一種異型拉絲模的線拋光機的製作方法

2023-05-29 03:51:31

專利名稱：一種異型拉絲模的線拋光機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種拉絲模線拋光機，尤其涉及一種可以用於加工 異型拉絲模的線拋光機，屬於拉絲模加工技術領域。
背景技術：
在外力作用下使金屬強行通過模具，金屬橫截面被壓縮，並獲得所 要求的橫截面形狀和尺寸的金屬加工方法稱為拉絲。使金屬改變形狀、 尺寸的工具稱為拉絲模。為了保持金屬絲從初始至最終各截面形狀和尺 寸一致，拉絲模的材料需要有足夠的硬度和耐磨性。常用的拉絲模有金 剛石模(分天然和人造聚晶金剛石模具)、硬質合金模(分鎢鈷類合金模 和鋼結硬質合金模具)、陶瓷模(分剛玉陶瓷模和炭化矽陶瓷模具)等。
拉絲模具的質量優劣取決於拉絲模本身孔徑形狀、拉制出的金屬絲 尺寸控制以及使用壽命。拉絲模具設有入口、潤滑、壓縮、定徑、出口 等區域，每個區域的長度、錐度各不相同，為保證拉制時金屬絲順利通 過拉絲模各區域和減小變徑過程的阻力，通常加工後的拉絲模孔需要整 形(修磨)和拋光。
按照成品絲材橫截面形狀不同，金屬絲分為圓形絲和異形絲。拉拔 截面為方型、矩形、三角形、六角形、橢圓形、梅花形等各種非圓形絲 材的模具統稱為異形拉絲模。在拉絲行業中，現在已經基本解決圓形絲 拉絲模具的加工問題，圓形絲拉絲模具的加工技術正向微細孔徑模具精 加工方向發展。對於異形拉絲模，現在國內使用的異形拉絲模的材質大 多數為硬質合金，從結構上分為兩種， 一種是組合拼裝異形拉絲模，它 適用拉拔大尺寸異形截面的棒、管材；另一種是整體異形拉絲模，它除 適用於拉拔異形截面的棒、管材外，還適用於拉拔異形截面的絲材。對 於整體異形拉絲模，孔型加工通常採用電解加工、電火花加工、雷射加 工等加工方式，孔型的整形有的用超聲波與機械複合加工，有的用手工 加工，而孔型的拋光受加工技術的局限，通常採用手工方法。
隨著技術的發展，現在異形截面絲材的應用範圍越來越廣，例如用 矩形截面漆包線纏繞的變壓器比用圓形截面漆包線纏繞的變壓器具有體積更小、通過電流更大的優點。然而目前異形拉絲模的加工方法，尤其 用手工整形和拋光的方法嚴重依賴操作者的技術水平，加工孔的尺寸和 形狀一致性差，已不適應現代製造和批量生產。
在專利號為200720181622.4的中國實用新型專利中，公開了一種組 合式拉絲模線拋光機。在該線拋光機中，金屬工具絲固定在金屬絲架上， 可以根據工作要求調整其位置、張力，拉絲模座組合式的旋轉、上下運 動，拉絲模的旋轉速度，上下運動頻率可以根據工藝要求分別調整。多 套這種裝置並聯組合安裝於同一個機架，從而提高了加工精度，加快了 加工速度，縮短了加工時間。但是，上述線拋光機也無法解決異形拉絲 模的整形和拋光問題。 發明內容
針對現有技術所存在的不足，本實用新型的目的是提供一種用於加 工異型拉絲模的線拋光機。
為實現上述的目的，本實用新型採用下述的技術方案
一種異型拉絲模的線拋光機，包括金屬絲和金屬絲架，所述金屬絲 安裝在所述金屬絲架上，並穿過待加工的異型拉絲模，其特徵在於
所述線拋光機還具有自適應定位機構、平動機構和金屬絲恆張力裝
置；
所述自適應定位機構包括自適應定位板和滾珠板，所述異型拉絲模 安裝在所述自適應定位板上，所述自適應定位板由所述滾珠板支撐；
所述平動機構用於實現自適應定位板或金屬絲架的平面運動，並使 金屬絲或異型拉絲模上每一質點圍繞其原始位置在平面內作小圓周運 動，由各個小圓的外包絡線形成加工表面；
所述金屬絲恆張力裝置中具有張力步進電機、張力傳感器和張力數 顯表，所述張力步進電機驅動所述金屬絲架的上、下絲架分離並將所述 金屬絲拉直，所述張力傳感器採集所述金屬絲的張力並輸入所述張力數 顯表，所述張力數顯表控制所述張力步進電機以使在線拋光過程中金屬 絲始終張緊並保持同樣張力。
其中，所述鎖緊機構中，所述自適應定位板上安裝了鎖緊片，所述 平動板上安裝了鎖緊鉗，在調整異型拉絲模位置時，打開鎖緊鉗；在確 認異型拉絲模正確安裝後，由鎖緊釘讓鎖緊鉗夾住鎖緊片，將自適應定 位板與平動板連接成一體。所述平動機構中，所述平動板通過設計在同一平面的X、 Y向平動導 軌和框架與固定板連接，偏心套通過軸承安裝於平動板，偏心軸通過軸 承安裝於固定板，所述平動量調整是通過偏心套與偏心軸相互轉動角度 實現。
所述平動機構中，寬調速電機通過連軸節與主動軸連接，主動軸通 過軸承安裝於固定板上，主動軸通過主動齒形帶輪、齒形帶驅動從動齒 形帶輪、偏心軸、偏心套轉動， 一旦偏心套與偏心軸產生一定量偏心， 偏心套將驅動平動板產生平面小圓周運動。
所述平動機構包括偏心量調整機構和平動軌跡高精度保持機構。
所述金屬絲恆張力裝置中，兩根直線軸承導杆通過下導杆固定座、 上導杆固定座與工具機連接，上絲架、下絲架上安裝了直線軸承，電機座 固定於下絲架，與下絲架同步運動，張力步進電機安裝在電機座上，通 過連軸節與絲槓連接。
所述張力步進電機驅動絲槓轉動，帶動所述上絲架、下絲架相互靠 近或離開。
在線拋光過程中，當張力傳感器測得的張力實際值在張力最佳範圍 內，張力步進電機不轉動；若略小於該範圍但大於最小允許值則驅動上、 下絲架緩慢分離；若略大於該範圍但小於最大允許值則讓上、下絲架緩 慢靠近；如果超出允許值範圍，將快速調整上、下絲架分開或靠近。 所述金屬絲的截面與待加工的異型拉絲模具有同樣的截面形狀。 本實用新型所提供的異形拉絲模線拋光機可以有效解決異形截面拉 絲模定徑區拋光問題，為開發異形金剛石拉絲模和陶瓷拉絲模等奠定了 技術基礎。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。


圖1為現有的一種圓形拉絲模內孔線拋光機的結構示意簡圖2為本實用新型所提供的異形拉絲模的線拋光機的結構示意簡
圖3為本線拋光機中的金屬絲架平動對矩形拉絲模拋光時的工作原
理圖4為本線拋光機中的拉絲模座平動及自適應定位機構的結構示意 圖，其中的標號分別為l一彈簧 2—鎖緊釘 3—鎖緊鉗 4一鎖緊片 5—滾珠板 6— 限位圈 7—偏心套 8—偏心鎖緊機構 9一偏心軸 IO—聯軸節 11 一寬調速電機 12—主動軸 13—主動齒形帶輪 14一齒形帶 15—軸 承 16—從動齒形帶輪 17—X、Y向平動導軌 18—平動板 19一異形 拉絲模 20—自適應定位板(拉絲模座)21—固定板 22—框架 23 —百分表；
圖5為本線拋光機中的金屬絲恆張力機構的結構示意圖，其中的標 號分別為
31 —張力數顯表32—異形截面金屬絲33—直線軸承 34—下 導杆固定座 35—直線軸承導杆 36—下絲架37—電機座 38—張力 步進電機39—連軸節40—絲槓 41一螺母42—上導杆固定座 43 一上絲架44一張力傳感器 45—金屬絲固定座 46—金屬絲固定鈕。
具體實施方式

圖1顯示了現有的一種圓形拉絲模內孔線拋光機的簡略結構。在該 線拋光機中，金屬絲安裝在金屬絲架上，被加工的圓形拉絲模在金屬絲 架的上下兩端之間，待加工面與金屬絲相接觸(兩者之間充滿拋光磨料)。 這樣通過金屬絲的上下往復運動和拉絲模的高速旋轉運動使含有拋光磨 料的金屬絲與待加工面摩擦，實現拉絲模孔整形和拋光。圖l所示的結 構是現有線拋光機通用的結構。針對線拋光機的技術改進一般都是在該 結構的基礎上作出的，例如對被加工工件的夾持裝置進行改進以滿足異 型工件的加工需要等。對此，下文中還有進一步的說明。
在實際生產中，圓形拉絲模的內孔拋光一般採用超聲與機械複合拋 光或機械線拋光方法，尤其拉絲模的定徑區只能用機械線拋光方法。線 拋光設備用金屬絲做工具，有的設備金屬絲沿孔軸線方向做往復運動， 拉絲模座高速旋轉；有的設備拉絲模座除高速自轉外，還做往復運動， 金屬絲架隨著金屬絲磨損能夠偏移。線拋光時，金屬絲穿過拉絲模孔， 在金屬絲與拉絲模孔壁之間填入磨料(拋光粉或膏)，在金屬絲與拉絲模 孔相對運動產生的磨耗、熱作用下，拉絲模具孔達到尺寸精度要求，並 且孔的內壁被拋光。
但是，對於異形拉絲模，由於模具孔的截面非圓形，不能採用拉絲 模具旋轉方法實施內孔壁線拋光。這是因為圓形拉絲模孔與金屬絲截面形狀同為圓形，在拉絲模孔截面的投影平面上，拉絲模和金屬絲是同心 圓，設計和製造線拋光機時只要隨被加工孔徑變化保證金屬絲與拉絲模 孔同軸即可。而異形拉絲模隨被加工孔的截面形狀或尺寸不同，金屬絲 和拉絲模在拉絲模孔截面上位置不同， 一旦金屬絲(或拉絲模)位置、 方向確定，拉絲模(或金屬絲)必須與之適應。
另一方面，長期以來線拋光機所使用的金屬絲的張緊力憑操作者經 驗調整，在線拋光過程中，金屬絲因摩擦、衝擊等會產生延伸(尤其細 絲在高速往復運動下)，當操作者發現金屬絲抖動，停機並張緊金屬絲。 對於圓形拉絲模，由於模具旋轉，只要金屬絲不發生明顯彎曲(抖動)， 對拉絲模孔型和尺寸不會產生影響；而對於異形截面拉絲模，如果金屬 絲鬆弛，即使產生向某一方向彎曲傾向，拉絲模孔在這個方向的磨耗會 大於其他方向，導致拉絲模孔型和尺寸變化。
針對異形拉絲模在加工中所存在的種種問題，本實用新型提供了一 種新型的用於加工異形拉絲模的線拋光機。該線拋光機如圖2所示，其 基本的結構與
圖1所示的線拋光機類似，但是在異形拉絲模的定位、平
動機構以及金屬絲張力控制等方面作了重大改進，以滿足整形和拋光異 形拉絲模的需要。
具體而言，本異型拉絲模線拋光機在以下幾方面進行了技術改進
1.提供一種拉絲模座或金屬絲架平動機構。利用該機構可以實現異 形拉絲模具內孔機械線拋光，能夠達到與圓形拉絲模內孔拋光同等效果。
對於圓形拉絲模內孔線拋光而言，金屬絲相對拉絲模的往復運動將 拋光粉帶入金屬絲與拉絲模孔壁之間，由於金屬絲材質軟，而拋光粉和 拉絲模孔壁的材質硬，在擠壓作用下，拋光粉被鑲嵌入金屬絲，形成多 把刀刃，往復運動帶動刀刃對拉絲模孔壁磨削，隨著時間延續，有些刀 刃變鈍，與孔壁摩擦增大，產生脫落，並且劃傷和磨損金屬絲。實際上 金屬絲截面與拉絲模內孔不完全同心，如果拉絲模不旋轉，金屬絲對拉 絲模內孔截面沿徑向的某一方向壓力大於其他方向，這種壓力， 一定程 度上補償金屬絲損耗，當新的拋光粉被帶入，又嵌入金屬絲，對拉絲模 孔壁繼續磨削。當拉絲模高速和高精度旋轉，孔壁上任意一點受到的磨 耗作用得到均衡，致使拉絲模孔達到很好的圓度和一致的表面粗糙度， 並且往復運動與拉絲模旋轉運動合成，避免了拉絲模孔壁出現劃痕。對於異形拉絲模具而言，由於不具備圓形拉絲模可以高速和高精度 旋轉的特點，在加工過程中隨金屬絲損耗，金屬絲與拉絲模孔壁之間產 生間隙，並且逐漸增大。為補償間隙，本實用新型專門提供了一種平動 機構，可以用於實現拉絲模座(或金屬絲架)的平面小圓周運動。如圖 3所示，它利用一種偏心量調整機構和平動軌跡高精度保持機構使異形 截面(與被修整拉絲模同樣截面形狀)金屬絲或拉絲模上每一質點都能 圍繞其原始位置在其截面的平面內作小圓周運動，無數小圓的外包絡線 形成加工表面。此處的偏心量調整機構是根據金屬絲與拉絲模孔壁之間 間隙大小，讓偏心套7相對偏心軸9轉動一個角度，產生與間隙相等的 偏心量，這個偏心量可從百分表23上讀出；平動軌跡高精度保持機構是 通過X、Y向平動導軌17和框架22使平動板18相對固定板22保持高精 度相對運動。小圓的運動半徑通過調節偏心量可由零逐步擴大，補償金 屬絲的損耗，達到修光拉絲模內孔的目的。實際上這種運動致使金屬絲 上所有接觸點與異形截面拉絲模孔內壁產生切向摩擦，所有點的接觸幾 率等同，不會產生與拉絲模孔軸線方向不同的拋光痕跡(不會增大拉絲阻 力)。當異形截面金屬絲或拉絲模以一定並且均勻的速度沿孔軸線方向做 往復運動，帶入拋光粉，調整一個較小的偏心量，擠壓作用將拋光粉嵌 入金屬絲，往復運動與切向運動合成對拉絲模孔內壁拋光，若金屬絲損 耗，通過自動或手工調整擴大偏心量，補償間隙差。利用這種異形拉絲 模平動機構可以替代拉絲模旋轉的功能，使異形拉絲模具的線拋光過程
與圓形拉絲模內孔線拋光過程基本相同。
2.採用了創新設計的自適應定位機構，當異形截面金屬絲穿過拉 絲模孔並張緊定位後，拉絲模能夠自適應找到合適位置。
圖4是本實用新型中的自適應定位機構的結構示意圖。當金屬絲穿 入拉絲模並固定於絲架(此時張緊金屬絲)後鬆開鎖緊釘2，鎖緊鉗3 在彈簧1作用下張開鉗口，此時自適應定位板(即拉絲模座)20在滾珠 板5支撐下可自如地移動或轉動，讓異形拉絲模19順利地安裝於自適應 定位板上。鎖緊釘2、鎖緊鉗3和鎖緊片4等構成了一個鎖緊機構。自 適應定位板上設有各種形狀和尺寸定位孔，以適應不同外形和尺寸的拉 絲模。自適應定位板上安裝了鎖緊片4,在確認拉絲模正確安裝後，擰 緊鎖緊釘，鎖緊鉗將牢固地夾住鎖緊片，將自適應定位板與平動板18連接成一體。安裝在平動板上的限位圈6用於限制自適應定位板運動範圍。
平動板18通過設計在同一平面的X、 Y向平動導軌17和框架22與 固定板21連接，固定板不動，X、 Y向平動導軌限定平動板在平行於拉 絲模截面的平面內相對固定板做X、 Y向移動(不能相互扭轉)。偏心套 7通過軸承15安裝於平動板18，偏心軸9通過軸承15安裝於固定板， 調整平動量時鬆開偏心鎖緊機構8，讓偏心套與偏心軸相互轉動一個角 度(產生與間隙相等的偏心量)，然後鎖緊偏心鎖緊機構，防止非人為的 偏心量變化。百分表23用於顯示平動量大小，表身安裝於固定板21， 表頭與平動板18側面接觸。寬調速電機11通過連軸節10與主動軸12 連接，主動軸通過軸承15安裝於固定板。寬調速電機工作時，主動軸通 過主動齒形帶輪13、齒形帶14驅動從動齒形帶輪16、偏心軸、偏心套 轉動， 一旦偏心套與偏心軸產生偏心，偏心套將驅動平動板產生平面圓 周運動。平動的原始位置是偏心套與偏心軸相同旋轉中心時每個質點所 處的位置。
如果讓金屬絲架平動及自適應定位，其結構與拉絲模座平動及自適 應定位基本相同，只是將金屬絲架的運動機構安裝於自適應定位板上。
上述的自適應定位機構利用一層滾珠板實現拉絲模座在平行於拉 絲模孔截面的平面上在限定的範圍內朝任意方向移或轉動，具有機構簡 單可靠、運動靈活、縱向尺寸小等優點。 一旦金屬絲穿入拉絲模，先將 金屬絲固定於絲架並張緊，確定金屬絲和拉絲模的位置和方向，然後移 和轉動拉絲模座，讓拉絲模順利安裝於拉絲模座，最後鎖緊定位機構， 實施拋光加工。專門設計的鎖緊機構可以確保鎖緊時不對拉絲模產生任 何方向附加作用力，鎖緊後不會因拋光時金屬絲與拉絲模之間的擠壓和 摩擦力、以及振動等而鬆脫。
3.設置了一種新型的金屬絲恆張力裝置，保證線拋光過程中，金 屬絲始終張緊並保持同樣張力。
圖5是本實用新型中設置的金屬絲恆張力機構的結構示意圖(省略 驅動金屬絲架往復運動機構)。如圖5所示，兩根直線軸承導杆35通過 下導杆固定座34、上導杆固定座32與工具機連接，上絲架43、下絲架36 上安裝了直線軸承33,可以靈活地上下運動。電機座37固定於下絲架，與下絲架同步運動，張力步進電機38安裝在電機座上，通過連軸節39 與絲槓40連接，螺母41安裝在上絲架上，當張力步進電機驅動絲槓轉 動，上、下絲架可以相互靠近或離開。異形截面金屬絲32穿過拉絲模後 用金屬絲固定鈕46固定於上、下絲架，張力步進電機驅動上、下絲架分 離將金屬絲拉直(在工具機設計和製造時，已保證上、絲架金屬絲安裝基 面與拉絲模孔截面垂直)，壓緊金屬絲固定座45上的金屬絲固定鈕46 後，鬆開上絲架的金屬絲固定鈕，此時張力傳感器44將金屬絲的張力輸 入張力數顯表31並顯示其上。
由於不同材料、不同截面形狀和尺寸的金屬絲在線拋光時需要的張 力不同，每種材料、每種截面形狀和尺寸的金屬絲保持拉直及張緊狀態 所需張力最佳範圍由工藝實驗確定。在線拋光過程中，金屬絲張力是波 動的，主要受到金屬絲與拉絲模之間的摩擦力、慣性衝擊等因素影響， 工藝實驗給定的每種金屬絲最佳張力是一個範圍。在張力數顯表上設置 了上、下兩個窗口，上窗口用於顯示張力傳感器測得金屬絲張力的實際 值，下窗口用於顯示操作者輸入的張力最佳範圍的平均值。在輸數時， 操作者分別將金屬絲保持拉直及張緊狀態的最大和最小允許值、張力最
佳範圍的上限和下限值輸入，數顯表顯示張力最佳範圍的平均值。初始 張緊金屬絲時，操作者用手動檔驅動張力步進電機分離上、下絲架，數 顯表通過運算器將張力傳感器實測金屬絲張力值與輸入張力最佳範圍的 平均值比較，達到平均值時張力步進電機停止工作。線拋光過程中，用 自動檔控制張力步進電機自動調整上、下絲架間距。當實測值在張力最 佳範圍內，張力步進電機不轉動；若略小於該範圍但大於最小允許值(金 屬絲由彎曲到拉直的最小拉力)則驅動上、下絲架緩慢分離；若略大於 該範圍但小於最大允許值(金屬絲彈性變形範圍的最大值)則讓上、下 絲架緩慢靠近；如果超出允許值範圍，將快速調整上、下絲架分開或靠 近。這一功能確保金屬絲不會因拋光過程中突變拉力而鬆弛或折斷。
以上對本實用新型所述的異型拉絲模的線拋光機進行了詳細的說 明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型實質精神的前 提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本實用新型專利權的 侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1.一種異型拉絲模的線拋光機，包括金屬絲和金屬絲架，所述金屬絲安裝在所述金屬絲架上，並穿過待加工的異型拉絲模，其特徵在於所述線拋光機還具有自適應定位機構、平動機構和金屬絲恆張力裝置；所述自適應定位機構包括自適應定位板和滾珠板，所述異型拉絲模安裝在所述自適應定位板上，所述自適應定位板由所述滾珠板支撐；所述平動機構用於實現自適應定位板或金屬絲架的平面運動，並使金屬絲或異型拉絲模上每一質點圍繞其原始位置在平面內作小圓周運動，由各個小圓的外包絡線形成加工表面；所述金屬絲恆張力裝置中具有張力步進電機、張力傳感器和張力數顯表，所述張力步進電機驅動所述金屬絲架的上、下絲架分離並將所述金屬絲拉直，所述張力傳感器採集所述金屬絲的張力並輸入所述張力數顯表，所述張力數顯表控制所述張力步進電機以使在線拋光過程中金屬絲始終張緊並保持同樣張力。
2. 如權利要求1所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於-所述自適應定位機構中還包括鎖緊機構，所述鎖緊機構在確認異型拉絲模正確定位後，將自適應定位板與平動板連接成一體。
3. 如權利要求1所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於-所述自適應定位機構中，所述平動板通過設計在同一平面的X、 Y向平動導軌和框架與固定板連接，偏心套通過軸承安裝於平動板，偏心 軸通過軸承安裝於固定板，所述偏心套與偏心軸相互轉動以調整平動量 的大小。
4. 如權利要求1所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於 所述自適應定位機構中，寬調速電機通過連軸節與主動軸連接，主動軸通過軸承安裝於固定板上，主動軸通過主動齒形帶輪、齒形帶驅動 從動齒形帶輪、偏心軸、偏心套轉動。
5. 如權利要求1所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於 所述平動機構包括偏心量調整機構和平動軌跡高精度保持機構。
6. 如權利要求l所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於所述金屬絲恆張力裝置中，兩根直線軸承導杆通過下導杆固定座、 上導杆固定座與工具機連接，上、下絲架上安裝了直線軸承，電機座固定 於下絲架，與下絲架同步運動，張力步進電機安裝在電機座上，通過連 軸節與絲槓連接。
7. 如權利要求6所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於 所述張力步進電機驅動絲槓轉動，帶動所述上、下絲架相互靠近或離開。
8. 如權利要求1所述的異型拉絲模的線拋光機，其特徵在於 所述金屬絲的截面與待加工的異型拉絲模具有同樣的截面形狀。
專利摘要本實用新型公開了一種異型拉絲模的線拋光機，包括金屬絲和金屬絲架，還具有自適應定位機構、平動機構和金屬絲恆張力裝置。自適應定位機構包括自適應定位板、滾珠板和鎖緊機構，異型拉絲模安裝在自適應定位板上，自適應定位板在滾珠板支撐下可自如地移動或轉動；平動機構用於實現自適應定位板或金屬絲架的平面運動；金屬絲恆張力裝置中具有張力步進電機、張力傳感器和張力數顯表，張力傳感器採集金屬絲的張力並輸入張力數顯表，張力數顯表控制張力步進電機以使在線拋光過程中金屬絲始終張緊並保持同樣張力。本異形拉絲模的線拋光機可以有效解決異形截面拉絲模定徑區的拋光問題。
文檔編號B24B5/48GK201342596SQ200820124719
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月15日 優先權日2008年12月15日
發明者葉書強, 曹鳳國 申請人:北京迪蒙吉意超硬材料技術有限公司