭断。为了防止金属丝4发生侧弯，在双曲面行星滚轮校直设备上加有金属丝保持器28，通过螺钉31固定，其材质为硬质合金，其形状应与两个双曲面行星滚轮10装配后在转子体5圆孔形滑道5c内所存间隙形状相符。

采用本发明所述的校直方法和专用设备特别适用于细长金属丝的校直，金属丝的材质为退火状态的低碳钢丝、合金钢丝、不锈钢丝和黄铜、紫铜、铝合金圆线等。金属丝的直径1.2-8mm，校直长度是无限长连续校直或间断校直。校直后的直度可达在1000mm长度上轴线直度0.5mm，校直速度：直径2.5以下金属圆丝20米/分钟，直径3-6mm金属圆丝30米/分钟。

采用本发明的实施例，可有两种规格的双曲面行星滚轮校直设备。

其一，校直钢丝直径2.0-2.5mm校直速度0.6-10米/分，校直精度在1200mm全长上轴线直度0.5mm，在自动焊钢丝网生产线上可同时使用31套。

其二，校直钢丝直径2.8-4mm，校直速度1.2-10米/分，校直精度在180mm全长上轴线直度0.05mm在立体钢丝骨架轻质复合墙板生产线的组板生产线上使用24套。

Claims (10)

1、一种金属丝校直方法，采用使金属丝通过滚压的方式进行校直，其特征在于：

金属丝是通过至少一对安装在转子体内的同方向旋转的双曲面行星滚轮进行滚压的，所述双曲面滚轮在对称的转子体带动下以转子体的轴线为公转轴线作行星运动，金属丝安装在转子体的轴线上被所述双曲面滚轮的曲面径向滚压、校直、推进；

使转子体的轴线与所述双曲面滚轮的轴线在空间上有一个夹角α，所述夹角α等于所述双曲面行星滚轮的母线和轴线的夹角，使所述2个双曲面行星滚轮的相对母线与所述转子体的轴线三者同处于同一平面内，并且相互平等，同时使所述金属丝轴线上任意一点到所述2个双曲面行星滚轮上相对母线的距离相等，使所述2个双曲面行星滚轮的双曲面的基圆和其相对母线的交点连线与所述金属丝的轴线垂直；

金属丝在其圆柱表面与所述双曲滚轮的双曲面之间磨擦力的作用下只沿转子轴线方向移动；

所述双曲面滚轮在以不同转速旋转时对金属丝的校直滚压力为一个稳定压力。

2、根据权利要求1所述的校直方法，其特征在于所述夹角α为20°-45°；所述双曲面滚轮的基圆直径D₁与所述金属丝直径d的取值关系为D₁＝(10-15)d；所述双曲面滚轮的宽度B与双曲面滚轮的基圆直径D₁之间的取值关系为B＝(0.5-1)D₁；所述双曲面滚轮的端面直径D由公式： $D^2=D_1^2+{\mathrm{Btg}}^2\mathrm{\α}$ 确定。

3、根据权利要求2所述的校直方法，其特征在于当所述夹角α取大值且所述双曲面滚轮的基圆直径D₁取小值时，所述双曲面滚轮的宽度B应取小值，反之当所述夹角α取小值且所述双曲面滚轮的基圆直径D₁取大值时，所述双曲面滚轮的宽度B可以取大值。

4、根据权利要求1、2、或3所述的校直方法，其特征在于在当金属丝的直径为2-2.5mm时，金属丝的校直速度为0.6-10m/mim；当金属丝的直径为2.8-4mm时，金属丝的校直速度为1.2-10m/mim。

5、一种用于权利要求1所述方法的专用设备，主要由至少一套的校直装置、机架、电机、皮带传动装置和导向定位装置组成，其特征在于：所述校直装置由对称的双曲面滚轮(10)、转子体(5)、联接双曲面滚轮(10)和转子体(5)的销轴(11)和滚轮滑架(12)、前半轴(6)、后半轴(7)和加压装置组成，所述双曲面滚轮(10)通过销轴(11)安装在开有销孔的滚轮滑架(12)上，滚轮滑架(12)被装配在转子体(5)中间的滑道(5c)中且只能垂直转子体(5)的轴线上下滑动，所述双曲面滚轮(10)的轴线与转子的轴线之间有一个夹角α；所述的加压装置由加压弹簧(13)、加压锥(14)、加压杠杆(16)和长销(15)组成，在后半轴(7)上装有加压弹簧(13)和加压锥(14)，加压杠杆(16)的支点用长销(15)连接在转子体(5)上，加压杠杆(16)上的一端压在滚轮滑架(12)上且另一端顶在加压锥(14)上；所述的定位导向装置由前定位导向套(18)和后定位导向套(19)组成，分别同轴安装在转子体(5)的前后，前定位导向套(18)安装在前半轴(6)内，后定位导向套(19)安装在后半轴(7)内，金属丝穿过所述转子体(5)、前定位导向套(18)和后定位导向套(19)，并与其同轴。

6、根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于在转子体(5)后面的后半轴(7)上安装有制动抱闸(22)。

7、根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于在后半轴(7)后面安装能抵消金属丝上转动扭矩的防转动滚轮组(21)。

8、根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于在后半轴(7)后面同轴安装有金属丝导入管(20)。

9、根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于在所述双曲面滚轮(10)两侧各同轴安装有一个防止金属丝侧弯的金属丝保持器(28)，其形状与所述双曲面滚轮(10)装配后在转子体(5)上滑道内所存间隙形状相同。

10、根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于在转子体(5)轴线上下两侧对称的滑道(5c)上，沿转子体(5)轴线和双曲面滚轮(10)轴线夹角方向上对称各开有两个键槽(5d、5e)，所述销轴(11)的两端分别安装在所述键槽(5d、5e)内，销轴(11)的轴线与滑道(5c)的轴线基本垂直相交。

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