一種金屬線材強(qiáng)化裝置及其方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬線材強(qiáng)化裝置及其方法，該裝置包括用于夾緊金屬線材的夾具、用于對(duì)金屬線材進(jìn)行拉伸的拉伸伺服電機(jī)和用于對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，拉伸伺服電機(jī)通過(guò)第一傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材施加拉力或進(jìn)行拉伸冷作硬化，扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)通過(guò)第二傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)冷作硬化。本發(fā)明不僅具備常規(guī)的扭轉(zhuǎn)冷作硬化的功能，更可以一次性完成整根細(xì)長(zhǎng)金屬線材的扭轉(zhuǎn)冷作硬化，還可以單獨(dú)或同時(shí)完成拉伸冷作硬化，有效提高其強(qiáng)度，工作效率高，并保證金屬線材在強(qiáng)化后的力學(xué)性能具有非常好的一致性且不損傷金屬線材；此外，裝置采用臥式布置，夾具可大范圍移動(dòng)，對(duì)線材長(zhǎng)度的限制較小，可以對(duì)大部分工程金屬線材直接進(jìn)行冷作硬化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種金屬線材強(qiáng)化裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本 發(fā)明涉及金屬材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種金屬線材強(qiáng)化裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬是現(xiàn)實(shí)生活中使用最為廣泛的材料，幾乎滲透到了生活中的任何一個(gè)角落，金屬的使用技術(shù)對(duì)人類(lèi)的發(fā)展起著決定性的作用。自工業(yè)革命之后，人們運(yùn)用各種方法來(lái)提高金屬的強(qiáng)度，例如熱處理、合金化、細(xì)化組織、冷作硬化、表面處理等，其中冷作硬化是目前能顯著提高金屬材料強(qiáng)度的一種成本低而應(yīng)用廣泛的方法。冷作硬化是指某些金屬在常溫或者是結(jié)晶溫度以下的加工產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變晶粒產(chǎn)生剪切、滑移，晶粒被拉長(zhǎng)，通過(guò)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從而改變金屬的強(qiáng)度，該方法能顯著提高金屬的強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)降低其塑性和沖擊韌性。
[0003]單純的拉伸硬化會(huì)使金屬在拉伸過(guò)程直徑變細(xì)，材料的塑性變形也不充分，影響強(qiáng)化效果，更有甚者會(huì)使金屬產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象及造成材料的初始損傷。扭轉(zhuǎn)冷作硬化能夠使材料得到更加充分的強(qiáng)化，但扭轉(zhuǎn)冷作硬化要求金屬材料的長(zhǎng)度較短且同軸度較好，而金屬線材都比較細(xì)長(zhǎng)，且無(wú)外力作用時(shí)其軸線為不規(guī)則曲線，所以，現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法采用常規(guī)扭轉(zhuǎn)冷作硬化方法使其強(qiáng)化。
[0004]故，需要提供一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種適用于細(xì)長(zhǎng)型金屬線材的強(qiáng)化裝置及其方法。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種金屬線材強(qiáng)化裝置，包括用于夾緊金屬線材的夾具、用于對(duì)金屬線材進(jìn)行拉伸的拉伸伺服電機(jī)和用于對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，所述拉伸伺服電機(jī)通過(guò)第一傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材施加拉力或進(jìn)行拉伸冷作硬化，所述扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)通過(guò)第二傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)冷作硬化。
[0007]所述第一傳動(dòng)裝置包括第一傳動(dòng)皮帶、與第一傳動(dòng)皮帶連接的第一傳動(dòng)輪和絲杠，所述絲杠上安裝有第一橫梁，所述絲杠的一端與第一傳動(dòng)輪通過(guò)鍵連接，絲杠的另一端位于絲杠支座上；所述第二傳動(dòng)裝置包括減速齒輪箱、第二傳動(dòng)皮帶和與第二傳動(dòng)皮帶連接的第二傳動(dòng)輪。
[0008]所述第一傳動(dòng)帶輪有兩個(gè)，兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶同時(shí)與拉伸伺服電機(jī)連接，絲杠有兩個(gè)，每個(gè)絲杠分別與一個(gè)第一傳動(dòng)帶輪連接，拉伸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證第一橫梁在絲杠上前進(jìn)或后退。
[0009]所述夾具包括用于分別夾緊金屬線材兩端的第一楔形夾具和第二楔形夾具，第一楔形夾具安裝在第一橫梁上，第二楔形夾具安裝在第二橫梁上，并且該第二楔形夾具跟隨第二傳動(dòng)輪動(dòng)作。[0010]所述第一楔形夾具和第二楔形夾具上分別設(shè)置有力傳感器和角度傳感器，第一橫梁上設(shè)置有位移傳感器，所述拉伸伺服電機(jī)、扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、力傳感器、角度傳感器和位移傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與控制系統(tǒng)連接。導(dǎo)線與控制系統(tǒng)之間連有運(yùn)動(dòng)控制卡。所述控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、控制軟件和控制硬件組成。所述拉伸伺服電機(jī)和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)分別安裝在支架上，支架上安裝有起支撐和導(dǎo)向作用的第一橫梁滑動(dòng)軌道。
[0011]此外，還包括外罩，所述外罩將拉伸伺服電機(jī)、扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、絲杠、第一楔形夾
具、第二楔形夾具包覆。
[0012]本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述金屬線材強(qiáng)化裝置的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化方法，包括以下原理與步驟:
[0013]扭轉(zhuǎn)冷作硬化可以最大限度地發(fā)揮材料的應(yīng)變強(qiáng)化能力，即可使金屬材料得到充分的強(qiáng)化。當(dāng)金屬材料(特別是塑性金屬材料)在受到扭轉(zhuǎn)作用時(shí)，一旦剪切應(yīng)力超過(guò)其剪切屈服極限，該材料就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)卸載后，該材料的強(qiáng)度將會(huì)提高，其屈服極限的提聞?dòng)葹槊黠@。
[0014]針對(duì)細(xì)長(zhǎng)的金屬線材，本發(fā)明提供的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化方法如下:
[0015]I)根據(jù)金屬材料所需的強(qiáng)化程度要求，將金屬線材的直徑d、屈服時(shí)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率臨界值k及強(qiáng)化目標(biāo)參數(shù)(單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角θ p)輸入控制系統(tǒng)，然后根據(jù)金屬線材的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)第一楔形夾具和第二楔形夾具之間的距離，并將金屬線材兩端可靠地裝夾在第一楔形夾具和第二楔形夾具中；
[0016]2)啟動(dòng)拉伸伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)從而使金屬線材承受一定的拉力，該拉力通過(guò)力傳感器傳遞到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的力和位移數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并實(shí)時(shí)計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率k’，k’=(0i+1-0i)/(ei+1-ei)，曲線示意如圖1、2所示。金屬的屈服存在不連續(xù)屈服(明顯屈服，如圖1所示)和連續(xù)屈服(如圖2所示)兩種情況，但兩者具有共性:當(dāng)金屬線材進(jìn)入屈服階段后，力-位移曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率均會(huì)明顯變小。對(duì)金屬線材持續(xù)施加拉伸載荷，當(dāng)實(shí)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率k’ <k時(shí)，控制系統(tǒng)判定金屬線材發(fā)生屈服，控制系統(tǒng)發(fā)出指令使拉伸伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)金屬線材被完全拉直，實(shí)現(xiàn)良好的同軸性。與此同時(shí),位移傳感器將此時(shí)的位移數(shù)據(jù)(即去除夾持部分后金屬線材的長(zhǎng)度L)傳輸給控制系統(tǒng)。
[0017]3)啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，開(kāi)始對(duì)金屬線材施加扭矩，當(dāng)達(dá)到控制系統(tǒng)設(shè)定的單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角ΘΡ ( ΘΡ=Θ/1，θ為角度傳感器測(cè)量的扭轉(zhuǎn)角度)后，扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；之后控制系統(tǒng)給出指令使扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而使第二楔形夾具緩慢反轉(zhuǎn)，以卸除金屬線材上的扭矩，當(dāng)金屬線材上的扭矩完全卸除后卸下金屬線材。
[0018]所述步驟3)中，卸下硬化后的金屬線材，其兩端的夾具夾緊部分并未充分硬化，可通過(guò)切割方式將該夾具夾緊的部分去掉。
[0019]有益效果:本發(fā)明的一種金屬線材強(qiáng)化裝置及其方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](1)可以一次性完成整根細(xì)長(zhǎng)金屬線材的扭轉(zhuǎn)冷作硬化，有效提高其強(qiáng)度，工作效率高，并保證金屬線材在強(qiáng)化后的力學(xué)性能具有非常好的一致性且不損傷金屬線材；
[0021](2)可對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)冷作硬化外，也能夠?qū)饘俨牧线M(jìn)行常規(guī)的拉伸冷作硬化，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸和扭轉(zhuǎn)冷作硬化功能；[0022](3)裝置采用臥式布置，夾具可大范圍移動(dòng)，對(duì)線材長(zhǎng)度的限制較小，可以對(duì)大部分金屬線材直接進(jìn)行冷作硬化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為存在明顯屈服階段的塑性材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；
[0024]圖2為不存在明顯屈服階段的塑性材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；
[0025]圖3為Q235鋼線材在不同程度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化(不同的單位長(zhǎng)度上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，即不同
[0026]的單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角)后的屈服極限和強(qiáng)度極限曲線圖；
[0027]圖4為本發(fā)明中裝置的俯視示意圖；
[0028]圖5為圖4的A-A剖面示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明中的裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。 [0031]如圖4至6所示，本發(fā)明的一種金屬線材強(qiáng)化裝置，包括用于夾緊金屬線材的夾具、用于對(duì)金屬線材進(jìn)行拉伸的拉伸伺服電機(jī)2和用于對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12，所述拉伸伺服電機(jī)2通過(guò)第一傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)第一橫梁4與第二橫梁10間的距離調(diào)整，并對(duì)金屬線材施加拉力或進(jìn)行拉伸冷作硬化，所述扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12通過(guò)第二傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)冷作硬化。
[0032]本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)裝置包括第一傳動(dòng)皮帶3、與第一傳動(dòng)皮帶3連接的第一傳動(dòng)輪16和絲杠5，絲杠5上安裝有第一橫梁4，絲杠5的一端與第一傳動(dòng)輪16通過(guò)鍵連接，絲杠5的另一端位于絲杠支座7上；第二傳動(dòng)裝置包括減速齒輪箱13、第二傳動(dòng)皮帶11和與第二傳動(dòng)皮帶11連接的第二傳動(dòng)輪17 ;所述第一傳動(dòng)帶輪16有兩個(gè)，兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪16通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶3同時(shí)與拉伸伺服電機(jī)2連接，絲杠5有兩個(gè)，每個(gè)絲杠5分別與一個(gè)第一傳動(dòng)帶輪16連接，拉伸伺服電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪16轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)兩個(gè)絲桿5同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證第一橫梁在絲杠5上前進(jìn)或后退。夾具包括用于分別夾緊金屬線材兩端的第一楔形夾具14和第二楔形夾具18,第一楔形夾具14安裝在第一橫梁4上，第二楔形夾具18安裝在第二橫梁10上，并且該第二楔形夾具18跟隨第二傳動(dòng)輪17動(dòng)作。第一楔形夾具14和第二楔形夾具18上分別設(shè)置有力傳感器15和角度傳感器9，第一橫梁4上設(shè)有位移傳感器23，力傳感器15、角度傳感器9及位移傳感器23分別通過(guò)導(dǎo)線19與控制系統(tǒng)21連接。拉伸伺服電機(jī)2和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12分別牢固固定安裝在支架I上，支架I固定在平地上，支架I上安裝有起支撐和導(dǎo)向作用的第一橫梁滑動(dòng)軌道。此外，還包括外罩22,外罩22將拉伸伺服電機(jī)2、扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12、絲杠5、第一楔形夾具14、第二楔形夾具18包覆。
[0033]一種基于上述金屬線材強(qiáng)化裝置的方法，包括以下步驟:
[0034]首先，調(diào)節(jié)夾具的位置，將金屬線材試樣安裝在試樣機(jī)上。
[0035]調(diào)節(jié)兩夾具距離的步驟為:啟動(dòng)拉伸伺服電機(jī)2，通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶3帶動(dòng)第一傳動(dòng)輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)輪16與絲杠5是通過(guò)鍵連接的，因此第一傳動(dòng)輪16的旋轉(zhuǎn)就相當(dāng)于是絲杠5的傳動(dòng)，絲杠5的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一橫梁4在水平方向往返移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)兩夾具之間的距離，當(dāng)兩夾具之間的距離與金屬線材長(zhǎng)度相匹配后將金屬線材安裝在夾具上。之后，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)或拉伸冷作硬化。以上步驟完成后切記蓋上外罩22，以免在強(qiáng)化加工過(guò)程中試樣斷裂等原因發(fā)生意外。
[0036]根據(jù)金屬材料所需的強(qiáng)化程度要求，將金屬線材的直徑d、屈服時(shí)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率臨界值k及強(qiáng)化目標(biāo)參數(shù)(單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角θ p)輸入控制系統(tǒng)，然后根據(jù)金屬線材的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)第一楔形夾具14和第二楔形夾具18之間的距離，并將金屬線材兩端可靠地裝夾在第一楔形夾具14和第二楔形夾具18中；啟動(dòng)拉伸伺服電機(jī)2帶動(dòng)絲杠5運(yùn)動(dòng)從而使金屬線材承受一定的拉力，為了保證金屬線材處于完全拉直的狀態(tài)且不能使金屬線材出現(xiàn)損傷(在屈服階段能夠滿(mǎn)足要求)，因此必須嚴(yán)格控制拉力的大小。絲杠5運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的拉力通過(guò)力傳感器15傳遞到控制系統(tǒng)21中，控制系統(tǒng)21根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并實(shí)時(shí)計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率1^，1^=((^+1-(^)/(^+1-^)，曲線如圖1、2所示。當(dāng)金屬線材進(jìn)入屈服階段后，力-位移曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率均會(huì)明顯變小(如圖1、圖2所示)。對(duì)金屬線材持續(xù)施加拉伸載荷，當(dāng)實(shí)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率k’ <k時(shí)，控制系統(tǒng)21判定金屬線材發(fā)生屈服，控制系統(tǒng)21發(fā)出指令使拉伸伺服電機(jī)2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)金屬線材被完全拉直，實(shí)現(xiàn)良好的同軸性。與此同時(shí),位移傳感器23將此時(shí)的位移數(shù)據(jù)(即去除夾持部分后金屬線材的長(zhǎng)度L)傳輸給控制系統(tǒng)21。
[0037]金屬線材完全拉直后，啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12，從而帶動(dòng)第二楔形夾具18轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始對(duì)金屬線材施加扭矩，當(dāng)達(dá)到控制系統(tǒng)21設(shè)定的單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角θρ(θρ=θ/1，θ為角度傳感器測(cè)量的扭轉(zhuǎn)角度)后，扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)扭轉(zhuǎn)冷作硬化完成，控制系統(tǒng)21控制扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)12，使其緩慢反轉(zhuǎn)，從而第二楔形夾具18緩慢反轉(zhuǎn)，以卸除金屬線材上的扭矩，當(dāng)金屬線材上的扭矩完全卸除后卸下金屬線材。
[0038]卸下硬化后的金屬線材其夾具兩端夾緊部分并未充分硬化，如果工程應(yīng)用對(duì)線材的端面硬度要求不高可以不做處理直接應(yīng)用，如果工程應(yīng)用中要求保證金屬線材的力學(xué)性能完全一致，則可通過(guò)切割或其他方式將夾具夾緊的部分去掉。
[0039]拉伸冷作硬化的工作過(guò)程為:拉伸伺服電機(jī)2通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶3與第一傳動(dòng)輪16連接,啟動(dòng)拉伸伺服電機(jī)2后,通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶3帶動(dòng)第一傳動(dòng)輪16轉(zhuǎn)動(dòng),第一傳動(dòng)輪16與絲杠5用鍵裝配在一起，因此第一傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)就相當(dāng)于絲杠5在旋轉(zhuǎn)，絲杠5旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一橫梁4就在絲杠5上移動(dòng)，第一橫梁4主要支撐第一橫梁滑動(dòng)軌道6上，這樣可以保證絲杠5受力較小從而不會(huì)發(fā)生較大的變形，在承受扭矩時(shí)也可以通過(guò)第一橫梁4傳遞到第一橫梁滑動(dòng)軌道6上，保證絲杠5不會(huì)受到扭矩而變形。第一橫梁4可以在絲杠6上往返移動(dòng)，這樣可以根據(jù)金屬線材的長(zhǎng)度調(diào)整兩個(gè)夾具之間的距離，安裝好金屬線材后通過(guò)第一橫梁4的移動(dòng)提供拉伸所需的力，整個(gè)過(guò)程中控制系統(tǒng)21對(duì)拉力的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0040]強(qiáng)化所需拉力根據(jù)強(qiáng)化程度確定，若金屬線材的直徑為d，屈服極限為σ s，拉伸強(qiáng)
度極限為Ob，則該力的最小值應(yīng)大于πd2σs/4，而小于πd2σb/4。
[0041]當(dāng)拉力達(dá)到目標(biāo)值后(且此拉力值必須在前述范圍之內(nèi))，控制系統(tǒng)21給出指令先使拉伸伺服電機(jī)2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后使拉伸伺服電機(jī)2反轉(zhuǎn)，以卸除金屬線材上的拉力，當(dāng)金屬線材上的拉力完全卸除后即可卸下金屬線材，拉伸冷作硬化結(jié)束。此外，鑒于金屬線材兩端被夾具夾緊的部分并未硬化，必要時(shí)可通過(guò)切割方式將被夾具夾緊的部分去除。
[0042]扭轉(zhuǎn)冷作硬化的工作過(guò)程如前所述，不再贅述。
[0043]經(jīng)過(guò)本發(fā)明的裝置和方法處理后的金屬線材，其各段的強(qiáng)度都較未扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化之前有一定幅度的提高，例如:通過(guò)對(duì)牌號(hào)為Q235的圓鋼線材進(jìn)行一系列不同單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角的扭轉(zhuǎn)冷作強(qiáng)化，得到如圖3所示的該鋼材的屈服極限和強(qiáng)度極限在不同程度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化(不同單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角)下的變化曲線；圖中的兩條虛線分別為Q235的圓鋼線材未經(jīng)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化時(shí)的拉伸屈服極限os (275MPa)和拉伸強(qiáng)度極限ob (440MPa)，標(biāo)識(shí)為σ Ts和σ Tb的兩條實(shí)線分別是不同單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角下試樣的拉伸屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度極限；從圖中可以看出隨著單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角的增大，強(qiáng)化程度不斷增加，試件的拉伸屈服極限和拉伸強(qiáng)度極限不斷提高，即試件的強(qiáng)度能得到有效提升。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:包括用于夾緊金屬線材的夾具、用于對(duì)金屬線材進(jìn)行拉伸的拉伸伺服電機(jī)(2)和用于對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)，所述拉伸伺服電機(jī)(2)通過(guò)第一傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材施加拉力或進(jìn)行拉伸冷作硬化，所述扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)通過(guò)第二傳動(dòng)裝置對(duì)金屬線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)冷作硬化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:所述第一傳動(dòng)裝置包括第一傳動(dòng)皮帶(3 )、與第一傳動(dòng)皮帶(3 )連接的第一傳動(dòng)輪(16 )和絲杠(5 )，所述絲杠(5 )上安裝有第一橫梁(4)，所述絲杠(5)的一端與第一傳動(dòng)輪(16)通過(guò)鍵連接，絲杠(5)的另一端位于絲杠支座(7)上；所述第二傳動(dòng)裝置包括減速齒輪箱(13)、第二傳動(dòng)皮帶(11)和與第二傳動(dòng)皮帶(11)連接的第二傳動(dòng)輪(17 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:所述第一傳動(dòng)帶輪(16)有兩個(gè)，兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪(16)通過(guò)第一傳動(dòng)皮帶(3)同時(shí)與拉伸伺服電機(jī)(2)連接，所述絲杠(5)有兩個(gè),每個(gè)絲杠(5)分別與一個(gè)第一傳動(dòng)帶輪(16)連接,拉伸伺服電機(jī)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)第一傳動(dòng)帶輪(16)轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)兩個(gè)絲桿(5)同步轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)第一橫梁在絲杠(5)上前進(jìn)或后退。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:所述夾具包括用于分別夾緊金屬線材兩端的第一楔形夾具(14)和第二楔形夾具(18)，第一楔形夾具(14)安裝在第一橫梁(4)上，第二楔形夾具(18)安裝在第二橫梁(10)上，并且該第二楔形夾具(18)跟隨第二傳動(dòng)輪(17)動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:所述第一楔形夾具(14)和第二楔形夾具(18)上分別設(shè)置有力傳感器(15)和角度傳感器(9)，第一橫梁(4)上設(shè)置有位移傳感器(23)，所述力傳感器(15)、角度傳感器(9)和位移傳感器(23)分別通過(guò)導(dǎo)線(19)與控制系統(tǒng)(21)連接，導(dǎo)線(19)與控制系統(tǒng)(21)之間連有運(yùn)動(dòng)控制卡(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:所述拉伸伺服電機(jī)(2)和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)分別安裝在支架(1)上，支架(1)上安裝有起支撐和導(dǎo)向作用的第一橫梁滑動(dòng)軌道(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬線材強(qiáng)化裝置，其特征在于:還包括外罩(22)，所述外罩(22)將拉伸伺服電機(jī)(2)、扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)、絲杠(5)、第一楔形夾具(14)、第二楔形夾具(18)包覆。
8.一種基于權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的金屬線材強(qiáng)化裝置的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)根據(jù)金屬材料所需的強(qiáng)化程度要求，將金屬線材的直徑、屈服時(shí)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率臨界值k及強(qiáng)化目標(biāo)參數(shù)輸入控制系統(tǒng)(21 )，然后根據(jù)金屬線材的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)第一楔形夾具(14)和第二楔形夾具(18)之間的距離，并將金屬線兩端可靠地裝夾在第一楔形夾具(14)和第二楔形夾具(18)中； 2)啟動(dòng)拉伸伺服電機(jī)(2)帶動(dòng)絲杠(5)運(yùn)動(dòng)從而使金屬線材承受一定的拉力，該拉力通過(guò)力傳感器(15)傳遞到控制系統(tǒng)(21)中，控制系統(tǒng)(21)根據(jù)采集的力和位移數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并實(shí)時(shí)計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率k’，當(dāng)金屬線材進(jìn)入屈服階段后，力-位移曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率均會(huì)明顯變?。粚?duì)金屬線材持續(xù)施加拉伸載荷，當(dāng)實(shí)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率k’ <k時(shí)，控制系統(tǒng)(21)判定金屬線材發(fā)生屈服，控制系統(tǒng)(21)發(fā)出指令使拉伸伺服電機(jī)(2)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)金屬線材被完全拉直，實(shí)現(xiàn)良好的同軸性；與此同時(shí)，位移傳感器(23)將此時(shí)的位移數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)(21)； 3)啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)，開(kāi)始對(duì)金屬線材施加扭矩，當(dāng)達(dá)到控制系統(tǒng)(21)設(shè)定的單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角后，扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；之后控制系統(tǒng)(21)給出指令使扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)(12)反轉(zhuǎn)，從而使第二楔形夾具(18)緩慢反轉(zhuǎn)，以卸除金屬線材上的扭矩，當(dāng)金屬線材上的扭矩完全卸除后卸下金屬線材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，卸下硬化后的金屬線材，其兩端的夾具夾緊部分并未充分硬化，可通過(guò)切割方式將該夾具夾緊的部分去掉。
【文檔編號(hào)】C21D7/02GK103898298SQ201410123600
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】沈超明, 田阿利, 葉仁傳, 呂瑋慶 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)