一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置及其方法与流程

本发明涉及到金属丝材制备领域，具体涉及到一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置及其方法。
背景技术：
：以钢丝绳为增强材料的金属丝材，在实际生产和生活中得到广泛的应用，这些材料在实际工作环境往往受到反复变化方向和大小的负载，从而出现失效情况。根据资料介绍，材料的破损70％以上为疲劳破坏，其余的30％也往往由于磨损或冲击所致。因此，研究并找出提高材料疲劳值的方法就有着重要的实际意义。单丝作为组成钢丝绳最基本最小的单元，其旋转弯曲疲劳性能的好坏直接影响着钢丝绳疲劳的好坏，现阶段测量单丝旋转弯曲疲劳一般使用单丝亨特疲劳试验机，主要过程原理是将单丝弯成某一弧度，一端连接带马达的夹头，一端置于孔中，检测时由马达驱动夹头带动单丝旋转，另一端在孔中呈自由状态旋转。在这一过程中，被弯成一定曲率的钢丝顶部也在旋转，从而使受拉的单丝外侧转入受压的内侧，如此循环往复，直至单丝断裂。现如今社会发展迅速，大到各行各业，小到每个结构每个材料，都需要满足市场生产的需求，所以提高单丝旋转弯曲疲劳，也是这个领域需要去考虑的。如公布号为cn201510263521.0的中国专利中介绍了一种用于测试材料的疲劳强度的试验方法，将大批量试件分为多组，在不同试验机上并行完成试验，对产生的多组试样的应力值升降图进行图形分析和数据处理，得到合成后的应力值升降图，再按常规方法求出疲劳强度的均值与方差；又如张宗前,孙捷等《影响钢丝疲劳寿命的因素及提高疲劳寿命的技术措施》[j].贵州工业大学学报,2006,35(1):55-57中介绍了通过控制盘条质量、内部组织、拉拔工艺等方向。但上述文献中也仅仅只是介绍了影响单丝旋转弯曲疲劳性能的因素，比如单丝化学成分、内部组织、表面质量等，对具体的如何在工艺设计中提高单丝旋转弯曲疲劳，使用什么装置来提高单丝旋转弯曲疲劳鲜有见刊。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置及其方法，使得钢丝在旋转弯曲的情况下不容易发生断裂，提高了单丝的寿命。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置，包括张力稳定装置和应力调节装置，所述张力稳定装置包括稳定基座、并排固设于所述稳定基座上的多个上排导轮以及并排固设于所述稳定基座上的多个下排导轮，所述上排导轮与所述下排导轮交错设置，所述上排导轮的数量大于等于2个，所述下排导轮的数量比所述上排导轮的数量少1个，所述上排导轮与所述下排导轮周壁均开设有导轮槽，所述导轮槽为v型槽或者u型槽；所述应力调节装置包括交错设置的a调节组以及b调节组，所述a调节组包括固定板、镶套于所述固定板上的活动板、并排固设于所述固定板上的多个第一辊轮以及并排固设于所述活动板上的多个第二辊轮，所述固定板上设置有用于调节所述活动板靠近或者远离所述第一辊轮的偏心轮，所述第一辊轮与所述第二辊轮交错设置，所述第一辊轮数量大于等于2个，所述第二辊轮的数量比所述第一辊轮数量少1个，所述第一辊轮以及所述第二辊轮周壁均开设有辊轮槽，所述辊轮槽为t型槽或者u型槽或者v型槽，所述a调节组与所述b调节组结构一致，所述a调节组与所述b调节组之间设置有多个限位导轮。进一步的,所述导轮槽为v型槽时满足其中，l为导轮v型槽的槽宽，h为导轮v型槽的槽深，d为单丝半径，所述导轮槽为u型槽时满足且其中，l1为导轮u型槽的槽宽，h1为导轮u型槽的槽深。进一步的,所述辊轮槽为t型槽或者u型槽时满足且h2≥d,其中，l2为辊轮t型槽或者u型槽的槽宽，h2为辊轮t型槽或者u型槽的槽深，所述辊轮槽为v型槽时满足其中，l3为辊轮v型槽的槽宽，h3为辊轮v型槽的槽深。进一步的,所述上排导轮以及所述下排导轮的直径d满足所述第一辊轮以及所述第二辊轮的直径d1满足其中，e表示单丝的弹性模量，σ表示单丝的抗拉强度，d表示单丝半径。进一步的,当单丝交错经过所述上排导轮和所述下排导轮时，单丝的切线方向与水平线夹角为包角α，单丝交错经过所述上排导轮和所述下排导轮时至少一个包角α满足60°＜α＜150°。进一步的,包角α＝90°。进一步的,所述偏心轮驱动所述活动板朝向所述第一辊轮平移，所述活动板平移的距离大于位于所述第二辊轮上的所述辊轮槽槽底与位于所述第一辊轮上的所述辊轮槽槽底之间的距离。一种提高单丝旋转弯曲疲劳的方法，所述方法包括如下步骤：出水箱码口的单丝按前进方向首先进入距离最近的一个所述上排导轮，然后进入距离最近的一个下排导轮，再进入第二个上排导轮，按照上述路径依次交错的经过所述上排导轮以及所述下排导轮，单丝位于所述导轮槽内，然后进入所述应力调节装置，出张力稳定装置的单丝，按前进方向先与所述a调节组的所述第二辊轮接触，并按照所述第二辊轮排布方向延伸，然后于位于排布两端的两个所述第二辊轮之间上绕q圈后引出，单丝位于各所述辊轮槽内，压下位于所述a调节组上的所述偏心轮，使单丝与为所述a调节组上的所述第一辊轮和所述第二辊轮组均接触，引出的单丝经过所述限位导轮后与所述b调节组上的所述第二辊轮接触，并延所述第二辊轮排布方向延伸，单丝在排布在首尾两端的两个所述辊轮之间缠绕设置，且绕p圈后引出进入收线卷筒，单丝位于各辊轮槽内，压下所述b调节组上的所述偏心轮，使单丝与所述b调节组上的所述第一辊轮和所述第二辊轮均接触，经过所述b调节组引出的单丝进入收线卷筒后，按常规正常工艺走线收入成品工字轮。进一步的,单丝出水箱码口时圈径大于或等于250mm。进一步的,单丝在所述a调节组上的所述第二辊轮上绕线圈数定义为q，其中，q≤3，单丝在所述b调节组上的所述第二辊轮上绕线圈数定义为p，其中，p≤3。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、由于单丝在收入成品工字轮之前，先经过张力稳定装置，使得进入应力调节装置的单丝张力稳定、自转和扭转都较小，同时起到预弯作用，稳张力的同时还过滤了缺陷单丝。单丝平稳进入应力调节装置后，经过辊轮上的特定槽型的辊轮槽及在第二辊轮上的特定绕线，使得单丝原本存在的表面拉应力能均匀、一致、有效的全部或部分转变成压应力，从而提高单丝的旋转弯曲疲劳值。这种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置及其方法不需对现有设备进行较大的改动，操作方便，投入成本小产品质量高；2、通过设置调节包角α，以及设置单丝于第二辊轮上的绕线圈数，可以得出对应的单丝旋转弯曲疲劳值提高大小，进而可以优选出最佳包角α以及最佳绕线圈数，来尽可能提高单丝的旋转弯曲疲劳值；3、通过选定导轮槽的槽型以及辊轮槽的槽型，且限定各槽的槽宽和槽深，可以使单丝的旋转弯曲疲劳提高的效果更好。附图说明图1为一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置的结构示意图；图2为上排导轮和下排导轮的结构示意图；图3为单丝在上排导轮和下排导轮上绕线的示意图；图4为第一辊轮和第二辊轮的结构示意图；图5为单丝于本发明一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置上的走向示意图；图6为单丝在a调节组或b调节组上的绕线示意图；图7为单丝在第二辊轮上的绕线示意图；图中：1、稳定基座；2、上排导轮；3、下排导轮；4、导轮槽；5、包角α；6、a调节组；7、b调节组；8、固定板；9、活动板；10、第一辊轮；11、第二辊轮；12、偏心轮；13、辊轮槽；14、限位导轮。具体实施方式下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一：参照图1，一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置，包括张力稳定装置以及应力调节装置，其中，张力稳定装置包括稳定基座1、多个上排导轮2以及多个下排导轮3，上排导轮2以及下排导轮3均位于稳定基座1上竖直的一端上。上排导轮2的个数大于等于2，下排导轮3个数比上排导轮2的个数少一个，其中，本实施例中上排导轮2的个数为优选个数4个，所以下排导轮3的个数为3个。多个上排导轮2并排设置且多个上排导轮2水平排布，多个下排导轮3并排设置其且排布方向与上排导轮2的排布方向平行，下排导轮3位于上排导轮2正下方且与上排导轮2交错设置。上排导轮2以及下排导轮3的直径d满足其中，e表示单丝的弹性模量，σ表示单丝的抗拉强度，d表示单丝半径。参照图1和图2，上排导轮2以及下排导轮3周壁上绕轴线均开设有一圈导轮槽4，导轮槽4为v型槽或者u型槽。当导轮槽4为v型槽时满足其中，l为导轮槽4为v型槽时的槽宽，h为导轮槽4为v型槽时的槽深，d为单丝半径；导轮槽4为u型槽时满足且其中，l1为导轮槽4为u型槽时的槽宽，h1为导轮槽4为u型槽时的槽深。导轮槽4优选为v型槽。参照图1和图3，单丝由张力稳定装置进入a调节组6时，单丝交错经过上排导轮2和下排导轮3，单丝经过每个导轮时，均饶设于导轮槽4内，单丝在进入一个导轮以及离开一个导轮时均与此导轮相切，单丝不与水平线平行的切线与水平线之间的夹角定义为包角α5。单丝在依次经过上排导轮2以及下排导轮3后，会产生多个包角α5，这些包角中至少有一个包角α5满足60°＜α＜150°，其中，优选为α＝90°。参照图1和图3，张力稳定装置右侧设置有应力调节装置，应力调节装置包括完全相同的a调节组6以及b调节组7，其中，a调节组6包括固定板8、活动板9、多个第一辊轮10以及多个第二辊轮11，固定板8与稳定基座1之间有间隙，固定板8与稳定基座1上上排导轮2所在端面位于同一平面上。多个第一辊轮10并排固设于固定板8上，第一辊轮10与上排导轮2位于同一侧，多个第一辊轮10水平排布，第一辊轮10的上侧壁与上排导轮2的上侧壁平齐。活动板9为矩形板，活动板9镶套于固定板8上位于第一辊轮10上端的一侧，活动板9可延朝向第一辊轮10的方向往返平移。固定板8上端设置有偏心轮12，活动板9位于第一辊轮10以及偏心轮12之间，利用偏心轮12可以调节活动板9与第一辊轮10的距离。多个第二辊轮11并排固设于活动板9上且与第一辊轮10辊轮同侧，多个第二辊轮11排布方向与第一辊轮10的排布方向平行，第二辊轮11位于第一辊轮10正上方排布且第二辊轮11位于第一辊轮10交错设置。第一辊轮10的个数大于等于2个，第二辊轮11的个数比第一辊轮10的个数少一个，其中，本实施例中优选上排导轮2的个数为5个，所以下排导轮3的个数为4个。第一辊轮10以及第二辊轮11的直径d1满足其中，e表示单丝的弹性模量，σ表示单丝的抗拉强度，d表示单丝半径。第一辊轮10和第二辊轮11周壁均绕轴线开设有一圈辊轮槽13，辊轮槽13为t型槽或u型槽或v型槽。当辊轮槽13为t型槽或者u型槽时满足且h2≥d,其中，l2为辊轮槽13为t型槽或者u型槽时的槽宽，h2为辊轮槽13为t型槽或者u型槽时的槽深，所述辊轮槽13为v型槽时满足其中，l3为辊轮槽13为v型槽时的槽宽，h3为辊轮槽13为v型槽时的槽深。辊轮槽13优选为t型槽或者u型槽,本实施例中选用的为u型槽。偏心轮驱动活动板朝向第一辊轮平移，活动板平移的距离大于位于第二辊轮上的辊轮槽槽底与位于第一辊轮上的辊轮槽槽底之间的距离。参照图1，b调节组7的结构与a调节组6的结构完全一致，其中，b调节组7上的第一辊轮10排布方向与a调节组6上的第一辊轮10排布方向平行，b调节组7上的固定板8与a调节组6上的固定板8垂直设置且辊轮所在侧朝上。a调节组6与b调节组7之间设置有三个限位导轮14。一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置的方法，具体参照图5，单丝从水箱码口伸出后朝向张力稳定装置延伸，单丝出水箱码口时圈径大于或等于250mm，优选为大于或等于250mm，然后单丝接触远离a调节组6的一个上排导轮2，单丝卡入导轮槽4中，单丝延导轮槽4的走向朝向远离a调节组6的下排导轮3延伸，然后单丝卡入此下排导轮3的导轮槽4中，单丝延此下排导轮3的导轮槽4的走向朝向其与第一个接触的上排导轮2相邻的上排导轮2延伸且卡入其导轮槽4中，单丝在后续前进中按照上述规律前进。单丝自水箱码口伸出后按照上述的前进方向“上排导轮2-下排导轮3-上排导轮2”的方式依次交错经过上排导轮2以及下排导轮3，且单丝经过上排导轮2以及下排导轮3时均位于导轮槽4中。参照图5和图6，单丝从张力稳定装置伸出后，按前进方向进入a调节组6，单丝先与第二辊轮11接触，单丝由靠近张力稳定装置的一个第二辊轮11处延第二辊轮11排布方向延伸至接触最后一个第二辊轮11，单丝绕最后一个第二辊轮11半圈后朝向张力稳定装置延伸且延伸至靠近张力稳定装置的第二辊轮11处，然后再绕此第二辊轮11半圈后向最后一个第二辊轮11延伸，继续重复上述的缠绕步骤，结合图7，单丝按照上述方法绕设于两端的第二辊轮11之间且单丝位于辊轮槽13中，单丝缠绕的圈数定义为q，q≤3，优选q＝1。当单丝缠绕后，压下位于a调节组6上的偏心轮12，此偏心轮12迫使活动板9朝向第一辊轮10平移，进而使单丝与第一辊轮10和第二辊轮11均接触。单丝经过a调节组6被引出后经过限位导轮14，单丝经过限位导轮14后按前进方向进入b调节组7，单丝进入b调节组7后运行轨迹与单丝进入a调节组6后的运行轨迹相同，单丝进入b调节组7后在排布于b调节组7内的第二辊轮11上缠绕设置，单丝缠绕于两端的第二辊轮11之间，缠绕的圈数定义为p，其中，p≤3，优选p＝1。单丝缠绕完毕后下压位于b调节组7上的偏心轮12，偏心轮12迫使活动板9朝向第一辊轮10平移，进而使单丝与第一辊轮10和第二辊轮11均接触，经过b调节组7引出的单丝进入收线卷筒后，按常规正常工艺走线收入成品工字轮。缠绕圈数q和p可以不相等，但是优选为q＝p。实施例二：本实施例中出玛口丝径为0.30mm，抗拉强度2800mpa，弹性模量取200gpa，将出玛口单丝圈径调节至350mm，然后单丝交错经过张力稳定装置的上排导轮2和下排导轮3，与导轮包角均为90°，上排导轮2和下排导轮3上的导轮槽4型为v型槽，上排导轮2个数为4个，下排导轮3个数为3个，导轮槽4宽1mm，槽深0.5mm，导轮直径30mm；经过张力稳定装置的单丝再进入a调节组6，在a调节组6的第二辊轮11上直接经过，绕线圈数为0，经过限位导轮14后进入b调节组7，再在b调节组7的第二辊轮11上直接经过，绕线圈数为0。a、b调节组7上的第一辊轮10和第二辊轮11的辊轮槽13为t型槽，槽宽1.2mm，槽深0.6mm，辊轮直径20mm，第一辊轮10个数为5个，第二辊轮11个数为4个，经过b调节组7后的单丝正常收线到成品工字轮。对经过装置的产品进行取样，在1100mpa下进行旋转弯曲疲劳检测，并与没有经过该装置的产品进行对比，对比结果见表1。从表中结果可以看出经过装置后的单丝的旋转弯曲疲劳值比没有经过的高出了2倍以上。表1实施例二中单丝旋转弯曲疲劳值对比工艺数据1数据2数据3数据4数据5使用装置工艺1705816010209631505815075不使用装置工艺72336355720668504895实施例三：本实施例中出玛口丝径为0.25mm，抗拉强度2900mpa，弹性模量取200gpa，将出玛口单丝圈径调节至320mm，上排导轮2和下排导轮3上的导轮槽4为v型槽，上排导轮2的个数为4个，下排导轮3个数为3个，导轮槽4宽1mm，槽深0.5mm，导轮直径25mm，单丝交错经过上排导轮2和下排导轮3，与导轮包角均为90°，然后进入a调节组6和b调节组7，在a调节组6和b调节组7的第二辊轮11上绕线圈数均为1，a、b调节组7上的第一辊轮10和第二辊轮11上的辊轮槽13为t型槽，槽宽1.2mm，槽深0.6mm，辊轮直径18mm，第一辊轮10个数为5个，第二辊轮11个数为4个，经过b调节组7后的单丝正常收线到成品工字轮。对经过装置的产品进行取样，在1100mpa下进行旋转弯曲疲劳检测，并与没有经过该装置的产品进行对比，对比结果见表2。从表中结果可以看出经过装置后的单丝的旋转弯曲疲劳值是没有经过的3倍以上。表2实施例三中单丝旋转弯曲疲劳值对比工艺数据1数据2数据3数据4数据5使用装置工艺2735126592316392205827511不使用装置工艺82327535721969385924实施例四：本实施例中出玛口丝径为0.25mm，抗拉强度2900mpa，弹性模量取200gpa，将出玛口单丝圈径调节至320mm，上排导轮2和下排导轮3上的导轮槽4均为v型槽，上排导轮2个数为4个，下排导轮3个数为3个，导轮槽4宽1mm，槽深0.5mm，导轮直径25mm，单丝交错经过上排导轮2和下排导轮3，与导轮包角均为120°，然后进入a调节组6和b调节组7，在a调节组6和b调节组7的第二辊轮11上绕线圈数均为1，a、b调节组7上的第一辊轮10和第二辊轮11上的辊轮槽13均为t型槽，槽宽1.2mm，槽深0.6mm，辊轮直径18mm，第一辊轮10个数为5个，第二辊轮11个数为4个，经过b调节组7后的单丝正常收线到成品工字轮。对经过装置的产品进行取样，在1100mpa下进行旋转弯曲疲劳检测，并与没有经过该装置的产品进行对比，对比结果见表3。从表中结果可以看出经过装置后的单丝的旋转弯曲疲劳值是没有经过的3倍以上。表3实施例四中单丝旋转弯曲疲劳值对比工艺数据1数据2数据3数据4数据5使用装置工艺3051322059236212135825618不使用装置工艺82327535721969385924综上所述，本发明一种提高单丝旋转弯曲疲劳的装置及其方法，为实际生产提供了一种行之有效的装置和方法，可以较简单的直接运用于实际，均匀、稳定的改变单丝的应力状态，使得钢丝在旋转弯曲的情况下不容易发生断裂，提高了单丝的寿命，并且该设备结构简单，易于维护，生产方法操作方便，具有投入小收益高的特性。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12