CN1281763A - 金属长纤维的大刃倾角切削装置 - Google Patents

Abstract

一种金属长纤维的大刃倾角切削装置,其大刃倾角刀具呈多齿状,安装在机床的刀架上,切出的数条纤维分别缠绕在绕丝筒上,绕丝简吸附在磁铁盘上,由磁铁盘带动旋转,磁铁盘控制纤维拉力;摆动机构在绕丝筒前面,通过传动机构获得主轴的动力,左右往复移动,使纤维均匀地缠绕在绕丝筒上;变频调速器连接三相电源与机床电机,控制切削速度;本发明可同时切出多条均匀性和连续性较好的纤维,提高金属纤维生产效率,改善纤维产品质量。

Description

金属长纤维的大刃倾角切削装置

本发明涉及金属纤维的切削加工装置。

金属纤维是七十年代后期出现于国外工业发达国家的高附加值产品。它具有高的弹性、耐磨性、导电性、以及好的烧结性，是一种用于制造复合材料，具有多种用途的新型工程材料，可应用于无石棉半金属摩擦片、导电塑料、复合陶瓷、钢纤维增强混凝土等。

目前金属纤维的制造生产方法主要有金属熔化高温喷射法、塑性变形法、切削法三种，其中切削制造法因成本低廉，设备简单而近年备受关注。切削法又分为铣削法、颤振法、普通车削法和大刃倾角切削法等。铣削法只能加工出的短纤维，纤维产品变形大，当量直径粗。颤振法加工的纤维最大长度也不超过30mm，且加工时产生很大的振动和噪声，严重破坏了设备和污染了环境。现有的车削法在一定条件下可以加工出连续型长纤维，但生产效率低，纤维变形大，强度低，均匀性差。

现有的普通大刃倾角切削法是单刀单纤加工，生产效率低。又因为纤维当量直径一般要求比较小，使现有的大刃倾角刀具的切削深度受到很大限制，影响生产效率。其结构中没有对纤维的拉伸装置，所以纤维的变形也大。

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种金属长纤维的大刃倾角切削装置，采用大刃倾角多齿状刃刀具，同时切出多条均匀性和连续性较好的纤维，提高金属纤维生产效率，改善纤维产品质量。

本发明的金属长纤维的大刃倾角切削装置主要由变频调速器、大刃倾角刀具、绕丝筒、磁铁盘、摆动机构构成；大刃倾角刀具呈多齿状，安装在机床的刀架上，切出的数条纤维分别缠绕在绕丝筒上，绕丝筒吸附在磁铁盘上，由磁铁盘带动旋转，磁铁盘控制纤维拉力，一旦拉力过大，磁铁盘与绕丝筒产生打滑，确保纤维不被拉断；摆动机构在绕丝筒前面，通过传动机构获得主轴的动力，左右往复移动，使纤维均匀地缠绕在绕丝筒上；变频调速器连接三相电源与机床电机，控制切削速度。

摆动机构可以是偏心轮旋转滑杆摆动机构，主要由偏心轮、滑杆、拨叉构成，偏心轮旋转带动滑杆左右移动，滑杆上的拨叉左右拨动纤维。

本发明使用大刃倾角多齿状刃刀具切削，并利用绕丝筒以一定的牵引力对纤维进行拉伸。大刃倾角可使刀具锋利，减少切削力和切削变形，多齿刃可使被切削层金属分成多条纤维切出，实现一刀多纤加工，对纤维进行拉伸亦可以减少切削力和切削变形。一刀多纤加工的生产效率比普通车削法提高几倍到十几倍，并可以加工出均匀性和连续性较好的纤维，纤维产品变形小，强度高，且可生成粗糙的异型结构界面，有利于复合材料产品的质量。

大刃倾角刀具切出的数条纤维分别缠绕在绕丝筒上，由绕丝筒施以一定的牵引力收集，其对纤维起拉伸作用，减少纤维的变形和切削力。拉纤力的大小由磁铁盘控制，一旦拉力过大，磁铁盘与绕丝筒产生打滑，确保纤维不被拉断。在纤维缠绕的过程中，有摆动机构往复移动，使纤维均匀地缠绕在绕丝筒上。在切削加工过程中，棒料的直径不断减少，其线速度亦不断减少。为了保持最佳的切削速度，本发明装置采用变频调速器实现无极调速，使保持最佳的切削速度。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)使用大刃倾角多齿状刃型刀具，实现了一刀多纤加工，生产效率提高5～12倍；在切削深度和进给量不变的条件下，可以减少纤维的当量直径，有利于小直径的纤维加工；由于齿状刃的分纤作用，削弱切削层金属的整体牵制作用，使切削变形减少，切削力下降，并进而减少了纤维的卷曲曲率，提高了纤维的抗拉强度，对加工过程稳定性和产品质量的提高有利；减少积屑瘤的生成，使纤维产品均匀，提高纤维质量。

(2)采用大刃倾角切削一拉纤复合的加工，即在锋利的大刃倾角刀具切削的同时，由可控拉力的拉纤装置绕丝筒对纤维进行拉伸收集，减少切削力和切削变形，有利于纤维产品的提高。

(3)实现无级调速，适应切削参数的变化，保持最佳的的切削状态。

(4)所需的设备简单，可在普通机床改装使用，也可设计专机生产。在刀具的前刀面磨出大刃倾角，在后刀面割出一条条一定间隔的圆槽，形成多齿刃。易于实施。

图1是本发明金属长纤维的大刃倾角切削装置结构示意图。

图2是图1中的大刃倾角刀具切削模型。

图3是图1中的大刃倾角刀具结构示意图。

图4是图1的装置切出的多条纤维形态图。

下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明的金属长纤维的大刃倾角切削装置主要由变频调速器2、大刃倾角刀具12、绕丝筒7、磁铁盘8、摆动机构10构成；大刃倾角刀具12呈多齿状，安装在机床拖板13的刀架上，切出的数条纤维分别缠绕在绕丝筒7上，绕丝筒7吸附在磁铁盘8上，由磁铁盘8带动旋转，磁铁盘8控制纤维9的拉力，一旦拉力过大，磁铁盘8与绕丝筒7产生打滑，确保纤维9不被拉断；摆动机构10在绕丝筒7前面，通过传动机构6获得主轴5的动力，左右往复移动，使纤维9均匀地缠绕在绕丝筒7上；变频调速器2连接三相电源1与机床电机3，控制切削速度。机床电机3的转速经传动机构4变动后传至主轴5。主轴5上的卡盘装夹棒料11。

摆动机构10是偏心轮旋转滑杆摆动机构，主要由偏心轮、滑杆、拨叉构成，偏心轮旋转带动滑杆左右移动，滑杆上的拨叉左右拨动纤维9。

实施例2：加工当量直径为0．1mm的紫铜长纤维，要求变形小，粗细均匀。

在co625-k型卧式仪表车床上改装成结构同图1的装置。工件为直径φ50紫铜棒料11。变频调速器2的型号是VFD015A43B，输入电参数：三相电压380～480V，频率50～60HZ；输出电参数：三相0～480V，频率0．1～400HZ。输入端接三相380V电源1，输出端接机床电机3。电机3额定功率0．75KW，额定电压380V，频率50HZ。通过调节变频调速器2的输出频率调节电机3的转速，电机3的转速经传动机构4变动后传至主轴5，使主轴5的转速范围由原来的250～1500r／min扩大至0～3000r／min。大刃倾角刀具12装在拖板13上的刀架上，由拖板13带动。绕丝筒7吸附在磁铁盘8上，靠磁力带动旋转，收集纤维9的同时起拉纤的作用，减少纤维9的变形。拉纤力的大小由磁铁盘8控制，一旦拉力过大，磁铁盘8与绕丝筒7产生打滑，确保纤维9不被拉断。摆动机构10置于绕丝筒7的前面，通过传动机构6获得主轴5传递的动力。该机构利用偏心轮的转动带动滑杆左右移动。滑杆上装有拨叉，左右拨动上面的纤维9，使均匀缠绕在绕丝筒7上。

如图2所示，本例大刃倾角刀具为单刃车刀。单刃车刀安装时其主切削刃与工件轴线倾斜一个角度，即刃倾角λ_s，取λ_s=75°。切屑流屑方向与切削刃法线方向形成一夹角，即流屑角ψ_λ，本例实测ψ_λ=70°。取切削深度h_D=3mm。工件旋转的同时刀具移动，假定工件不动，那么刀具主切削刃绕工件轴线作单叶旋转双曲面运动。

如图3所示，该刀具的主切削刃由多个小刀齿组成，每个小刀齿由直线主刃及两边圆弧侧刃构成，其齿距m和齿深h根据具体的加工要求而定，一般要求齿深h大于实际切削厚度，以便形成多条纤维切出。纤维要求越细，齿距m也越小。根据本例的切削用量及条件：转速n=50r／min，工件直径D=50mm，切削深度h_D=3mm，进给量f=0．1mm／r，取齿距m=0．3mm，齿深h=0．1mm。

如图4所示，本例一次可切出当量直径为0．1mm的纤维12条，变形小，粗细均匀。

Claims (5)

1、一种金属长纤维的大刃倾角切削装置，其特征在于主要由变频调速器、大刃倾角刀具、绕丝筒、磁铁盘、摆动机构构成；大刃倾角刀具呈多齿状，安装在机床的刀架上，切出的数条纤维分别缠绕在绕丝筒上，绕丝筒吸附在磁铁盘上，由磁铁盘带动旋转，磁铁盘控制纤维拉力，一旦拉力过大，磁铁盘与绕丝筒产生打滑，确保纤维不被拉断；摆动机构在绕丝筒前面，通过传动机构获得主轴的动力，左右往复移动，使纤维均匀地缠绕在绕丝筒上；变频调速器连接三相电源与机床电机，控制切削速度。

2、根据权利要求1所述的金属长纤维的大刃倾角切削装置，其特征在于摆动机构可以是偏心轮旋转滑杆摆动机构，主要由偏心轮、滑杆、拨叉构成，偏心轮旋转带动滑杆左右移动，滑杆上的拨叉左右拨动纤维。

3、根据权利要求1或2所述的金属长纤维的大刃倾角切削装置，其特征在于为单刃车刀，单刃车刀的主切削刃与工件轴线间的刃倾角为75°，切屑流屑方向与切削刃法线间的流屑角为70°，切削深度h_D=3mm。

4、根据权利要求1所述的金属长纤维的大刃倾角切削装置，其特征在于大刃倾角刀具的主切削刃由多个小刀齿组成，每个小刀齿由直线主刃及两边圆弧侧刃构成，其齿深h大于实际切削厚度，纤维要求越细，齿距m越小。

5、根据权利要求4所述的金属长纤维的大刃倾角切削装置，其特征在于工件转速n=50r／min，工件直径D=50mm，切削深度h_D=3mm，进给量f=0．1mm／r，取齿距m=0．3mm，齿深h=0．1mm．。

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