CN220638474U - 等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，包括控制柜和床身部分，控制柜内设置有控制器及高频脉冲电源，床身部分的床身支撑在四个支撑底座上，床身台面上安装有工作台、立柱和贮丝筒；工作台的台面上安装有夹具，夹具中夹持有工件；贮丝筒与滚筒电机传动连接，贮丝筒另通过齿轮副与拨叉滑动连接，拨叉的移动范围内预设有行程开关；立柱上固定设置有上臂和下臂，上臂两端和下臂两端分别安装有两个导轮，总共四个导轮和贮丝筒上共同环绕有金刚石线锯。本实用新型的装置，切割效率高，切割后工件表面质量高，加工装置简单，加工方法易实现，环保安全。
Description
技术领域
本实用新型属于等离子体磨粒加工技术领域，涉及一种等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置。
背景技术
石墨具有耐高温、抗辐射、韧性好、导热导电、可塑性高等特点，广泛应用于冶金、机械、电子、电池、核工业、航天及耐火材料等行业，是当今高新技术发展必不可少的非金属材料。
目前，加工石墨的方法主要包括带锯切割、环形线切割以及激光切割。其中，采用带锯切割石墨时，切割精度较低，需要进行后续的加工和修整。采用环形线切割石墨时，由于其材料去除是通过金刚石线锯上的磨粒与工件之间的“二体”磨削而实现，从而在工件表面留下大量线痕，也需要后续对其进行研磨。采用激光切割时，激光光束能够对石墨进行高温加热，使其快速蒸发和脱落，因此具有非接触性、高效率以及低污染等优点，但由于石墨的热膨胀系数较大，当温度达到一定程度时，容易引起加工精度下降。
因此，亟需研制一种新的加工石墨模具的装置，克服上述方法的不足，提高石墨加工的表面质量及加工精度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，解决了现有技术加工方法各有局限性，石墨加工后的表面质量差、加工精度低的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，包括控制柜和床身部分，控制柜内设置有控制器及高频脉冲电源，床身部分的床身支撑在四个支撑底座上，床身台面上安装有工作台、立柱和贮丝筒；
工作台的台面上安装有夹具，夹具中夹持有工件；贮丝筒与滚筒电机传动连接，贮丝筒另通过齿轮副与拨叉滑动连接，拨叉的移动范围内预设有行程开关；
立柱上固定设置有上臂和下臂，上臂两端和下臂两端分别安装有两个导轮，总共四个导轮和贮丝筒上共同环绕有金刚石线锯。
本实用新型的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征还在于：
所述的高频脉冲电源的正极与工件相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒相连。
所述的工作台通过双向复合导轨安装在床身上，双向复合导轨上设置有轴向手轮和径向手轮。
所述的立柱中设置有紧丝机构，紧丝机构与金刚石线锯对应设置，金刚石线锯通过紧丝机构保持张紧；在上臂上安装有紧丝螺母，紧丝螺母能够使金刚石线锯保持恒定张紧力。
所述的上臂上安装有工作灯，工作灯的照射范围内为加工区域，与工作灯照射范围对应设置有吸尘机构，吸尘机构通过通风管道及抽风机与粉尘处理机构连通，通风管道中设置有防逆流机构，粉尘处理机构通过水泵与水槽循环连通。
所述的控制柜的高频脉冲电源、滚筒电机的转速、工作台的进给速度、行程开关、抽风机和水泵都与控制柜中的控制器信号连接。
本实用新型的有益效果是，包括以下几个方面：
1)切割效率高。工件与金刚石线锯分别与脉冲电源的正极和负极相连，当电压施加在两极之间时两极间气体被击穿产生放电通道。在每个脉冲宽度内，石墨在等离子体放电与磨粒磨削的耦合作用下被去除，在每个脉冲间隔内，由于工作台的进给以及金刚石线锯的往复式运动，磨削作用仍然存在；所以，该方法切割效率高。
2)切割后工件表面质量高。切割过程中金刚石线锯表面的磨粒可以将等离子体放电在石墨表面造成的热损伤层直接去除，而等离子体放电对工件的“热软化”作用可以降低磨粒对石墨的切削力，从而减少石墨表面的划痕，因此，石墨表面质量较高。
3)加工装置简单，加工方法易实现。本实用新型装置加工参数包括：空载电压、脉冲宽度、占空比、金刚石线锯速度、进给速度等，均可以根据实际情况调节以达到较好的加工效果。
4)环保安全。本实用新型装置配有专门的吸尘、防逆流机构和粉尘处理机构，不会对环境造成污染，也不会对操作人员的健康造成危害。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构的示意图；
图2是图1中的局部结构示意图；
图3是本实用新型的主要结构的示意图；
图4是图3中的局部结构示意图。
图中，1.控制柜，2.轴向手轮，3.工作台，4.立柱，5.工件，6.夹具，7.滚筒电机，8.支撑底座，9.床身，10.行程开关，11.拨叉，12.贮丝筒，13.齿轮副，14.紧丝机构，15.紧丝螺母，16.工作灯，17.导轮，18.上臂，19.金刚石线锯，20.吸尘机构，21.通风管道，22.防逆流机构，23.径向手轮，24.水泵，25.水槽，26.粉尘处理机构，27.抽风机，28.双向复合导轨，29.下臂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1、图2、图3、图4，本实用新型装置的结构是，包括控制柜1和床身部分，控制柜1内设置有控制器及高频脉冲电源，床身部分的床身9支撑在四个支撑底座8上，床身9台面上安装有工作台3、立柱4和贮丝筒12；
工作台3通过双向复合导轨28安装在床身9上，双向复合导轨28上设置有轴向手轮2和径向手轮23，摇动轴向手轮2可以控制工作台3沿轴向运动，摇动径向手轮23可以控制工作台3沿径向运动，以此工作台3可以沿轴向和径向进给，进给速度连续可调1-10μm/s，脉冲当量为1μm；工作台3的台面上安装有夹具6，夹具6中夹持有工件5；
贮丝筒12的转轴一端通过弹性联轴器与滚筒电机7传动连接，贮丝筒12的转轴另一端与齿轮副13输入端传动连接，齿轮副13输出端与拨叉11滑动连接，拨叉11的移动范围内预设有行程开关10，行程开关10安装在床身9上；滚筒电机7先驱动贮丝筒12正传，贮丝筒12转动时带动齿轮副13转动，齿轮副13控制拨叉11沿轴向移动，当拨叉11碰到行程开关10时，行程开关10的接触信号输入控制器中，控制器发出反馈信号使滚筒电机7换向导致贮丝筒12反转，实现贮丝筒12的往复式转动；
立柱4上固定设置有上臂18和下臂29，上臂18两端和下臂29两端分别安装有两个导轮17，总共四个导轮17，该四个导轮17的轮轴沿水平方向平行，在该四个导轮17和贮丝筒12上共同环绕有金刚石线锯19；立柱4中设置有紧丝机构14，紧丝机构14与金刚石线锯19对应设置，金刚石线锯19通过紧丝机构14张紧在贮丝筒12与四个导轮17之间；在上臂18上安装有紧丝螺母15和工作灯16，紧丝螺母15能够使上臂18固定于立柱4上，从而使金刚石线锯19保持恒定张紧力；
工作灯16照射范围内为加工区域，与工作灯16照射范围对应设置有吸尘机构20，吸尘机构20通过通风管道21及抽风机27与粉尘处理机构26连通，通风管道21中设置有防逆流机构22，粉尘处理机构26通过水泵24与水槽25循环连通；吸尘机构20在抽风机27驱动下将切割石墨时产生的大量粉尘吸入粉尘处理机构26，水泵24将水槽25中的水送入粉尘处理机构26并通过废液官回流至水槽25中；
对于高频脉冲电源，空载电压为110V，脉冲宽度4-74μm连续可调，占空比1/15-1/3连续可调，高频脉冲电源的正极与工件5相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒12相连；
滚筒电机7通过弹性联轴器带动贮丝筒12旋转，从而带动金刚石线锯19绕四个导轮17转动，金刚石线锯19的运行速度1-20m/s连续可调；
上述的控制柜1的高频脉冲电源、滚筒电机7的转速、工作台3的进给速度、行程开关10、抽风机27和水泵24都与控制柜1中的控制器信号连接，控制器中预存有数据处理及反馈控制的程序软件，一方面采集相应的输入信号，一方面输出反馈的控制信号，实现整个装置统一协调的工作。
基于上述的装置结构，本实用新型的工作过程是：
1)将控制柜1内的高频脉冲电源的正极与工件5相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒12相连，接通高频脉冲电源；
2)启动滚筒电机7、行程开关10、抽风机27和水泵24，使得金刚石线锯19绕贮丝筒12和四个导轮17作往复式运动，工件5由夹具6固定于工作台3上，并跟随工作台3向金刚石线锯19方向进给，
当工件5与金刚石线锯19之间产生的强电场达到空气的击穿场强，两极间电介质被击穿形成等离子体放电通道，在每个脉冲宽度内，工件5在等离子体放电和磨粒磨削的耦合作用下被去除；在每个脉冲间隔内，等离子体放电作用停止，但由于金刚石线锯19的纵向运动和横向进给，磨粒的磨削作用仍然存在。此外，加工过程中产生的大量粉尘被吸尘机构20吸入粉尘处理机构26，水槽25中的水由水泵24抽出流入粉尘处理机构26并将废液回流到水槽25中。
3)工件5加工完成，将控制柜1及相关电气部件全部关闭。
实施例1
按照前述的装置结构及工作过程，采用如下的具体控制参数进行实施：
1)将控制柜1内的高频脉冲电源的正极与工件5相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒12相连，接通高频脉冲电源；
2)空载电压为110V，脉冲宽度为44μs，占空比为1/7；启动滚筒电机7、行程开关10、抽风机27和水泵24，使得金刚石线锯19绕贮丝筒12和四个导轮17作往复式运动，金刚石线锯速度为5m/s，工件5由夹具6固定于工作台3上，并跟随工作台3向金刚石线锯19方向进给，进给速度为4μm/s，
当工件5与金刚石线锯19之间产生的强电场达到空气的击穿场强，两极间电介质被击穿形成等离子体放电通道，在每个脉冲宽度内，工件5在等离子体放电和磨粒磨削的耦合作用下被去除；在每个脉冲间隔内，等离子体放电作用停止，但由于金刚石线锯19的纵向运动和横向进给，磨粒的磨削作用仍然存在。此外，加工过程中产生的大量粉尘被吸尘机构20吸入粉尘处理机构26，水槽25中的水由水泵24抽出流入粉尘处理机构26并将废液回流到水槽25中。
3)工件5加工完成，将控制柜1及相关电气部件全部关闭。
实施例2
按照前述的装置结构及工作过程，采用如下的具体控制参数进行实施：
1)将控制柜1内的高频脉冲电源的正极与工件5相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒12相连，接通高频脉冲电源；
2)空载电压为110V，脉冲宽度为54μs，占空比为1/9；启动滚筒电机7、行程开关10、抽风机27和水泵24，使得金刚石线锯19绕贮丝筒12和四个导轮17作往复式运动，金刚石线锯速度为6m/s，工件5由夹具6固定于工作台3上，并跟随工作台3向金刚石线锯19方向进给，进给速度为5μm/s，
当工件5与金刚石线锯19之间产生的强电场达到空气的击穿场强，两极间电介质被击穿形成等离子体放电通道，在每个脉冲宽度内，工件5在等离子体放电和磨粒磨削的耦合作用下被去除；在每个脉冲间隔内，等离子体放电作用停止，但由于金刚石线锯19的纵向运动和横向进给，磨粒的磨削作用仍然存在。此外，加工过程中产生的大量粉尘被吸尘机构20吸入粉尘处理机构26，水槽25中的水由水泵24抽出流入粉尘处理机构26并将废液回流到水槽25中。
3)工件5加工完成，将控制柜1及相关电气部件全部关闭。
实施例3
按照前述的装置结构及工作过程，采用如下的具体控制参数进行实施：
1)将控制柜1内的高频脉冲电源的正极与工件5相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒12相连，接通高频脉冲电源；
2)空载电压为110V，脉冲宽度为64μs，占空比为1/11；
启动滚筒电机7、行程开关10、抽风机27和水泵24，使得金刚石线锯19绕贮丝筒12和四个导轮17作往复式运动，金刚石线锯速度为7m/s，工件5由夹具6固定于工作台3上，并跟随工作台3向金刚石线锯19方向进给，进给速度为6μm/s，
当工件5与金刚石线锯19之间产生的强电场达到空气的击穿场强，两极间电介质被击穿形成等离子体放电通道，在每个脉冲宽度内，工件5在等离子体放电和磨粒磨削的耦合作用下被去除；在每个脉冲间隔内，等离子体放电作用停止，但由于金刚石线锯19的纵向运动和横向进给，磨粒的磨削作用仍然存在。此外，加工过程中产生的大量粉尘被吸尘机构20吸入粉尘处理机构26，水槽25中的水由水泵24抽出流入粉尘处理机构26并将废液回流到水槽25中。
3)工件5加工完成，将控制柜1及相关电气部件全部关闭。
Claims (6)
1.一种等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：包括控制柜(1)和床身部分，控制柜(1)内设置有控制器及高频脉冲电源，床身部分的床身(9)支撑在四个支撑底座(8)上，床身(9)台面上安装有工作台(3)、立柱(4)和贮丝筒(12)；工作台(3)的台面上安装有夹具(6)，夹具(6)中夹持有工件(5)；贮丝筒(12)与滚筒电机(7)传动连接，贮丝筒(12)另通过齿轮副(13)与拨叉(11)滑动连接，拨叉(11)的移动范围内预设有行程开关(10)；立柱(4)上固定设置有上臂(18)和下臂(29)，上臂(18)两端和下臂(29)两端分别安装有两个导轮(17)，总共四个导轮(17)和贮丝筒(12)上共同环绕有金刚石线锯(19)。
2.根据权利要求1所述的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：所述的高频脉冲电源的正极与工件(5)相连，高频脉冲电源的负极与贮丝筒(12)相连。
3.根据权利要求1所述的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：所述的工作台(3)通过双向复合导轨(28)安装在床身(9)上，双向复合导轨(28)上设置有轴向手轮(2)和径向手轮(23)。
4.根据权利要求1所述的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：所述的立柱(4)中设置有紧丝机构(14)，紧丝机构(14)与金刚石线锯(19)对应设置，金刚石线锯(19)通过紧丝机构(14)保持张紧；在上臂(18)上安装有紧丝螺母(15)，紧丝螺母(15)能够使金刚石线锯(19)保持恒定张紧力。
5.根据权利要求4所述的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：所述的上臂(18)上安装有工作灯(16)，工作灯(16)的照射范围内为加工区域，与工作灯(16)照射范围对应设置有吸尘机构(20)，吸尘机构(20)通过通风管道(21)及抽风机(27)与粉尘处理机构(26)连通，通风管道(21)中设置有防逆流机构(22)，粉尘处理机构(26)通过水泵(24)与水槽(25)循环连通。
6.根据权利要求1所述的等离子体磨粒复合加工石墨模具的装置，其特征在于：所述的控制柜(1)的高频脉冲电源、滚筒电机(7)的转速、工作台(3)的进给速度、行程开关(10)、抽风机(27)和水泵(24)都与控制柜(1)中的控制器信号连接。
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