CN101738353A - 一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，包括电器控制部分、丝杠传动部分、机械传动部分和铝片夹具部分。通过丝杠传动部分中的左右旋滚珠丝杠转动，使两端夹紧的试样左右两侧同时向外进行拉伸，在拉伸进行时拉伸力能够达到十分平稳均匀；利用步进电机精确的步距转角，可以控制拉伸尺寸于微米级，因此可以根据实验的需要精确实现不同百分量变形度的拉伸；与此同时安装的位移测距尺与夹具工作台相连，能够非常精确地测量和显示出拉伸距离，准确地反映试样经拉伸以后产生的变形量，从而提高了实验的成功率。

Description

一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机

技术领域

本发明涉及实验专用拉伸机领域，特别是涉及一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机。

背景技术

根据国家教委教学大纲要求，在高校工科专业中，尤其在材料加工工程专业或者机械工程专业本科生实验教学中，每位本科学生都要进行一项“金属塑性变形与再结晶实验”。针对材料厚度在一毫米以下的纯铝薄片进行“金属塑性变形与再结晶”性能测试的实验，所使用的一种专用拉伸机，主要对铝片进行不同变形度的拉伸，拉伸以后通过退火与酸洗处理以后，可以明显地观察到再结晶的宏观组织形态。从实验可知，在拉伸变形过程中对铝片试样变形量精度要求很高，拉伸过程中必须匀速，才能令拉伸效果满意，实验的结果人为因素影响比较大，长期以来此类的实验教学效果一直不甚理想。

在现有的实验教学过程中，一些高校一般都是使用非标的自制右旋拉伸机，这种铝片变形度拉伸机由于在拉伸时变形量控制精度低，而且变形量的重复性较差，单端的拉伸还会导致再结晶两端不均匀，不能严格按照实验教学要求实现精确的变形与拉伸；因为拉伸时的变形量和速度控制较难，所以产生变形量的误差较大，更不能完全实现实验目的所述的金属塑性变形与再结晶的理论规律，实验效果不理想，无法实现“理论结合实际、理论指导实际”的教学目标与要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，可以十分客观地满足现在的教学实验要求，能够很好地反映实验结果，并且佐证铝片“塑性变形与再结晶”的经典理论。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，包括电器控制部分、丝杠传动部分、机械传动部分和铝片夹具部分，所述的丝杠传动部分包括步进电机、弹性联轴器、轴承座、左右旋滚珠丝杠、滚珠丝杠左旋预压螺母、滚珠丝杠右旋预压螺母和支承座轴承，其中，所述的左右旋滚珠丝杠上装有所述的滚珠丝杠左旋预压螺母和滚珠丝杆右旋预压螺母，所述的左右旋滚珠丝杠左右两端各有一个所述的轴承座，所述的轴承座内有支承座轴承，所述的步进电机的主轴通过弹性联轴器与所述的左右旋滚珠丝杠连接；所述的步进电机分别与电器控制部分的步进电机控制器和步进电机细分器连接；所述的机械传动部分包括位移测距尺、连接紧固件、机械传动基座、精密直线导轨、夹具工作台和步进电机支架，其中，所述的位移测距尺的伸出杆通过所述的连接紧固件与所述的夹具工作台相连，所述的夹具工作台与所述的精密直线导轨上的滑块相连，所述的精密直线导轨与所述的机械传动基座相连，所述的步进电机支架与所述的机械传动基座相连；所述的机械传动基座置于所述的电器控制部分的电器控制盒上；所述的步进电机支架与所述的步进电机相连；所述的夹具工作台与所述的预压螺母相连；所述的夹具工作台上安装所述的铝片夹具部分的夹具本体。

所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机的机械传动部分还包括手动旋转手轮和止转组件，其中，所述的手动旋转手轮安装在所述的左右旋滚珠丝杆的一端；所述的止转组件安装在所述的左右旋滚珠丝杆上，并位于所述的手动旋转手轮和轴承座之间。

所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机的位移测距尺与传感器相连，所述的传感器与所述的电器控制部分的位移显示数码器相连。

所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机的夹具本体上安装夹紧机构组件手柄；所述的夹具本体中装有工件左夹紧楔块和工件右夹紧楔块。

所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机的机械传动部分通过电器控制部分的连接定位销与所述的电器控制盒连接定位；所述的连接定位销在所述的电器控制盒的上表面。

所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机的夹具工作台通过螺栓与所述的精密直线导轨上滑块连接；所述的精密直线导轨通过螺栓与所述的机械传动基座连接；所述的步进电机通过螺栓与所述的步进电机支架连接；所述的步进电机支架通过螺栓与所述的机械传动基座连接；所述的夹具本体通过螺栓与所述的夹具工作台连接。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：1、在金属塑性变形再结晶实验过程中，变形度控制方面能够得到精确的控制，尤其在铝片试样变形度临界点时，能够十分有效地得到超微量控制；2、可以培养在校本科生的PLC编程能力；3、在实验的整个过程中，能够显现出动态数据和静态数据；4、铝片试样的装夹也非常便捷；5、实验数据与理论数据十分吻合；6、试样经两端同时外拉，再结晶均匀度好；7、实验结果的数据重复性好。

综上所述，本发明充分利用步进电机精确的步距转角，可以控制拉伸尺寸于微米级；通过高精度的左右旋丝杠转动，使两端夹紧的试样左右两侧同时向外进行拉伸，在拉伸进行时拉伸力能够达到十分平稳均匀；与此同时安装的位移测距尺与夹具工作台相连，能够非常精确地测量和显示出拉伸距离，准确地反映试样经拉伸以后产生的变形量，从而提高了实验的成功率。采用本发明获得的铝片试样，经过再结晶退火处理、拉伸以后经酸液腐蚀，由于变形量与变形过程中控制十分精确，试样铝片再结晶宏观组织一览无余，清晰可见不同变形量条件下的试样品粒，大小差异也相当明显，理论中的规律被实验有效地得到佐证，大大提升了实验结果的可靠性，试样铝片在变形度过程中的拉伸效果得到师生们的满意。

附图说明

图1是本发明的外形图；

图2是本发明的零件***图；

图3是本发明的电器控制部分图；

图4是本发明的丝杠传动部分图；

图5是本发明的机械传动部分图；

图6是本发明的铝片夹具部分图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下面结合附图对本发明进行进一步地说明。

如图1所示，从图中可以知道本发明设计体积小巧，结构紧凑，外型美观，操作简便，无需占用很大的空间，操作与显示部位都十分方便与明了，在普通实验台上可以同时放置10～15台，也同时可以使10～15人进行实验操作。

图2所示的是本发明的零件***图，从图中可知拉伸机的零件简少，设计合理，组件紧凑，可靠性强。

如图3所示的是本发明的电器控制盒5，盒内主要有：步进电机控制器1、步进电机细分器及其按钮组2、在步进电机控制器1的面板上可以完成控制、编程，调整步进电机10的参数，从而可以方便地对拉伸机有效地进行微量控制和操作；在拉伸机进行拉伸时，位移显示数码器3可以十分明现地显示动态与静态铝片拉伸的参数和拉伸的速度；电源开关按钮4和电源插座6给整台设备提供动力保证；电器控制盒5与机械传动部分的连接定位销7是作为与整台拉伸机中电与机的连接，机械传动部分靠自重置于电器控制盒5上，只要给予定位就可以保证拉伸机进行正常工作；非工作状态由停止工作指示灯8显示，工作状态则由正常工作指示灯9显示。

如图4所示，步进电机10受步进电机控制器1和步进电机细分器控制，当启动预先设置的控制程序时，步进电机控制器1发出信号以后，步进电机10开始工作，步进电机10的主轴传动于弹性联轴器11带动左右旋滚珠丝杠13的转动，从而带动滚珠丝杠左旋预压螺母14和滚珠丝杠右旋预压螺母15进行同步移动，左右旋滚珠丝杠13两端的轴承座12内有支承座轴承16，可以保证左右旋滚珠丝杠13两端能够非常灵活地转动，其中左右旋滚珠丝杠为高精度左右旋滚珠丝杠。

如图5所示，机械传动部分中通过滚珠丝杠左旋预压螺母14和滚珠丝杠右旋预压螺母15的移动可以带动夹具工作台23的移动，夹具工作台23的移动使位移测距尺17的伸出杆进行移动，伸出杆与夹具工作台23之间通过连接紧固件18进行连接，位移测距尺17的伸出杆的移动，通过传感器在位移显示数码器3上得到明显的反映，可以方便地得知动态移动情况；在机械传动结构中，一对夹具工作台23位于两副精密直线导轨20的滑块上，它们之间用螺栓进行连接，精密直线导轨20置于机械传动基座19上，它们之间也是用螺栓进行连接；机械传动部分中有手动旋转手轮21，其安装在左右旋滚珠丝杠一端，可以在特殊情况下备用，如在非用电情况下或非编程状态下，可以使用手轮进行操作；当铝片试样28被拉伸机拉伸到某一个设定的位置以后进行手工测量时，为了固定它的相对位置，可以很容易地紧固左右旋滚珠丝杠13上的止转组件22，这样就可以用最简单的手段很方便地精确测量铝片的延伸量，其中，止转组件22位于手动旋转手轮21和轴承座12之间；为了保证步进电机10的转动稳定性，步进电机10通过螺栓与步进电机支架24进行连接，步进电机支架24通过螺栓与机械传动基座19相连。

如图6所示、按照实验规定裁制获得的铝片试样28，置于夹具本体29中的工件左夹紧楔块25和工件右夹紧楔块26中间，必须置放成水平，通过夹具本体29上的夹紧机构组件手柄27能很方便地移动和夹持，使铝片试样非常便捷地夹紧和松开，夹持力能够达到实验的需要，夹具本体29与夹具工作台23是用螺栓进行连接。

不难发现，本发明在实验中能够十分方便地夹持铝片试样，夹持力适中；步进电机与步进电机控制器和细分器组合以后，可以根据实验的需要精确实现不同百分量变形度的拉伸，而且是同时向左右两侧进行拉伸，体现了左右旋滚珠丝杠的作用，拉伸过程平稳，拉伸力均匀；尤其是铝片临界变形度阶段的微量变形拉伸，是其它拉伸机难以实现的；本发明可以十分精确地使试样达到理论再结晶的状态，在实验中学生不但能够理论结合实际进行自己动手实验，而且进行拉伸实验以后的试样经观察，完全佐证了理论上关于“金属塑性变形后再结晶”现象的观点；为了设定试样各种变形度，同学们还学会了用PLC简单的编程和控制理论来进行设定，不同变形度的拉伸后的数据连成的曲线，完美地展现在同学们眼前，本发明在实验教学中效果十分明显，编程以后的操作十分简单，基本上达到自动化，拉伸机安全可靠，数值显示使操作者更一目了然。本发明使机械与电子技术进行有机地结合，机电一体化的教学模式在实验中又一次得到实践，学生对机电的认知又一次得到锻炼和升华。

本发明克服了原来一种纯机械单旋丝杠拉伸机使用中的许多不足和不准确之处，高精度、重复性好、控制准确便捷的左右旋拉伸机大大提高了实验教学质量，特别是填补了市场上此类教学设备的空白，深得老师和学生们的欢迎。

Claims (6)

1.一种金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，包括电器控制部分、丝杠传动部分、机械传动部分和铝片夹具部分，其特征在于，所述的丝杠传动部分包括步进电机(10)、弹性联轴器(11)、轴承座(12)、左右旋滚珠丝杠(13)、滚珠丝杠左旋预压螺母(14)、滚珠丝杠右旋预压螺母(15)和支承座轴承(16)，其中，所述的左右旋滚珠丝杠(13)上装有所述的滚珠丝杠左旋预压螺母(14)和滚珠丝杆右旋预压螺母(15)，所述的左右旋滚珠丝杠(13)左右两端各有一个所述的轴承座(12)，所述的轴承座(12)内有支承座轴承(16)，所述的步进电机(10)的主轴通过弹性联轴器(11)与所述的左右旋滚珠丝杠(13)连接；所述的步进电机(10)分别与电器控制部分的步进电机控制器(1)和步进电机细分器连接；所述的机械传动部分包括位移测距尺(17)、连接紧固件(18)、机械传动基座(19)、精密直线导轨(20)、夹具工作台(23)和步进电机支架(24)，其中，所述的位移测距尺(17)的伸出杆通过所述的连接紧固件(18)与所述的夹具工作台(23)相连，所述的夹具工作台(23)与所述的精密直线导轨(20)上的滑块相连，所述的精密直线导轨(20)与所述的机械传动基座(19)相连，所述的步进电机支架(24)与所述的机械传动基座(19)相连；所述的机械传动基座(19)置于所述的电器控制部分的电器控制盒(5)上；所述的步进电机支架(24)与所述的步进电机(10)相连；所述的夹具工作台(23)与所述的预压螺母相连；所述的夹具工作台(23)上安装所述的铝片夹具部分的夹具本体(29)。

2.根据权利要求1所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，其特征在于，所述的机械传动部分还包括手动旋转手轮(21)和止转组件(22)，其中，所述的手动旋转手轮(21)安装在所述的左右旋滚珠丝杆(13)的一端；所述的止转组件(22)安装在所述的左右旋滚珠丝杆(13)上，并位于所述的手动旋转手轮(21)和轴承座(12)之间。

3.根据权利要求1所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，其特征在于，所述的位移测距尺(17)与传感器相连，所述的传感器与所述的电器控制部分的位移显示数码器(3)相连。

4.根据权利要求1所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，其特征在于，所述的夹具本体(29)上安装夹紧机构组件手柄(27)；所述的夹具本体(29)中装有工件左夹紧楔块(25)和工件右夹紧楔块(26)。

5.根据权利要求1所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，其特征在于，所述的机械传动部分通过电器控制部分的连接定位销(7)与所述的电器控制盒(5)连接定位；所述的连接定位销(7)在所述的电器控制盒(5)的上表面。

6.根据权利要求1所述的金属塑性变形与再结晶实验专用左右旋丝杠拉伸机，其特征在于，所述的夹具工作台(23)通过螺栓与所述的精密直线导轨(20)上滑块连接；所述的精密直线导轨(20)通过螺栓与所述的机械传动基座(19)连接；所述的步进电机(10)通过螺栓与所述的步进电机支架(24)连接；所述的步进电机支架(24)通过螺栓与所述的机械传动基座(19)连接；所述的夹具本体(29)通过螺栓与所述的夹具工作台(23)连接。

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