一种钛合金盘圆丝材的喷涂设备的制作方法

文档序号：17317898发布日期：2019-04-05 21:22阅读：223来源：国知局

本实用新型涉及钛合金棒丝材的表面涂敷技术领域，具体涉及一种钛合金盘圆丝材的喷涂设备。

背景技术：

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强、工作温度范围宽、无磁性、生物相容性好以及与复合材料相近的电位、形状记忆效应、超低温性能、焊接性能良好等特殊功能，成为了航空航天、生物医学、石油化工、汽车能源和建筑机械等高科技领域的关键材料，进入二十一世纪以来，钛合金已经得到了迅速的发展，日常生活中已经随处可见，如医疗器械、高尔夫球头、炊具和眼镜架等。在航空及军事领域更是飞速发展，逐渐取代钢铁和铝合金等材料，最先在军进的飞机中大量使用，在商业运输机上也得到了应用，如飞机F-22、V-22、黑鹰UH-60A、F35、F117、SU35、Cy-27CK战斗机、波音777等关键部位都大量使用了钛及钛合金材料。钛合金作为一种重要的结构材料可以制造紧固件，钛合金紧固件对飞机和航天器有明显的减重成效，在现代先进飞机制造中，一架大型飞机所用的紧固件约十几万件，尤其是钛合金螺纹紧固件用量最大。钛合金紧固件已成为现今最重要的“航空航天紧固件”品种，这些都将使高性能钛合金紧固件需求量大幅增加，有巨大的经济和应用前景。

目前，制造钛合金紧固件的原材料为棒材或者丝材，这些都为形变的钛合金，然而由于由钛合金紧固件技术发展较晚，大部分钛及钛合金紧固件基本上依赖进口，而且国内工业生产中为直棒料，生产效率低，能源消耗大，生产成本高，随着国内飞机需要以及国产化要求，钛合金盘圆丝材逐渐被研发，能明显提高紧固件的生产效率，然而在后续加工过程中，钛合金盘圆丝材表面需要涂层起到润滑及减磨作用，目前，如何使得盘圆丝材表面具有一层均匀润滑涂层是国内技术的瓶颈。由于钛合金丝材的回弹较大，丝材的直度会影响表面涂层的均匀性，同时，由于钛合金导热性能较差，表面质量以及表面温度等也会影响涂层的质量，总之，目前国内还没有完善的设备去实现钛合金盘圆丝材表面固体润滑涂层。

技术实现要素：

针对目前钛合金盘圆丝材表面涂敷的空白及现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种钛合金盘圆丝材的喷涂设备，本实用新型设备能够形成具有开盘、矫直、烘干、预弯、喷涂以及收盘的连续作业，能解决钛合金盘圆丝材涂敷的工作，并提高其工业化生产效率。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种钛合金盘圆丝材的喷涂设备，该设备包括开盘机构、水平面矫直机构、垂直面矫直机构、加热机构、预弯机构、喷涂机构及收线机构七部分，该设备具体结构如下：

开盘机构：用于钛合金盘圆丝材的开盘；

水平面矫直机构和垂直面矫直机构：经过开盘机构进行开盘后的丝材，依次通过水平面矫直机构和垂直面矫直机构，得到直棒状丝材；

加热机构：直棒状丝材通过加热机构升温至所需温度；

预弯机构：直棒状丝材经过加热机构加温后，进入预弯机构，通过预弯机构将平走丝线预弯到一定角度，之后将丝线送入喷涂机构；

喷涂机构：对丝材进行涂敷处理；

收盘机构：带有涂层的预弯丝材在收盘机构上进行盘圆。

所述开盘机构包括支撑架Ⅰ、旋转台Ⅰ和底座支架Ⅰ，其中：所述盘圆丝材通过支撑架Ⅰ固定在旋转台上，旋转台由底座支架Ⅰ支撑；所述旋转台Ⅰ上配有支撑架卡槽以及相应锁紧装置，支撑架Ⅰ能够在旋转台Ⅰ上径向移动，从而固定及控制钛合金丝材的盘圆直径。

所述收盘机构包括支撑架Ⅱ、旋转台Ⅱ和底座支架Ⅱ，其中：所述盘圆丝材通过支撑架Ⅱ固定在旋转台Ⅱ上，旋转台Ⅱ由底座支架Ⅱ支撑；所述旋转台Ⅱ上配有支撑架卡槽以及相应锁紧装置，支撑架Ⅱ能够在旋转台上径向移动，从而固定及控制钛合金丝材的盘圆直径；所述收盘机构上的旋转台Ⅱ与联轴器相连接，由牵引驱动装置通过联轴器为旋转台Ⅱ提供旋转动力。

所述水平面矫直机构包括布置于水平矫直箱体表面上的压轮Ⅰ、牵引轮Ⅰ、张力调整装置Ⅰ、矫直从动轮Ⅰ、从动轮Ⅰ和调压手轮Ⅰ；所述压轮Ⅰ、牵引轮Ⅰ、矫直从动轮Ⅰ和从动轮Ⅰ为水平面放置；所述压轮Ⅰ为三个，矫直从动轮Ⅰ为四个，三个压轮Ⅰ布置于平行于丝材方向的同一水平直线上，四个矫直从动轮Ⅰ布置于平行于丝材方向的另一水平直线上，且每相邻两个矫直从动轮Ⅰ之间布置一个压轮Ⅰ；所述牵引轮Ⅰ与从动轮Ⅰ布置在同一位置且牵引轮Ⅰ与三个压轮Ⅰ在同一水平直线上；由牵引驱动装置通过齿轮传动为压轮Ⅰ和牵引轮Ⅰ提供动力；开盘后的丝材先由压轮Ⅰ和矫直从动轮Ⅰ之间经过，再经过牵引轮Ⅰ与矫直从动轮Ⅰ之间，然后进入垂直面矫直机构。

所述垂直面矫直机构包括布置于垂直矫直箱体侧表面上压轮Ⅱ、牵引轮Ⅱ和矫直从动轮Ⅱ，为垂直面放置；所述压轮Ⅱ为三个，矫直从动轮Ⅱ为两个，三个压轮Ⅱ布置于平行于丝材走向的同一水平直线上，两个矫直从动轮Ⅱ布置于平行于丝材方向的另一水平直线上，且每相邻两个压轮Ⅱ之间布置一个矫直从动轮Ⅱ(矫直从动轮Ⅱ位于压轮Ⅱ上方)；所述牵引轮Ⅱ与从动轮Ⅱ布置在同一位置且牵引轮Ⅱ与三个压轮Ⅱ在同一水平直线上；由牵引驱动装置通过链轮传动为牵引轮Ⅱ提供动力；经过水平面矫直机构后的丝材先由牵引轮Ⅱ与从动轮Ⅱ之间经过，再经过压轮Ⅱ和矫直从动轮Ⅱ之间，然后进入加热机构。

所述加热机构包括设置在加热箱体内的保温层、加热管、热风输送管、热源风机系统和电气温控系统；其中：所述保温层布置于加热管的管壁外周，所述热源风机系统通过热风输送管与加热管相连，通过电气温控系统控制加热温度；所述加热机构中，加热管的长度不小于2m，钛合金丝材经过垂直面矫直机构后进入加热管内进行加热。

所述预弯机构包括预弯箱体、牵引轮Ⅲ、从动轮Ⅲ和预弯从动轮Ⅲ；所述的牵引轮Ⅲ、从动轮Ⅲ和预弯从动轮Ⅲ为水平面放置；所述预弯机构包括至少1组同一位置设置的牵引轮Ⅲ和从动轮Ⅲ，由牵引驱动装置通过齿轮传动为牵引轮Ⅲ提供动力；所述预弯机构还包括至少1个带有张力调整装置Ⅲ的预弯从动轮Ⅲ。

所述喷涂机构包括气体压力喷枪、喷枪支架和储液压力罐；涂料由储液压力罐进入气体压力喷枪，由气体压力喷枪的喷枪口喷出；所述气体压力喷枪固定在喷枪支架上；所述气体压力喷枪为两个或三个，如为两个喷枪则相互呈180°相对放置，如为三个气体压力喷枪则相互成120°(呈放射状分布)放置，这样的放置方式以使喷涂区域覆盖整个丝材表面；所述喷涂机构还设有导向轮、排风装置、排风过滤装置、喷涂箱、底座支架Ⅲ和涂料回收装置，所述导向轮固定在喷枪支架上，喷枪支架上还连接导向管，丝材通过导向轮引导进行导向管内，导向管控制丝材在喷涂箱内的走向；丝材进入喷涂箱进行喷涂后，由喷涂箱内设置的丝材出口输出；喷涂箱的上方设有排风装置，喷涂箱内的气体通过排风过滤装置过滤后进入排风装置并排出；喷涂箱的下方设有涂料回收装置，用于对喷涂箱内剩余的涂料进行回收，喷涂箱底座支架Ⅲ进行支撑。

所述牵引驱动装置是由依次连接的电机、减速机和齿轮组成的传动系统，所述牵引驱动装置带动牵引轮或联轴器，以此来控制平走线的速率。

利用所述设备进行的钛合金盘圆丝材的喷涂方法，包括如下步骤：

(1)开盘：所述钛合金盘圆丝材固定在开盘机构上，并进行开盘；

(2)丝材矫直：盘后的丝材经依次经过水平面矫直机构和垂直面矫直机构，得到直棒状丝材；

(3)丝材预热：直棒料状态的平走丝(直棒状丝材)通过加热机构升温，通过配合平走线的速率，钛合金丝材表面加热温度控制在100-300℃之间；

(4)丝材预弯：直棒状样品(直棒状丝材)经过加热机构加温后，进入预弯机构，丝材的预弯角度为60°-90°，之后将丝线送入喷涂机构；

(5)丝材喷涂：对丝材进行涂敷处理；

(6)收盘：带有涂层的预弯丝材在收盘机构上进行盘圆。

本实用新型的优点及有效收益：

1、采用本实用新型设备进行钛合金盘圆丝材的喷涂，整体上看，该钛合金盘圆丝材的设备形成具有一个开盘、矫直、加热、喷涂及收盘的连续自动化作业生产，填补了国内钛合金盘圆丝材喷涂固体润滑涂层的空白，同时，使工业规模化可以进行，明显提高生产效率，以满足航空航天、军工等紧固件用棒丝材领域的需要。

2、本实用新型设备中的矫直系统采用多组的水平面和垂直面矫直，克服了钛合金的回弹较大，保证了平走线材的直度。

3、本实用新型设备中的收盘机构、矫直机构及预弯机构的电机牵引传动系统，可以保证整个设备丝材走线的速率，同时，配合加热烘干机构，得到预设的丝材表面温度。

4、本实用新型所述的采用多把气体压力喷枪喷涂，相对其他涂敷方式，该方式更容易控制涂层的厚度，能够得到的更好涂层黏附效果及涂层均匀性，避免了涂料的流挂及未涂敷的区域。

附图说明

图1为放线机构的主视图；

图2为放线机构的立体图；

图3为水平矫直系统的俯视图；

图4为垂直矫直系统的主视图；

图5为加热机构的主视图；

图6为预弯机构的俯视图；

图7为喷涂机构的主视图；

图8为收线机构的主视图；

图9为本实用新型喷涂设备整体结构示意图。

图中：1-放线机构，101-支撑架Ⅰ，102-盘圆丝材，103-旋转台Ⅰ，104-底座支架Ⅰ，2-水平面矫直机构，201-压轮Ⅰ，202-牵引轮Ⅰ，203-张力调整机构Ⅰ，204-矫直从动轮Ⅰ，205-调压手轮Ⅰ，206-从动轮Ⅰ，207-水平矫直箱体，3-垂直面矫真机构，301-牵引轮Ⅱ，302-从动轮Ⅱ，303-调压手轮Ⅱ，304-张力调整机构Ⅱ，305-矫直从动轮Ⅱ，306-压轮Ⅱ，307-垂直矫直箱体，4-加热机构，401-保温层，402-加热管，403-电气温控系统，404-热风输送管，405-热源风机系统，5-预弯机构，501-预弯箱体，502-牵引轮Ⅲ，503-从动轮Ⅲ，504-预弯从动轮，505-张力调整装置Ⅲ，506-张力调整轮，6-喷涂机构，601-喷枪支架，602-导向轮，603-喷枪口，604-排风装置，605-排风过滤装置，606-丝材出口，607-喷涂箱，608-底座支架Ⅲ，609-涂料回收装置，610-储液压力罐，7-收线机构，701-电机，702-联轴器，703-减速机，704-支撑架Ⅱ，705-旋转台Ⅱ，706-底座支架Ⅱ。

具体实施方式

参见图1-图9，本实用新型钛合金盘圆丝材的喷涂设备由7个部分组成，分别是：开盘机构、水平面矫直机构、垂直面矫直机构、加热机构、预弯机构、喷涂机构以及收线机构，对于一盘钛合金盘圆丝材，依次通过以上机构完成固体润滑涂层的涂敷。其中，有4个机构带有驱动牵引的电机，连接减速器和传动齿轮，分别带动图3中的牵引轮Ⅰ、图4中的牵引轮Ⅱ、图6中的牵引轮Ⅲ以及图8中的联轴器702，实施钛合金盘圆丝材喷涂时候调节4个电机转速一致，来保证整个平走线的速率。该设备的具体结构如下：

该设备各部分的功能及具体结构如下：

一、开盘机构：用于钛合金盘圆丝材的开盘，其结构如图1-2所示；所述开盘机构1包括支撑架Ⅰ101、旋转台Ⅰ103和底座支架Ⅰ104，其中：所述盘圆丝材102通过支撑架Ⅰ101固定在旋转台103上，本实用新型中优选为四个沿盘圆丝材的内圆圆周方向均匀排布的支撑架，旋转台由底座支架Ⅰ支撑；所述旋转台Ⅰ上配有支撑架卡槽以及相应锁紧装置，四个支撑架Ⅰ置于支撑架卡槽后，由锁紧装置固定在旋转台Ⅰ上，实现对钛合金盘圆丝材的固定。支撑架Ⅰ能够在旋转台Ⅰ上径向移动(通过支撑架Ⅰ在支撑架卡槽内径向移动实现)，从而控制钛合金丝材的盘圆直径。盘圆直径的内圆直径控制在1.2m-1.5m之间。

二、水平面矫直机构：经过开盘机构进行开盘后的丝材，依次通过水平面矫直机构2和垂直面矫直机构3，得到直棒状丝材(平走丝)；如图3所示，所述水平面矫直机构包括布置于水平矫直箱体(底座)207表面上的压轮Ⅰ201、牵引轮Ⅰ202、张力调整装置Ⅰ203、矫直从动轮Ⅰ204、从动轮Ⅰ206和调压手轮Ⅰ205；所述压轮Ⅰ、牵引轮Ⅰ、矫直从动轮Ⅰ和从动轮Ⅰ为水平面放置；所述压轮Ⅰ为三个，矫直从动轮Ⅰ为四个，三个压轮Ⅰ布置于平行于丝材方向的同一水平直线上，四个矫直从动轮Ⅰ布置于平行于丝材方向的另一水平直线上，且每相邻两个矫直从动轮Ⅰ之间布置一个压轮Ⅰ；所述牵引轮Ⅰ与从动轮Ⅰ布置在同一位置且牵引轮Ⅰ与三个压轮Ⅰ在同一水平直线上；由牵引驱动装置通过齿轮传动为牵引轮Ⅰ提供动力；水平面矫直机构采用齿轮传动，保证了水平面的直度。开盘后的丝材先由压轮Ⅰ和矫直从动轮Ⅰ之间经过，再经过牵引轮Ⅰ与矫直从动轮Ⅰ之间，然后进入垂直面矫直机构。所述水平面矫直机构还包括用于控制丝材张力的张力调整装置Ⅰ和调压手轮Ⅰ。

三、垂直面矫直机构：

如图4所示，所述垂直面矫直机构包括布置于垂直矫直箱体(底座)307侧表面上压轮Ⅱ306、牵引轮Ⅱ301和矫直从动轮Ⅱ305，均布置于垂直面上；所述压轮Ⅱ为三个，矫直从动轮Ⅱ为两个，三个压轮Ⅱ布置于平行于丝材走向的同一水平直线上，两个矫直从动轮Ⅱ布置于平行于丝材方向的另一水平直线上，且每相邻两个压轮Ⅱ之间布置一个矫直从动轮Ⅱ(矫直从动轮Ⅱ位于压轮Ⅱ上方)；所述牵引轮Ⅱ与从动轮Ⅱ布置在同一位置且牵引轮Ⅱ与三个压轮Ⅱ在同一水平直线上；由牵引驱动装置通过链轮传动为牵引轮Ⅱ提供动力；经过水平面矫直机构后的丝材先由牵引轮Ⅱ与从动轮Ⅱ之间经过，再经过压轮Ⅱ和矫直从动轮Ⅱ之间，然后进入加热机构。垂直面矫直机构采用链轮传动，整体上，盘圆丝材通过2个面矫直来保证平走线的直度。所述垂直面矫直机构还包括用于控制丝材张力的张力调整装置Ⅱ和调压手轮Ⅱ303。对于配合压轮Ⅱ以及牵引轮Ⅱ的从动轮Ⅱ和矫直从动轮Ⅱ，都配有张力调整装置Ⅱ304。

四：加热机构：直棒料状态的平走丝(直棒状丝材)通过加热机构4升温至所需温度；如图5所示，所述加热机构包括设置在加热箱体内的保温层401、加热管402、热风输送管404、热源风机系统405和电气温控系统403；其中：所述保温层布置于加热管的管壁外周，所述热源风机系统通过热风输送管与加热管相连，通过电气温控系统控制加热温度；所述加热机构中，需配合控制平走线的速率以及控制电气控温系统，来控制钛合金平走丝的表面温度，为了保证温度的均匀性，加热管的长度不小于2m，避免钛合金由于导热性差，丝材表面温度波动，同时配备的热源风机系统，最大化的保证丝材表面的温度及清洁度，经过加热机构后丝材表面温度约200℃。钛合金丝材经过垂直面矫直机构后进入加热管内进行加热。

五：预弯机构：直棒状样品(直棒状丝材)经过加热机构加温后，带有温度的平走丝线(直棒状丝材)进入预弯机构5，通过预弯机构将平走丝线卷径定型并提供驱动力，之后将丝线送入喷涂机构6；如图6所示，所述预弯机构包括预弯箱体501、牵引轮Ⅲ502、从动轮Ⅲ503和预弯从动轮Ⅲ504；所述的牵引轮Ⅲ、从动轮Ⅲ和预弯从动轮Ⅲ为水平面放置；所述预弯机构包括至少1组同位置设置的牵引轮Ⅲ和从动轮Ⅲ，由牵引驱动装置通过齿轮传动为牵引轮Ⅲ提供动力；所述预弯机构还包括至少1个带有张力调整装置Ⅲ505的预弯从动轮Ⅲ，能使丝材的预弯角度为60°-90°。所述预弯机构还包括用于控制丝材的张力调整装置Ⅲ和张力调整轮506。

六、喷涂机构：对丝材进行涂敷处理；如图7所示，所述喷涂机构包括气体压力喷枪、喷枪支架601和储液压力罐610；涂料由储液压力罐进入气体压力喷枪，由气体压力喷枪的喷枪口603喷出；所述气体压力喷枪固定在喷枪支架上；所述气体压力喷枪为两个或三个(相应的有两个或三个喷枪口)，如为两个喷枪则两个喷枪口相互呈180°相对放置，如为三个气体压力喷枪则三个喷枪口相互成120°(呈放射状分布)放置，这样的放置方式以使喷涂区域覆盖整个丝材表面；所述喷涂机构还设有导向轮602、排风装置604、排风过滤装置605、喷涂箱607、底座支架Ⅲ608和涂料回收装置609，所述导向轮固定在喷枪支架上，喷枪支架上还连接导向管，丝材通过导向轮引导进行导向管内，导向管控制丝材在喷涂箱内的走向；丝材进入喷涂箱进行喷涂后，由喷涂箱内设置的丝材出口606输出；喷涂箱的上方设有排风装置，喷涂箱内的气体通过排风过滤装置过滤后进入排风装置并排出；喷涂箱的下方设有涂料回收装置，用于对喷涂箱内剩余的涂料进行回收，喷涂箱底座支架Ⅲ进行支撑。排风装置及涂料回收装置的设置，能起到安全防护、环保以及节约能源回收利用的作用。

七、收盘机构：带有涂层的预弯丝材在收盘机构7上进行盘圆；如图8所示，所述收盘机构包括支撑架Ⅱ704、旋转台Ⅱ705和底座支架Ⅱ706，其中：所述盘圆丝材102通过支撑架Ⅱ固定在旋转台Ⅱ上，旋转台Ⅱ由底座支架Ⅱ支撑；所述旋转台Ⅱ上配有支撑架卡槽以及相应锁紧装置，支撑架Ⅱ能够在旋转台上径向移动，从而固定及控制钛合金丝材的盘圆直径；所述收盘机构上的旋转台Ⅱ与联轴器702相连接，由牵引驱动装置通过联轴器为旋转台Ⅱ提供旋转动力。

以上水平面矫直机构、垂直面矫直机构、预弯机构和收盘机构中的牵引驱动装置是由依次连接的电机701、减速机703和齿轮组成的传动系统，所述牵引驱动装置带动各机构中的牵引轮或联轴器，以此来控制平走线的速率。收盘机构和放盘机构尺寸一样，但是配备了电机和减速机带动的旋转台，能够自动实现机械化自动收盘。