一种医用异型镍钛合金丝加工装置及加工工艺

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及电解加工技术领域，具体是一种医用异型镍钛合金丝加工装置及加工工艺。背景技术：2.近年来，医用镍钛合金丝因具有良好的形状记忆特性、超弹性、抗腐蚀性和减震性等特殊性能，且其疲劳性能和强度都高于不锈钢，弹性模量低于不锈钢，适宜骨质生长，能长时间和人体组织共处且不造成伤害等特点，在医疗上被广泛应用。3.传统加工异型细丝材主要采用机加工、模拉法或辊拉法进行。机加工主要是切削加工，依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹来获得工件所要求的表面几何形状，但由于医用镍钛合金丝加工尺寸较小且材质偏软，存在加工不匀、表面质量差和生产效率低等问题；模拉法采用硬质合金模具从圆丝开始逐模拉拔，直至拉拔成所需尺寸、形状，产品形状精准、尺寸公差小，但也存在制模难度大、尖角欠充满、表面易划伤、模次变形率和总变形率小、生产周期长的问题；辊拉法采用轧辊组合成孔型，通过轧辊从动方式，单道次变形率可达30％左右，产品尖角充满，形状较精准，但存在加工过程中尺寸波动大的问题，同时还存在强度低、尺寸公差和表面质量差、单盘重小和生产效率低的问题。相比于传统的机加工、模拉等加工方式，电解加工有着无机械切削应力、无飞边毛刺、工具无损耗、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点。在加工难切削材料、复杂形状工件时，其加工效率比传统的机械切削加工可高出5～10倍。电解加工通过电极和工件较为简单的复合运动，单次进给即可加工出较为复杂的形面、型腔等。此外由于电解加工通过工具和工件的简单运动实现一次进给加工成形，使得工件制造周期短。技术实现要素：4.发明目的：本发明针对现有技术中异型镍钛合金丝加工难度大、加工过程不稳定和生产效率低的问题，提供一种医用异型镍钛合金丝加工装置及加工工艺。5.技术方案：一种医用异型镍钛合金丝加工装置，从右至左依次包括放线装置、电解装置、清洗装置、烘干装置以及收线装置；所述放线装置内缠绕有镍钛合金丝，所述镍钛合金丝的自由端依次穿过电解装置、清洗装置和烘干装置后固定在所述收线装置上；所述电解装置用于将镍钛合金丝加工成医用异形镍钛合金丝；所述清洗装置用于去除医用异形镍钛合金丝表面残留的电解质；所述烘干装置用于除去医用异形镍钛合金丝表面的水分。6.进一步的，所述电解装置包括电解匣、第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、第一工具阴极和第二工具阴极；所述第一气动旋转夹紧装置和第二气动旋转夹紧装置分别位于所述电解匣的左右两侧；所述第一工具阴极和第二工具阴极分别位于所述电解匣的前后两侧；所述电解匣内设有工件阳极支撑座和电解液喷射装置；7.经过电解装置的镍钛合金丝依次穿过第二气动旋转夹紧装置、电解匣、第一气动旋转夹紧装置；所述电解匣内的镍钛合金丝为工件阳极，所述工件阳极置于所述工件阳极支撑座上，且位于所述电解液喷射装置的喷射口下方；所述第一气动旋转夹紧装置和第二气动旋转夹紧装置用于夹紧所述工件阳极的两端；8.所述第一工具阴极和第二工具阴极分别固定在第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆的滑块上；所述电解匣的前侧壁设有供所述第一工具阴极穿过的第一通孔；所述电解匣的后侧壁设有供所述第二工具阴极穿过的第二通孔；所述第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆分别带动第一工具阴极和第二工具阴极向所述工件阳极进给。9.进一步的，所述第一工具阴极和第二工具阴极靠近所述工具阳极的一端与所述工具阳极预期加工成形的形状相对应。10.进一步的，所述工具阳极与电源负极连接，所述工具阴极与电源正极连接；所述第一气动旋转夹紧装置和第二气动旋转夹紧装置的夹头均采用绝缘材料制成。11.进一步的，所述工件阳极支撑座通过螺钉固定在电解匣的底面上，所述工件阳极支撑座上覆有绝缘层，所述电解液喷射装置通过螺栓固定在电解匣的上端盖内侧。12.进一步的，所述放线装置包括放线轮和放线轮架，所述镍钛合金丝缠绕在所述放线轮上；所述放线轮的放线轴可转动的安装在所述放线轮架上，所述放线轴的两端设有第一阻尼装置；13.所述收线装置包括收线轮和收线轮架，所述镍钛合金丝的自由端固定在所述收线轮上，所述收线轮的收线轴可转动的安装在收线轮架上，所述收线轴的两端装有第二阻尼装置。14.进一步的，所述放线轮架通过第一联轴器与放线端回转装置相连，所述放线端回转装置固定在放线装置固定座上；所述收线轮架通过第二联轴器与收线端回转装置相连，所述收线端回转装置固定在收线装置固定座上；15.所述放线端回转装置和所述收线端回转装置分别带动所述放线轮架和所述收线轮架进行旋转，进而带动所述放线装置和所述收线装置之间的镍钛合金丝进行径向旋转。16.进一步的，所述放线装置固定座和电解装置之间设有放线端定位器和计米器；所述计米器通过光轴固定器固定在放线端定位器侧端；17.所述收线装置固定座和烘干装置之间设有收线端定位器，所述镍钛合金丝穿过所述收线端定位器，所述收线端定位器安装在第三滚珠丝杆的滑块上，所述第三滚珠丝杆带动所述收线端定位器前后运动。18.进一步的，所述收线装置固定座的前方安装第三气动旋转夹紧装置，所述气动旋转夹紧装置用于夹紧所述收线轴；所述第三气动旋转夹紧装置安装在第四滚珠丝杆的滑块上，所述第四滚珠丝杆带动第三气动旋转夹紧装置的夹头靠近收线轴。19.本发明还公开了一种医用异型镍钛合金丝工艺，其特征在于，包括如下步骤：20.步骤一、安装镍钛合金丝：21.将镍钛合金丝缠绕在放线轮上，并将镍钛合金丝的自由端依次穿过放线端定位器、计米器、电解装置、清洗装置、烘干装置、收线端定位器后，固定在收线轮上；22.步骤二、电解，具体操作步骤如下：23.2.1、使第一气动旋转夹紧装置和第二气动旋转夹紧装置夹紧工具阳极的两端，同时使第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、放线端回转装置和收线端回转装置同步旋转，旋转速度为0.1～1r/min；24.2.2、启动第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆使第一工具阴极和第二工具阴极以0.1～0.3mm/min的速度向工件阳极进给，第一工具阴极和第二工具阴极与工件阳极之间的间隙保持在0.1～0.5mm；25.2.3、打开电解装置中的电解液喷射装置，电解液沿工件阳极径向高速冲液，速度为10～30m/s；26.2.4、给第一工具阴极、第二工具阴极和工件阳极通电，使工件阳极逐步溶解，形成和第一工具阴极和第二工具阴极相对应的形状，加工到规定尺寸后，断电，便可得到与阴极形状相反的工件；27.2.5、启动第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆带动分别带动第一工具阴极和第二工具阴极远离工件阳极，回归初始位置；电解液停止喷射；28.2.5、使第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、放线端回转装置和收线端回转装置同步停止旋转并回归初始角度；使第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置松开工具的两端；29.步骤三、收线：30.3.1、启动第四滚珠丝杆，带动第三气动旋转夹紧装置向收线装置固定座进给，到达预设位置后停止进给，使第三气动旋转夹紧装置的夹头加进收线轴；31.3.2、打开清洗装置以及烘干装置；32.3.3、使第三气动旋转夹紧装置旋转开始收线，并使第三滚珠丝杆工作带动收线端定位器做前后往复运动；33.3.4、进线装置中放线轮由收线轮带动旋转进行放线；计米器监测放线长度，当达到预设长度时，反馈信息并停止放线；34.3.5、第三滚珠丝杆停止运动，第三气动旋转夹紧装置停止旋转；35.3.6、第三气动旋转夹紧装置松开收线轮的收线轴，启动第四滚珠丝杆带动第三气动旋转夹紧装置远离收线轴，回归初始位置；36.3.7、关闭清洗装置以及烘干装置；37.步骤四、重复步骤二和步骤三，得到医用异形镍钛合金丝。38.有益效果：39.1)本发明可以实现异形镍钛合金丝的稳定、连续电解加工，确保医用异形镍钛合金丝的加工精度和加工质量满足工艺设计要求，克服现有的医用异形镍钛合金丝难加工、生产效率低以及加工过程不稳定等问题。40.2)采用电解技术加工镍钛合金丝，有利于提高医用异形镍钛合金丝的加工精度,增强加工过程的稳定性。41.3)采取沿工件阳极(镍钛合金丝)径向高速冲液，使得对加工区表面的冲刷更均匀、更强烈，有利于及时排走电解产物，保证加工的稳定性。附图说明42.图1为本发明医用异型镍钛合金丝加工装置的结构示意图；43.图2为本发明放线装置的结构示意图；44.图3为本发明电解装置的结构示意图；45.图4为本发明电解装置的剖面结构示意图；46.图5为本发明电解匣的剖面结构示意图；47.图6为本发明收线装置的剖面结构示意图；48.图7为本发明实施例中加工得到的医用异形镍钛合金丝的结构示意图；49.图中标号：放线装置1；放线轮101；放线轮架102；第一阻尼装置103；第一联轴器104；放线端回转装置105；放线装置固定座106；放线端定位器107；计米器108；电解装置2；电解匣201；工件阳极支撑座2011：所述电解液喷射装置2012；第一气动旋转夹紧装置202、第二气动旋转夹紧装置203、第一工具阴极204；第二工具阴极205；清洗装置3；烘干装置4；收线装置5；收线轮501；收线轮架502；第二联轴器503；收线端回转装置504；收线装置固定座505；收线端定位器506；第三滚珠丝杆507；第三气动旋转夹紧装置508；第四滚珠丝杆509；工具阳极6。具体实施方式50.下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。51.如图1-6所示，一种医用异型镍钛合金丝加工装置，从右至左依次包括放线装置1、电解装置2、清洗装置3、烘干装置4以及收线装置5；所述放线装置1内缠绕有镍钛合金丝，所述镍钛合金丝的自由端依次穿过电解装置2、清洗装置3和烘干装置4后固定在所述收线装置5上；所述电解装置2用于将镍钛合金丝加工成医用异形镍钛合金丝；所述清洗装置3用于去除医用异形镍钛合金丝表面残留的电解质；所述烘干装置4用于除去医用异形镍钛合金丝表面的水分。52.所述电解装置2包括电解匣201、第一气动旋转夹紧装置202、第二气动旋转夹紧装置203、第一工具阴极204和第二工具阴极205；所述第一气动旋转夹紧装置202和第二气动旋转夹紧装置203分别位于所述电解匣201的左右两侧；所述第一工具阴极204和第二工具阴极分别位于所述电解匣201的前后两侧；所述电解匣201内设有工件阳极支撑座2011和电解液喷射装置2012；所述工件阳极支撑座2011通过螺钉固定在电解匣201的底面上，所述工件阳极支撑座2011上覆有绝缘层，所述电解液喷射装置2012通过螺栓固定在电解匣201的上端盖内侧。所述第一气动旋转夹紧装置202和第二气动旋转夹紧装置203的夹头均采用绝缘材料制成。53.经过电解装置2的镍钛合金丝依次穿过第二气动旋转夹紧装置203、电解匣201、第一气动旋转夹紧装置202；所述电解匣201内的镍钛合金丝为工件阳极，所述工件阳极置于所述工件阳极支撑座2011上，且位于所述电解液喷射装置2012的喷射口下方；所述第一气动旋转夹紧装置202和第二气动旋转夹紧装置203用于夹紧所述工件阳极的两端；54.所述第一工具阴极204和第二工具阴极205分别固定在第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆的滑块上；所述电解匣201的前侧壁设有供所述第一工具阴极204穿过的第一通孔；所述电解匣201的后侧壁设有供所述第二工具阴极205穿过的第二通孔；所述第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆分别带动第一工具阴极204和第二工具阴极205向所述工件阳极进给。55.所述第一工具阴极204和第二工具阴极205靠近所述工具阳极6的一端与所述工具阳极6预期加工成形的形状相对应。所述工具阳极6与电源负极连接，所述工具阴极与电源正极连接。56.所述放线装置1包括放线轮101和放线轮架102，所述镍钛合金丝缠绕在所述放线轮101上；所述放线轮101的放线轴可转动的安装在所述放线轮架102上，所述放线轴的两端设有第一阻尼装置103；所述放线轮架102通过第一联轴器104与放线端回转装置105相连，所述放线端回转装置105固定在放线装置固定座106上；所述放线装置固定座106和电解装置2之间设有放线端定位器107和计米器108；所述计米器108通过光轴固定器固定在放线端定位器107侧端。57.所述收线装置5包括收线轮501和收线轮架502，所述镍钛合金丝的自由端固定在所述收线轮501上，所述收线轮501的收线轴可转动的安装在收线轮架502上，所述收线轴的两端装有第二阻尼装置。所述收线轮架502通过第二联轴器503与收线端回转装置504相连，所述收线端回转装置504固定在收线装置固定座505上；所述收线装置固定座505和烘干装置4之间设有收线端定位器506，所述镍钛合金丝穿过所述收线端定位器506，所述收线端定位器506安装在第三滚珠丝杆507的滑块上，所述第三滚珠丝杆507带动所述收线端定位器506前后运动。58.所述放线端回转装置105和所述收线端回转装置504分别带动所述放线轮架102和所述收线轮架502进行旋转，进而带动所述放线装置1和所述收线装置5之间的镍钛合金丝进行径向旋转。59.所述收线装置固定座505的前方安装第三气动旋转夹紧装置508，所述气动旋转夹紧装置用于夹紧所述收线轴；所述第三气动旋转夹紧装置508安装在第四滚珠丝杆509的滑块上，所述第四滚珠丝杆509带动第三气动旋转夹紧装置508的夹头靠近收线轴。60.本发明中，所述第一滚珠丝杆、第二滚珠丝杆分别由伺服电机控制；所述第三滚珠丝杆和第四滚珠丝杆分别由步进电机控制；第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置的夹头采用气动压紧方式将工件阳极的两端夹紧；第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、第三气动旋转夹紧装置的旋转分别由旋转电机控制。61.本实施例还提供一种医用异型镍钛合金丝工艺，采用上述装置对直径为2mm镍钛合金丝进行电解加工以得到符合条件的医用异形镍钛合金丝。加工后的医用异形镍钛合金丝如图7所示，具体工艺步骤如下：62.步骤一、安装镍钛合金丝：63.将镍钛合金丝缠绕在放线轮上，并将镍钛合金丝的自由端依次穿过放线端定位器、计米器、电解装置、清洗装置、烘干装置、收线端定位器后，固定在收线轮上；经由进线端定位器保持直线经过计米器；64.步骤二、电解，具体操作步骤如下：65.2.1、使第一气动旋转夹紧装置和第二气动旋转夹紧装置夹紧工具阳极的两端，同时使第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、放线端回转装置和收线端回转装置同步缓慢旋转，旋转速度为0.1～1r/min66.2.2、启动第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆使第一工具阴极和第二工具阴极向工具阳极进给，第一工具阴极和第二工具阴极以0.1～0.3mm/min的速度向工件阳极进给，第一工具阴极和第二工具阴极与工件阳极之间的间隙保持在0.1～0.5mm；伺服电机的定位精度可达0.001mm，因此加工尺寸误差可保持在±0.005mm；67.2.3、打开电解装置中的电解液喷射装置，采用氯化钠或硝酸钠水溶液作为电解液，通常将电解液浓度控制为120g/l～300g/l，温度控制为20～30℃；电解液沿工件阳极径向高速冲液，速度为10～30m/s；68.2.4、给第一工具阴极、第二工具阴极和工件阳极通电，施加5～15v直流电压后，工件阳极逐步溶解，形成和第一工具阴极和第二工具阴极相对应的形状，加工到规定尺寸后，断电，便可得到与阴极形状相反的工件；69.2.5、第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆带动分别带动第一工具阴极和第二工具阴极远离工件阳极，回归初始位置；电解液停止喷射；70.2.5、使第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置、放线端回转装置和收线端回转装置同步停止旋转并回归初始角度；第一气动旋转夹紧装置、第二气动旋转夹紧装置松开工具的两端；71.步骤三、收线72.3.1、启动第四滚珠丝杆，带动第三气动旋转夹紧装置向收线装置固定座进给，到达预设位置后停止进给；使第三气动旋转夹紧装置的夹头加进收线轴；73.3.2、打开清洗装置以及烘干装置；74.3.3、使第三气动旋转夹紧装置旋转开始收线，并使第三滚珠丝杆工作带动收线端定位器做前后往复运动；75.3.4、进线装置中放线轮由收线轮带动旋转进行放线；计米器监测放线长度，当达到预设长度时，反馈信息并停止放线；76.3.5、第三滚珠丝杆停止运动，第三气动旋转夹紧装置停止旋转；77.3.6、第三气动旋转夹紧装置松开收线轮的收线轴，启动第四滚珠丝杆带动第三气动旋转夹紧装置远离收线轴，回归初始位置；78.3.7、关闭清洗装置以及烘干装置；79.步骤四：重复步骤二和步骤三，得到医用异形镍钛合金丝。80.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。









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