一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法
阅读说明：本技术 一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法 (Preparation device and method of micro-flow tube for intelligent robot motor ) 是由 聂大明 沈方岩 顾建军 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法,本发明装置主要包括轧辊、加热筒、冷却筒、多孔连接块和卷曲机,轧辊将金属线咬入加热筒,加热筒快速加热金属成液体,通过多孔连接块流入冷却筒快速冷却后形成非晶管,并绕在卷取机上形成卷材。本发明装置自动化程度高,可以实现从加线料到最后产品的全线程、多工序高度集成的自动化生产；设置三个微流管成型口,生产效率高；通过分段加热和液氮冷却,非晶化程度高；生产出的微流管长度和直径无限制,可生产的厚度为10um-500um,对于厚度为500um的管,最大误差为10um,非晶率不低于95％；解决了当前非晶管成型时生产效率和精度低的问题。(The invention discloses a device and a method for preparing a micro-flow tube for an intelligent robot motor. The device has high automation degree, and can realize full-thread and multi-process highly integrated automatic production from wire feeding to final products; three micro-flow pipe forming ports are arranged, so that the production efficiency is high; the non-crystallization degree is high through sectional heating and liquid nitrogen cooling; the produced micro-flow tube has unlimited length and diameter, the producible thickness is 10-500 um, for the tube with the thickness of 500um, the maximum error is 10um, and the amorphous rate is not lower than 95%; the problem of production efficiency and precision are low when current amorphous tube shaping is solved.)
技术领域
本发明属于非晶管材的微成型领域，具体涉及一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法。
背景技术
智能机器人技术是当前各国争相发展的新兴技术，将在未来几十年发挥十分重要的应用价值。其中一个重要的应用是智能化运输，例如四足机器人负载后在户外自助行走，双足服务型机器人在室内搬运箱体等。大负载的机器人需要大力矩、快速响应的电动机支撑。这样的电动机功率大，电能消耗大，产生的热量多。如果不能及时散热，电机周围温度过高，会造成电机、驱动器、编码器等组件的损坏。
目前通用的散热技术是风冷技术，即在电动机端部设置电风扇，通过风流加电动机本体的热量带走。该技术的优势是安装相对简单，维护成本低，缺点是散热效率不高，容易产生机器人机身的震动，噪音大。在大型的电机里，水冷技术能更加快速的吸收电机的热量，同时水静速流动，没有噪音，不会产生机器人机身的震动。因此水冷技术目前在大复杂电动机器人中开始有应用。
水冷技术的一个难题是如何制备出尺寸精度高、壁厚小、冷却效果大的热交换管。非晶材料的弹性模量大，强度高，适合制造高刚度的薄壁管。各向同性好，适合批量化的生产，尺寸精度高。另外，非晶的抗腐蚀性能好，因此非晶管的使用寿命长。综上所述，非晶是制造水冷技术热交换管的理想材料。目前非晶微流管生产工序多，线程长，本专利提出一种高产量、短流程的自动化生产装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能机器人电动机用微流管的制备装置，包括轧辊、加热筒、冷却筒、多孔连接块、卷曲机；加热筒内设有加热筒入口端盖、螺旋型线圈、加热筒入口端内壁面、加热芯筒、分离架、隔离陶瓷棒和成型芯棒。冷却筒上设有液氮入口和液氮出口；冷却筒内设有导流片、冷却管和冷却筒出口端盖。多孔连接块设有通槽，其加热筒侧还设有球形凸起。加热筒入口端盖开有通孔，该通孔连通加热筒入口端内壁面形成的腔体；螺旋型线圈绕在加热筒入口端内壁面上；加热芯筒安装在分离架上。分离架连接加热筒。隔离陶瓷棒设置在加热芯筒和成型芯棒之间。成型芯棒插入通槽。冷却筒出口端盖开有成型口；冷却管左端连通通槽，右端穿过成型口。冷却管和通槽的内径均大于成型芯棒外径。加热芯筒内设加热电阻丝。分离架内设有电线通路，用于加热电阻丝通电。导流片由两个侧页对称构成，呈V型；侧页呈直角梯形，边较长的一端朝加热筒；两侧页连接处开有导流片底槽，侧页上开有导流片侧页槽。
进一步地，还包括轧辊支撑架、加热筒支撑架、冷却筒支撑架和卷曲机集成架；轧辊支撑架、加热筒支撑架、冷却筒支撑架分别支撑轧辊、加热筒和冷却筒；卷曲机安装在卷曲机集成架上。
进一步地，所述加热筒入口端盖上的通孔为腰型孔；加热筒入口端内壁面为三段式腔面，依次为，第一段以腰形为截面从小到大过渡，第二段截面从腰形向圆形过渡，第三段以圆形为截面从小到大过渡。
进一步地，所述加热筒还设有滑片和滑轨，分离架通过滑片和滑轨连接加热筒，滑片内也设有电线通路，用于加热电阻丝通电。
进一步地，所述滑片与加热芯筒轴线的夹角为3°-5°。
进一步地，所述多孔连接块的加热筒侧还设有凹陷，通槽和球形凸起均设在凹陷中。
进一步地，所述加热芯筒左端设有加热芯筒尖端。
进一步地，分离架包括圆环和连接片，圆环之间通过连接片连接。圆环和连接片设有电线通路，用于加热电阻丝通电。
进一步地，所述卷曲机直径至少为非晶微流管的25倍。所述成型芯棒直径为冷却管直径的2/3～3/4；所述成型芯棒的长度为其直径的5倍。所述导流片侧页槽长度为导流片底槽的2/3。
一种上述智能机器人电动机用微流管的制备装置的方法，包括以下步骤：
步骤一、将加热电阻丝放置在加热芯筒中，电线通过分离架，到达加热芯筒内腔连接加热电阻丝。
步骤二、将加热芯筒安装在加热筒。
步骤三、将导流片安装在冷却筒。
步骤四、将隔离陶瓷棒安装在加热芯筒和成型芯棒之间。
步骤五、在加热筒支撑架上安装加热筒，并在冷却筒支撑架上安装冷却筒。
步骤六、安装轧辊支撑架及轧辊。
步骤七、旋转轧辊，咬入金属线，给加热筒中的螺旋型线圈和加热电阻丝通电加热，并向冷却筒倒入液氮。
步骤八、铜线经过加热熔化与快速冷却形成非晶，用卷曲机将成型口产出的非晶微流管卷曲成卷，得到非晶微流管的卷材。
本发明的有益效果是：本发明装置自动化程度高，可以实现从加线料到最后产品的全线程、多工序高度集成的自动化生产；设置三个微流管成型口，生产效率高；通过分段加热和液氮冷却，非晶化程度高；生产出的微流管长度和直径无限制，可生产的厚度为10um-500um，对于厚度为500um的管，最大误差为10um，非晶率不低于95％；解决了当前非晶管成型时生产效率和精度低的问题。
附图说明
图1为装置整体示意图；
图2为除去外壳及支架的装置示意图；
图3为加热筒和冷却筒的中心部位结构示意图；
图4为导流片结构示意图；
图5为卷曲机集成架示意图；
图6为加热筒内腔及加热线圈示意图；
图7为加热芯筒及分离架示意图；
图8为多孔连接板示意图；
图9为加热芯筒透视图；
图中，轧辊1；加热筒2、加热筒入口端盖21、螺旋型线圈22、加热筒入口端内壁面23、滑片24；冷却筒3、冷却管31；分离架4、圆环42、连接片43；隔离陶瓷棒5；加热芯筒6、加热芯筒尖端61；加热电阻丝7、成型芯棒8；多孔连接块9、通槽91、球形凸起92、凹陷93；导流片10、导流片侧页槽101、导流片底槽102；卷曲机11、卷曲机轴111；轧辊支撑架12、加热筒支撑架13、冷却筒支撑架14、卷曲机集成架15、非晶微流管16。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种智能机器人电动机用微流管的制备装置，它包括轧辊1、加热筒2、冷却筒3、多孔连接块9、三个卷曲机11、轧辊支撑架12、加热筒支撑架13、冷却筒支撑架14和卷曲机集成架15。加热筒2和冷却筒3通过多孔连接块9连接；冷却筒3采用液氮冷却，冷却筒3开有三个液氮出入口，上方设有两个液氮入口，下方设有一个液氮出口；轧辊支撑架12、加热筒支撑架13、冷却筒支撑架14分别支撑轧辊1、加热筒2和冷却筒3；卷曲机11安装在卷曲机集成架15上。通过轧辊1将金属丝咬入加热筒2。轧辊1的压下量为线材直径的1/4。轧辊1中心到加热筒入口端盖21的距离为线材初始直径(金属丝直径)的3-6倍。
如图2所示，加热筒2内设有加热筒入口端盖21、螺旋型线圈22、加热筒入口端内壁面23、两个分离架4、加热芯筒6、隔离陶瓷棒5和成型芯棒8。冷却筒3内设有导流片10、冷却管31和冷却筒出口端盖。加热筒入口端内壁面23左端连接在加热筒入口端盖21右侧，加热筒入口端盖21开有腰形孔，该腰形孔连通加热筒入口端内壁面23形成的腔体；螺旋型线圈22盘绕在加热筒入口端内壁面23的外侧面；分离架4上固定3个加热芯筒6；隔离陶瓷棒5设置在加热芯筒6和成型芯棒8中间。导流片10的左端连接多孔连接块9的右侧，导流片10的右端连接冷却筒出口端盖；冷却筒出口端盖开有三个成型口；冷却管31左端连接多孔连接块9，右端穿过成型口。加热筒2的直径与加热筒入口端盖21腰形孔长轴的长度比为3：1。成型芯棒8直径为冷却管31直径的2/3～3/4；成型芯棒8的材质为陶瓷；成型芯棒8的长度为其直径的5倍。
如图3所示，加热芯筒6左端设有加热芯筒尖端61，加热芯筒尖端61的截面形状由两个对称的弧形和一条线段组成，用于分离在加热筒2中熔化的金属液，防止出现死区。弧形的最大曲率半径与最小曲率半径比为1.5。每个分离架4包括四个圆环42，一个圆环42在中心位置，另外三个圆环42以120度角度差分布在其圆周，并通过连接片43连接。如图9所示，加热芯筒6内设置加热电阻丝7。连接片43与圆环42内设置有线路通道，用于铺设连接加热金属丝7的电线。
如图4所示，冷却筒3内的导流片10由两个侧页对称设置，夹角为120度，呈V型；由于侧页从左到右的宽度会变小，呈直角梯形，故导流片10的截面呈从大到小的V型，V型的宽度和深度均减少；V型底部设置(两侧页连接段)导流片底槽102，两侧页设置导流片侧页槽101；导流片侧页槽101长度为导流片底槽102的2/3。
如图5所示，卷曲机11设有卷曲机轴111，三个卷曲机11的位置对应三个成型口挤出的非晶微流管16，卷曲机11绕卷曲机轴111旋转。卷曲机11直径至少为非晶微流管16的25倍。
如图6所示，加热筒入口端内壁面23为三段式腔面，从左至右，第一段以腰形为截面从小到大过渡，第二段截面从腰形向圆形过渡，第三段以圆形为截面从小到大过渡。
如图7所示，加热筒2还设有滑片24和滑轨，分离架4通过连接片43连接滑片24，滑片24再通过滑轨连接加热筒2。滑片24与加热芯筒6轴线的夹角为3°-5°，该夹角的作用类似于楔子，在滑片24滑进滑轨时，通过该夹角可以自动限位。滑片24内也设置有铺设电线的通道。
如图8所示，多孔连接块9设有凹陷93和三个通槽91，面对加热筒2一侧的中心位置还设有球形凸起92，有利于液体导流；三个通槽91沿切向圆周均匀分布。冷却管31左端连通通槽91，且成型芯棒8插入通槽91。在加热筒2中熔化的金属液体通过成型芯棒8和通槽91的间隙进入冷却管3。
一种智能机器人电动机用微流管的制备方法，按以下步骤进行：
步骤一、将加热电阻丝7放置在加热芯筒6中，电线依次通过滑片24、连接片43和分离架4，到达加热芯筒6内腔连接加热电阻丝7。
步骤二、将加热芯筒6安装在加热筒2。
步骤三、将导流片10安装在冷却筒3。
步骤四、将隔离陶瓷棒5安装在加热芯筒6和成型芯棒8之间。
步骤五、在加热筒支撑架13上安装加热筒2，并在冷却筒支撑架14上安装冷却筒3。
步骤六、安装轧辊支撑架12及轧辊1。
步骤七、旋转轧辊1，咬入铜线，给加热筒2上的螺旋型线圈22和加热电阻丝7通电加热，并向冷却筒3倒入液氮。
步骤八、铜线经过加热熔化与快速冷却形成非晶，用卷曲机11将成型口产出的非晶微流管16卷曲成卷，得到非晶微流管16的卷材。
本发明的工作原理具体为：非晶管材制备时要求“急热急冷”，即在金属熔化阶段，加热速度要快。如果加热速度慢，则金属丝会熔化不完全，金属液粘度大，存在原始晶核，因此需要快速升温。同时，在冷却阶段，如果冷却速率小，那么非晶化不完全，产品的非晶率低，因此需要快速降温。本发明装置的设计考虑到了非晶管材制备所需的“急热急冷”，在加热筒内通过三段式加热及芯筒加热的方式使金属快速升温，在冷却筒内利用液氮并配置导流片使成型的管材快速、均匀的冷却。
本发明的特点在于：多工序集成化、自动化，在保证“急热急冷”的同时有高的生产效率。在装置的入口端，采用轧辊咬入的方式将金属丝送入加热筒，咬入力保证了小直径的金属丝可以稳定输入。在输出端，设置了三个成型出口和对应的三个卷曲机。三个成型出口同时成型出管材，支撑了非晶管材的高效率、自动化的生产。
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