郭其生，汪小五，徐磊崗，汪富強(qiáng)，鄭 恒

(黃山市誠(chéng)意金屬有限公司，安徽黃山245200)

0 引言

鋁包鋼線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中，面臨著環(huán)境污染、成本高、鋼鋁之間結(jié)合力不夠及生產(chǎn)效率如何提高等一系列問(wèn)題，如何解決或改善這些問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)同行業(yè)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本的關(guān)鍵所在，也是應(yīng)對(duì)國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)的要求之所趨。我們?cè)诮ㄔO(shè)新的鋁包鋼線(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)研制項(xiàng)目時(shí)充分考慮了這些因素，針對(duì)這些問(wèn)題研制開(kāi)發(fā)了強(qiáng)制涂敷工藝、短槽距連續(xù)擠壓包覆工藝和雙金屬快速同步變形工藝等關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)通過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的試驗(yàn)和應(yīng)用，已經(jīng)取得了明顯的效果。本文詳細(xì)介紹這幾種工藝的技術(shù)原理。

1 強(qiáng)制涂敷工藝

在國(guó)內(nèi)外鋼絲生產(chǎn)前的處理大致有酸洗磷化題。彎曲剝殼加鋼刷的強(qiáng)制涂敷工藝流程:放線(xiàn)機(jī)械彎曲剝殼旋轉(zhuǎn)鋼刷強(qiáng)制涂敷(或硼化)工藝和彎曲剝殼加鋼刷無(wú)酸洗工藝。前者最大的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)磷化后的鋼絲在拉拔過(guò)程的潤(rùn)滑效果好，缺點(diǎn)是由于要使用鹽酸、硫酸和磷化液等化學(xué)物質(zhì)，給環(huán)境造成污染，而且處理的成本更大;后者雖然沒(méi)有酸帶來(lái)的環(huán)境污染，但對(duì)后道工序的拉拔潤(rùn)滑效果不好。發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家大多采用后者(無(wú)酸洗工藝)，國(guó)內(nèi)均采用前者(酸洗磷化工藝)。如何既能解決環(huán)境污染問(wèn)題又能實(shí)現(xiàn)鋼絲拉拔過(guò)程中的良好潤(rùn)滑問(wèn)題就是目前國(guó)內(nèi)外面臨的共性問(wèn)收線(xiàn)。

據(jù)國(guó)外報(bào)道，無(wú)酸洗拉拔工藝技術(shù)使用強(qiáng)制涂敷工藝可以實(shí)現(xiàn)良好潤(rùn)滑的效果，但如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制涂敷在國(guó)內(nèi)沒(méi)有使用的先例。根據(jù)這個(gè)思路，我公司提出了強(qiáng)制涂敷裝置的研究試驗(yàn)，研究的關(guān)鍵:如何建立壓力區(qū)?壓力如何調(diào)整?變形量大小如何確定?如何解決壓力區(qū)的冷卻問(wèn)題?如何評(píng)價(jià)涂敷效果?針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了多次試驗(yàn)，取得了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

1.1 壓力區(qū)的建立

圖1為潤(rùn)滑粉強(qiáng)制涂敷于鋼絲表面的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，在設(shè)備的前端安置一個(gè)套模2，后端安置拉絲模5，中間形成了一個(gè)壓力區(qū)4，從而建立了雙模方式的壓力區(qū)域。通常套?？讖奖壤武摻z直徑略大一些，使?jié)櫥垌樌麕氲綁毫^(qū)4，當(dāng)帶入的潤(rùn)滑粉足夠多的時(shí)候，壓力就逐步增加;當(dāng)壓力增加到工藝需要時(shí)，潤(rùn)滑粉就被強(qiáng)制涂覆在鋼絲表面。當(dāng)壓力太大時(shí)通過(guò)泄漏孔8泄出多余的潤(rùn)滑粉。而壓力大小的調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧9來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而保證了工藝需要的壓力，這樣就建立了一個(gè)壓力可調(diào)的壓力區(qū)。

圖1 潤(rùn)滑粉強(qiáng)制涂敷于鋼絲表面的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 壓力的調(diào)整

當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，潤(rùn)滑粉從泄粉孔8泄漏出來(lái)，這樣，壓力模腔內(nèi)就能保持均勻恒定的壓力。選擇合適的抗壓彈簧是關(guān)鍵的技術(shù)之一。準(zhǔn)備各種型號(hào)規(guī)格的彈簧共10個(gè)并分別安裝在設(shè)備上，以作為壓力的調(diào)節(jié)，但必須試驗(yàn)出所需的壓力大小。該彈簧還可通過(guò)調(diào)節(jié)壓下量的大小來(lái)微調(diào)壓力。

1.3 變形量大小的確定

鋼絲在拉絲模中的變形量大小也是關(guān)鍵參數(shù)之一。鋼絲變形時(shí)肯定要發(fā)熱，變形量越大，產(chǎn)生的熱量就越大。經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整變形量(面積減少率)，讓其發(fā)熱量適合強(qiáng)制涂敷的要求。一般情況下面積減少率在20%～27%的范圍內(nèi)比較合適。在這樣的變形范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以使?jié)櫥蹚?qiáng)制涂敷在鋼絲表面。

1.4 涂敷效果的評(píng)價(jià)

當(dāng)潤(rùn)滑粉從泄漏孔中出來(lái)的形態(tài)是熔融狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的強(qiáng)制涂敷效果最佳，鋼絲表面將附有一層均勻的白色潤(rùn)滑劑。如果沒(méi)有達(dá)到這樣的效果時(shí)，可以通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)壓力大小，直至達(dá)到效果為止。剛開(kāi)始拉拔時(shí)效果往往要差一些，此時(shí)彈簧壓力調(diào)到最大;等拉拔一段時(shí)間(約2～3 min)后，模具開(kāi)始發(fā)熱了，效果明顯后再將彈簧壓力適當(dāng)調(diào)小一些。

1.5 冷卻問(wèn)題的解決

拉拔過(guò)程中由于變形抗力的作用會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，則可在如圖1所示的模具冷卻腔7內(nèi)通過(guò)循環(huán)冷卻水來(lái)冷卻模具，以保證模具的冷卻。

2 短槽距連續(xù)擠壓包覆技術(shù)

國(guó)內(nèi)外鋁包鋼線(xiàn)包覆技術(shù)主要有，鋁粉擠壓輥軋法、鋁片軋包法、熱浸鍍鋁法和鋁連續(xù)擠壓包覆法等四種方法。其中，鋁粉擠壓輥軋法是美國(guó)首創(chuàng)的技術(shù)，其生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，投資大，材料要求高，成本也更高，推廣困難，現(xiàn)在基本沒(méi)有人使用此方法;鋁片軋包法是早期約20世紀(jì)70年代的技術(shù)，該方法生產(chǎn)的鋁包鋼線(xiàn)的鋼鋁結(jié)合力差，鋁片容易與鋼絲分離，對(duì)后道工序的再加工造成困難，這種生產(chǎn)方法已被淘汰;熱浸鍍鋁法的鋁層厚度太薄，滿(mǎn)足不了高導(dǎo)電率的產(chǎn)品需要，而且表面光潔度不夠;鋁連續(xù)擠壓包覆法是目前世界上廣泛采用的工藝，這種方法克服了上述三種方法的缺陷。但面臨的問(wèn)題是這種方法在低速運(yùn)行的前期階段設(shè)備主機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)扭矩大，需要配置大功率傳動(dòng)電機(jī);另外要使鋁在模腔內(nèi)部有更好的流動(dòng)性和更高的壓力，就必須提高鋁擠壓時(shí)的溫度，使鋁的變形抗力降低。如何降低連續(xù)擠壓過(guò)程中的傳動(dòng)扭矩和較低溫度下即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓包覆工藝的高效運(yùn)行，就成為鋁包鋼生產(chǎn)過(guò)程中要共同面對(duì)的兩個(gè)問(wèn)題，其關(guān)鍵技術(shù)在于改變輪槽距離和腔體形狀，采用短槽距連續(xù)擠壓包覆技術(shù)(見(jiàn)圖2、圖3)。

圖2 改變輪槽距離和腔體形狀示意圖

圖3 改變前、后輪槽距離和輪沿的尺寸

如圖3b所示，原本的擠壓輪槽距為60mm，輪沿的寬度為16.75mm，現(xiàn)在擠壓輪槽已改為38mm，輪沿寬度為5.75mm，如圖3a所示。正常生產(chǎn)時(shí)擠壓輪的輪沿與模腔直接接觸，由于擠壓輪的槽距減小了，在相同的正壓力的情況下，擠壓輪與模腔的接觸面積減少，它們之間的摩擦力自然也將減小，這樣傳動(dòng)軸的扭矩也將大大降低，主機(jī)電流下降。通過(guò)改變擠壓輪槽距的研究實(shí)踐證明，將擠壓輪槽距改小后所起到的效果很明顯。通常在保證必要的輪沿厚度的前提下，將槽距改為減少37%左右為宜。以生產(chǎn)20.3%IACS導(dǎo)電率的鋁包鋼線(xiàn)為例，比較改變輪槽距前后的顯著效果，見(jiàn)表1。

由表1可知，輪槽距改短后，鋁包鋼線(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯提高，產(chǎn)品的鋼、鋁結(jié)合力也顯著提高，其金相試驗(yàn)電子顯微鏡照片圖中鋼、鋁二次金結(jié)合層的厚度高達(dá)約15 μm(見(jiàn)圖4)。

表1 輪槽距改變前后的比較

圖4 輪槽距改短后鋁包鋼線(xiàn)全相照片圖

圖5為鋁包鋼線(xiàn)包覆工序的工藝流程圖。

圖5 鋁包鋼線(xiàn)包覆工序的工藝流程圖

3 雙金屬快速同步變形技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外采用的雙金屬同步變形技術(shù)主要有兩種:濕拉工藝和干粉式拉拔工藝。濕拉工藝在日本的日立公司和少數(shù)歐洲國(guó)家采用，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是鋁包鋼表面帶有少量的潤(rùn)滑油且光潔干凈，壓力穩(wěn)定，但這種方法的缺點(diǎn)也是很明顯的，其生產(chǎn)設(shè)備投資較大，技術(shù)和控制難度大，潤(rùn)滑劑價(jià)格高，生產(chǎn)效率和成品率較低，因而成本更高;干粉式拉拔工藝實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易，且操作容易掌握，而且潤(rùn)滑粉國(guó)內(nèi)也已經(jīng)研究生產(chǎn)出來(lái)了，生產(chǎn)成本可大幅度降低。但干潤(rùn)滑粉由于流動(dòng)性不好，拉拔過(guò)程壓力模系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整是一個(gè)多因素影響的過(guò)程，所以壓力不夠穩(wěn)定，生產(chǎn)中容易出現(xiàn)壓力過(guò)高和壓力不夠的情況。因此，壓力模具之間的角度、間隙和壓力模表面硬度的優(yōu)化選擇是實(shí)現(xiàn)雙金屬快速同步變形必須解

要保證鋁包鋼雙金屬材料的快速同步變形，必須具備以下條件:

(1)高壓力腔體的密封性要可靠。為了保證密封性，壓力套管的材料選擇很重要，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，使用表面硬度HRC=36～40左右最合適。如圖6所示，當(dāng)壓力套管錐角α與拉絲模入口角度β接觸時(shí)彼此之間需要有一定的彈性變形才能更好地保證壓力腔的密封性。當(dāng)表面硬度太高時(shí)就很難產(chǎn)生局部的彈性變形，造成接觸處不容易密封。如果表面硬度太低，壓力套管的耐磨性能下降，這樣的結(jié)果都會(huì)導(dǎo)致高壓腔體的壓力不能長(zhǎng)期保持，使用壽命短。

圖6 壓力套模角與拉絲模入口角之間的關(guān)系

(2)合適的角度。如圖6所示，為了保證壓力套模(管)錐角α與拉絲模入口角度β接觸時(shí)吻合，壓力模(管)角α一定要小于拉絲模入口錐角度β才能保證密封性。如果太大，壓力套模(管)錐角與拉絲模接觸處容易產(chǎn)生倒角，在倒角處容易產(chǎn)生局部的密封不好而泄漏拉絲粉。通常拉絲模入口錐角度為80°，所以壓力套模(管)錐角應(yīng)小于這個(gè)角度;但也不能太小，如果該角度太小，壓力套模(管)錐頭部分的壁厚太薄，在壓緊狀態(tài)時(shí)容易缺損而成缺口，因?yàn)閴毫μ啄?管)錐型部分與拉絲模的入口區(qū)是部分接觸，所以?xún)烧吆侠淼慕嵌扰浜?一般選68°～78°)也是有效保證壓力套模(管)與拉絲模接觸處的密封性能的關(guān)鍵之一。

(3)壓力套模(管)內(nèi)徑D與拉拔絲直徑d之間合適的間隙。如圖6所示，兩者的間隙=D－d。由于不同導(dǎo)電率的鋁包鋼線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度差別很大(1590～680MPa)，所以，同步變形時(shí)所需要的壓力也是不一樣的。在選擇和設(shè)計(jì)模具時(shí)，此間隙為0.20～0.80mm，對(duì)低導(dǎo)電率的鋁包鋼線(xiàn)的間隙要小，高導(dǎo)電率的間隙要大。同時(shí)在壓力套模(管)的入口處鑲嵌一個(gè)同直徑的YG8硬質(zhì)合金模，可減少模具的磨損，有效保證高壓腔體內(nèi)的壓力更為穩(wěn)定，模具壽命增加，拉拔速度可以大幅度提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋁包鋼生產(chǎn)工藝的研究日益深入，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝，通過(guò)強(qiáng)制涂敷技術(shù)、短槽距連續(xù)擠壓包覆技術(shù)和雙金屬快速同步變形技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，就能較好統(tǒng)籌解決環(huán)境、成本、產(chǎn)品性能等問(wèn)題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］蔣宏范.鋁包鋼線(xiàn)拉拔技術(shù)的研究［D］.大連鐵道學(xué)院，1998.

［2］黃豪士，毛慶傳，沈建華，等.三峽工程500 kV大容量輸電線(xiàn)路用導(dǎo)線(xiàn)之二——主干線(xiàn)路大截面ACSR/AS-720/50的研制［J］.電線(xiàn)電纜，2002(3):18-20.