专利名称：卡盘成型纸制笔杆的新用途的制作方法
技术领域：
本发明属于机床附件和文具用晶技术领域。
背景技术：
卡盘的专用性很强，主要用于机械加工行业，是机床的附件之一。卡盘装于机床上，它本身不对工件进行加工，要配合加工工具对工件加工。加工时卡盘将工件准确牢固地卡住，不使工件在加工过程中打滑或移位，是使工件稳定定位的用具。其用途非常单一，除在机械加工领域起到使工件稳定定位的作用外，几乎别无它用。卡盘按驱动动力不同，可分为手动卡盘和动力卡盘，其中包括普通形式，契套式，杠杆式等多种形式。在金属和非金属工程材料的机械加工中普遍使用。
而另一方面，纸杆笔自八十年代出现以来，笔杆外形一直没有突破圆柱形笔杆的单一性。因为其制作工艺的特殊性，纸杆笔一般是搓卷成型，所以制成的笔杆是圆柱形。
中国专利ZL99206883公开了一种纸杆笔成型机的方案。其笔杆的形状是通过模具切削而成。由于纸杆笔都是经层层卷制而成，在切削后纸皮脱落，起毛，不能确保成型。
专利号95111252的一种纸塑复合的铅笔杆及其制作方法公布了一种成型多棱柱形笔杆的方案，是将铁芯卷入纸筒中，将纸筒放入模具内，将模具置于液压机工作台上，在加热加压的状态下成型纸杆，将固化成型的纸杆抽去铁芯，装入铅芯。这种模压成型的方法并不适合纸杆成型，因为层层卷紧的纸杆可塑性有限，不能还原模具形状，特别是角度形状，而且模具作用纸杆上的是单一方向的垂直作用力，模具作用于纸杆各棱面上的力的方向，不是都沿纸杆径向。所以上述方法成型的六棱柱形纸杆其各棱角角度，各棱边不均匀，不对称，不是正六棱柱形，远不能达到木杆笔的效果。如果用此方法成型三棱柱形或五棱柱形笔杆，不但有上述缺陷而且笔芯偏心。这种方法工序繁多，可操作性差，不易实现自动化连续生产。
长期一来，纸杆笔行业都在寻找适合纸杆成型的方法，而事实是至今没有多棱柱形纸制笔杆出现。纸杆笔不用木材，节约资源，是制笔行业发展的趋势，应该大力推广。事实上经过多年努力，纸制笔的生产已形成一定规模，但是要真正取代木杆笔还有很多需要改进的地方，特别在外观方面，木杆笔有圆柱形外还有三棱柱形，六棱柱形等，多棱柱形笔杆不但具有美感，而且具有防止滚动的实用性。而目前纸杆笔只能做成圆柱形，这种尴尬的局面严重滞约了纸杆笔的推广，迫切需要笔杆外形品种的多样性，使纸杆笔具有木杆笔同样的外观和实用性。而卡盘成型纸制笔杆的方法使这种愿望变成了现实。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是开辟卡盘的一种新用途，打破卡盘只用于机床上稳定定位和不能单独使用的局限性。拓展卡盘应用领域，充分利用卡盘使其用于解决纸杆笔外形单一的难题，提供一种适合于纸制笔杆成型的简单实用方法，把圆柱形笔杆成型为(或部分笔杆成型为)椭圆或正多棱柱形，增强纸杆笔市场竟争力。
为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是利用卡盘把纸制圆柱形笔杆成型为椭圆或正多棱柱形的笔杆，首先卷制圆柱形笔杆；将圆柱形笔杆置于卡盘卡爪挤压面之间；使各卡爪沿笔杆径向同步移动并挤压笔杆，笔杆受挤压变形为椭圆或正多棱柱形；松开卡爪，即可得到成型的笔杆。
本发明利用在机床领域普遍使用的卡盘成型纸制笔杆。克服了卡盘只用于机床上稳定定位和不能单独使用的局限性，使卡盘从机床上彻底解放出来，变附件为主件。由于卡盘的结构特点，很适合用于纸制笔杆成型，卡盘一般由卡盘体，活动卡爪和卡爪驱动机构组成，卡爪输出力大，利用等夹角均布在卡盘体上的活动卡爪沿笔杆径向同步移动挤压笔杆并使之变形。由于卡盘本身加工精密，结构紧凑，技术成熟，用于纸制笔杆成型，成型精度高。由于卡盘本身就能使笔杆成型，因而不用另外设计类似装置。在需要自动的情况下只要增加很少的外围辅助机构，可实现自动化连续生产。在机加工领域，用卡盘卡紧工件的负作用是使工件微量变形。在这一领域使被卡紧物变形是有害的，应避免卡紧力过大。面本方法将卡盘在机加工领域的无益效果变为使笔杆变形的有益作用，使我们认识到卡盘使被卡紧物变形(不仅是变形，而且是宏观变形)，这种作用效果的有益的一面。其成型效果好，由于挤压作用，成型的笔杆表面光滑平整；由于卡爪等夹角均匀分布，而且都是沿笔杆径向同步作用于笔杆，因而成型的笔杆各棱角角度，各棱边均匀对称，笔杆呈正多棱柱形，不断芯，不偏芯，在外观上完全可以和木杆笔媲美。只使笔杆部分受挤压，制成木杆笔没有的造型，比如在一根笔杆上一部分是圆柱形另一部分是椭圆或多棱柱形。增加了纸杆笔的外观晶种，使其具有防止滚动的实用性，增强纸杆笔市场竟争力。这种方法既满足纸制笔杆成型又使卡盘有了新用途。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明方法作进一步详细说明。
图1为三爪卡盘成型三棱柱形笔杆的工作状态示意图。
图2为其它多棱柱形和椭圆形的成型示意图。
图3是一种轴向进出料的方式。
图4是一种径向进出料的方式。
图5为一种手动卡盘的驱动方式。
图6示出了一种异型的笔杆及断面图。
图中，1--卡盘体 2--卡爪 3-卡盘中心孔轴心4-挤压面5--笔杆 6-挡块 7--料槽 8--推杆 9-卡盘中心孔 10-限位部件11-限位部件轴 12-出料部件 13-出料部件轴 14-接触部件1 5--卡盘小锥齿轮 16-驱动轴 17--轴承 18--链轮 19--轴承套20-笔杆轴心
具体实施例方式公知的圆柱形纸制笔杆的生产分为两种方法，一种是涂胶法，另一种是浸泡法。简单的说，涂胶法第一步是在裁好的纸上涂抹胶水，第二步把笔芯卷于纸中搓卷成圆柱形，第三步干燥硬化。浸泡法第一步是把笔芯卷于纸中搓卷成圆柱形，第二步把圆拄形笔杆放入明矾溶液中浸泡后取出，第三步干燥硬化。在上述两种方法的第二步完成后所得的圆柱形笔杆，就可用本发明方法成型为椭圆或多棱柱形。其它方法所得的圆柱形笔杆同样可用本发明方法成型为椭圆或多棱柱形。
附图1所示是用三爪卡盘将圆柱形笔杆成型为三棱柱形笔杆。卡盘一般由卡盘体1，活动卡爪2和卡爪驱动机构组成，卡爪2等夹角均匀分布在卡盘体1上，各卡爪2所受的驱动力相等，卡爪输出力大，并能沿卡盘体1径向移动。成型步骤为调节卡爪2的开口大小(卡爪挤压面4和卡盘轴心3的距离)，使笔杆5能放入三个卡爪挤压面4之间；将已成圆柱形的笔杆5置于三个卡爪挤压面4之间，如图1A所示；设定卡爪2驱动力；驱动卡爪2从三个方向同步向卡盘轴心3移动并带动笔杆5，实现自动定心作用，使笔杆5轴心和卡盘轴心3重合，这时每个卡爪挤压面4都与笔杆5表面相接触，如图1B所示；继续移动卡爪2，各卡爪2沿笔杆5径向同步移动并挤压笔杆5；直至笔杆5受挤压变形为三棱柱形，如图1C所示；松开卡爪2后取出已成型的笔杆5。
附图3中示出了一种沿卡盘体轴向进出料的方式实现自动进出料，其步骤为将已成圆柱形的笔杆5，置于料槽7中；调节卡爪2的开口大小，使笔杆5能放入三个卡爪挤压面4之间；推杆8把笔杆5从卡盘体中心孔9推到三个卡爪挤压面4之间；推杆8退回原来位置。设定卡爪2驱动力；驱动各卡爪2，从三个方向同步向卡盘轴心3移动并带动笔杆5，实现自动定心作用，使笔杆5轴心和卡盘轴心3重合，这时每个卡爪挤压面4都与笔杆5表面相接触，继续移动卡爪2，各卡爪2沿笔杆5径向同步移动并挤压笔杆5，直至笔杆5受挤压变形为三棱柱形；松开卡爪2后由推杆8推入下一支笔杆5并顺势把已成型的笔杆5轴向推出卡爪2。
附图4中示出了另一种沿卡盘体径向进出料的方式实现自动进出料，其中有限位部件10，用于引导和定位特成型的圆柱形笔杆5，限位部件10可以随限位部件轴11转动；限位部件轴11由驱动机构驱动；还有出料部件12，用于成型后把可能粘在卡爪挤压面4上笔杆5推下，出料部件12可以随出料部件轴13转动，与出料部件轴13固连的接触部件14一端和卡爪2顶部接触，有一弹性元件驱动出料部件轴13，使接触部件14始终和卡爪2顶部接触。其步骤为如图4A所示，圆柱形笔杆5在重力作用下沿图示方向进入卡爪2和限位部件10之间；驱动各卡爪2，从三个方向同步向卡盘轴心3移动并带动笔杆5，使笔杆5处于三个卡爪挤压面4之间，使笔杆5轴心和卡盘轴心3重合，这时每个卡爪挤压面4都与笔杆5表面相接触，如图4B所示；继续移动卡爪2，各卡爪2沿笔杆5径向同步移动并挤压笔杆5，直至笔杆5受挤压变形为三棱柱形，在此过程中，接触部件14随卡爪2向卡盘轴心移动并带动出料部件12远离卡爪挤压面4。在松开卡爪2的过程中，驱动机构驱动限位部件轴11并带动限位部件10远离卡爪2；同时卡爪2推动接触部件14，并带动出料部件12向卡爪挤压面4靠拢，把粘在挤压面4上的笔杆5推下。之后驱动机构驱动限位部件轴11并带动限位部件10靠近卡爪2并回到原来位置。
笔杆受挤压变形，所需挤压力的大小和纸杆硬化程度(即胶水固化程度)有关。纸杆硬化程度越高，变形所需挤压力越大；反之变形所需挤压力越小。完全硬化后变形所需挤压力最大，未硬化或未完全硬化时变形所需挤压力较小。
附图2A、B、C、D所示是分别用六爪卡盘、卡爪均布的五爪卡盘、两爪卡盘、四爪卡盘成型六棱柱形、五棱柱形、椭圆形、四棱柱形笔杆，方法和上述各例相同。由于两爪卡盘不能自定心，所以图2C中有用于笔杆5定位的在弹性部件作用下可自动归位的定位挡块6。
上述的椭圆或多棱柱形可参照公知的木杆笔的形状，比如三棱柱形三个棱边略带弧度。当然，根据造型的需要不必拘泥于木杆笔形状，可以是类似于木杆笔形状或其它形状。各实施例中卡爪与笔杆接触的挤压面可以有不同的形式以满足笔杆成型的需要，例如卡爪挤压面横向弧度不同，它成型的多棱柱型笔杆的棱边弧度就不同。总之，是将圆形断面变为区别于圆形的非圆形状，是宏观变形而不是不明显的微观变形。使圆柱形笔杆变形，变形越大所需挤压力越大。
确定挤压力的大小还和下面几个因素有关，笔杆搓卷力越大搓卷越紧密，变形所需挤压力越大；使部分笔杆成型(不是整个笔杆)所需的挤压力较小，手动驱动卡盘既可成型；变形所需挤压力还和纸的吸湿性及胶水浓度有关。实际连续生产中，在搓卷力不变，胶水性质和浓度一定，纸张性质相同，纸杆硬化程度以及其它因素相同的情况下，根据变形的需要确定一个相应大小的挤压力，以保证成型的一致性。各实施例中，卡盘包括所有手动、动力及契块式、杠杆式等各种普通卡盘和专用卡盘及它们的变形。以液压、气动或电动的形式驱动卡爪。
附图5公开了一种简易的手动卡盘的电动驱动形式。在卡盘的一个小锥齿轮15上固定连接有驱动轴16，驱动轴16与小锥齿轮15同心，轴承17和轴16配合，轴承17外有轴承套19。驱动轴16上装有链轮18，通过链条和电机输出轴上的链轮连接。卡盘1，轴承套19都固定在壁板上。电机正反转可驱动卡爪开合，调节电机电压改变电机扭矩可使卡爪的挤压力发生改变，以适应笔杆成型的需要。其过程如下，把圆柱形笔杆置入卡爪挤压面之间；设定电机电压；启动电机使卡爪沿笔杆径向同步移动挤压笔杆并使之变形，电机堵转后停止电机；反转电机松开卡爪，即可得到成型的笔杆。另外在挤压力足够大的情况下，可以控制挤压时间(设定电机正反转运行的时间)，这样，启动电机后各卡爪沿笔杆径向同步移动挤压笔杆并使之变形，达到所需形状后电机自动停止，卡爪停在预定“合”位置，笔杆已挤压成型；然后反转电机松开卡爪，电机自动停止，卡爪停在预定“开”位置，如此反复。这种简易的手动卡盘的电动驱动形式结构简单，既经济又实用。当然，卡盘驱动形式是多样的，比如公知的电动卡盘、液压卡盘等都可用于笔杆成型。
通常，卡盘体直经越大卡爪沿卡盘的径向长度(卡爪宽度)越宽，卡爪沿卡盘轴向的长度(卡爪长度)越长。从理论上讲卡盘体直径越大，卡爪宽度越宽，挤压笔杆时卡爪变形越小(特别是卡爪远卡盘端)；由于卡爪滑槽和卡盘滑轨间的间隙误差产生的影响越小(这种影响主要表现在卡爪近卡盘端和远卡盘端在挤压笔杆时的差异)，对成型越有利(这并不表示小直经卡盘不能用于成型)。但是实际上，卡盘体直径过大既不经济又不便于安装。所以要综合考虑选择卡盘，在满足成型精度，实用性，便于操作，便于安装和经济的情况下选择适当大小的卡盘。
一只普通铅笔的长度大约是178毫米左右，要成型整只笔杆，卡爪长度应大于或等于笔杆长度。而常见的普通卡盘卡爪长度达不到，需要特制的长卡爪或者是在原卡爪上焊接加长。根据造型的需要和实际中笔杆的长短，卡爪长度可长可短，都能产生成型效果，例如把一部分笔杆置于卡爪挤压面之间或者是当卡爪长度小于笔杆长度时，只有部分笔杆被挤压，成为在一根笔杆上一部分是圆柱形另一部分是椭圆或多棱柱形，如图6所示。此外，根据笔杆粗细和成型需要，应考虑卡爪最小夹持直径的问题。最小夹持直径大了圆柱形笔杆变型太小不能达到所需成型效果或者甚至无法挤压笔杆，其最小夹持直径应小于或等于所需笔杆形状的内切圆直径。
为防止笔杆与卡爪挤压面粘连，可在卡爪挤压面涂上防粘涂层或实施其它防粘措施。
上述的各实施方法和现有技术相比克服偏见，不用铁芯，省去多余工序，更实用方便，笔杆受挤压不断芯。本发明方法摒弃成型的常用工具---模具，针对纸杆特性，使用适合于纸杆成型的方法，利用等夹角均布在卡盘体上的活动卡爪沿笔杆径向同步移动挤压笔杆并使之变形，其成型效果更好，各棱角角度，各棱边均匀对称，笔杆呈正多棱柱形，不偏芯，在外观上完全可以和木杆笔媲美。
当然，本发明不排斥并包括下面内容把一与笔芯等粗的铁芯卷于纸中搓卷成圆柱形笔杆，将圆柱形笔杆置于卡盘卡爪挤压面之间，使各卡爪沿笔杆径向同步移动并挤压笔杆，笔杆受挤压变形为椭圆或正多棱柱形，松开卡爪，既可得到成型的笔杆，将固化后的上述笔杆抽去铁芯装入笔芯。
权利要求
1.卡盘成型纸制笔杆的新用途，其特征在于利用卡盘把纸制圆柱形笔杆成型为椭圆或正多棱柱形的笔杆。
2.按权利要求1所述的卡盘成型纸制笔杆的新用途，首先，卷制圆柱形笔杆；其特征在于将圆柱形笔杆置于卡盘卡爪挤压面之间；使各卡爪沿笔杆径向同步移动挤压笔杆；笔杆受挤压变形为椭圆或正多棱柱形；松开卡爪，既可得到成型的笔杆。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于将未硬化或未完全硬化的圆柱形笔杆置于卡盘卡爪挤压面之间。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于卡爪对整个圆柱形笔杆或部分圆柱形笔杆实施挤压。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于将整个圆柱形笔杆或部分圆柱形笔杆置于卡盘卡爪挤压面之间。
6.按权利要求4所述的方法，其特征在于所说的卡爪长度小于笔杆长度或与笔杆长度相等或大于笔杆长度。
全文摘要
本发明公开了一种用卡盘成型纸制笔杆的新用途。利用等夹角均布在卡盘体上的活动卡爪沿笔杆径向同步移动并挤压笔杆，从而使笔杆变形为椭圆或多棱柱形。成型的笔杆各棱角角度，各棱边均匀对称，笔杆呈正多棱柱形，不偏芯，不断芯。
文档编号B31C11/00GK101024313SQ20061001838
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月20日 优先权日2006年2月20日
发明者王全胜 申请人:王全胜