石輝健，黃文杰

（中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣州 510300）

前言

表面處理行業(yè)可以為產(chǎn)品獲取不同的表面性能，如裝飾性能、耐腐蝕性等，同時(shí)還可以制造復(fù)雜的異型零件、組件等，這是其他加工工藝行業(yè)所不能達(dá)到的。因此，表面處理行業(yè)在整個(gè)工業(yè)體系中具有不可取代的地位，特別是在航空、航天及軍工行業(yè)，由于產(chǎn)品功能性的特殊需求，表面處理所占的比重非常明顯。

隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)智能化的發(fā)展，革新技術(shù)，改進(jìn)設(shè)備，是工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。水平運(yùn)動(dòng)式鋼線表面處理生產(chǎn)線以其高效率、工業(yè)溶液用量少、質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度低、改善操作環(huán)境、節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空國(guó)防工業(yè)、汽車工業(yè)和電子通訊等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。改進(jìn)特種鋼線表面處理生產(chǎn)線的設(shè)備結(jié)構(gòu)，改善設(shè)備性能，提高生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率，滿足不同領(lǐng)域的需要。這里主要介紹設(shè)備的布置和相關(guān)設(shè)備組成。

1 特種鋼線拉絲及表面處理生產(chǎn)線的組成

特種鋼線拉絲及表面處理生產(chǎn)線采用立體式布置，主要由拉絲系統(tǒng)、牽引動(dòng)力系統(tǒng)、脫脂系統(tǒng)、連續(xù)退火系統(tǒng)、鍍鎳系統(tǒng)、造膜系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)等七大系統(tǒng)組成，其中牽引動(dòng)力系統(tǒng)包括放線裝置和收線裝置。放線裝置、脫脂系統(tǒng)、連續(xù)退火系統(tǒng)、鍍鎳系統(tǒng)中的鋼線經(jīng)過(guò)通道幾乎置于同一水平線上，在生產(chǎn)過(guò)程中，鋼線經(jīng)過(guò)導(dǎo)向裝置后水平運(yùn)動(dòng)式通過(guò)這幾個(gè)系統(tǒng)。鋼線在經(jīng)過(guò)鍍鎳系統(tǒng)后，呈“V”型進(jìn)出造膜系統(tǒng)，垂直通過(guò)烘干系統(tǒng)，再呈倒“V”型進(jìn)入收線裝置。

2 立體式生產(chǎn)線布置

表面處理生產(chǎn)線生產(chǎn)裝備由于具有非標(biāo)設(shè)備性質(zhì)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。根據(jù)生產(chǎn)線布局特點(diǎn)，分為平面式布置和立體式布置。傳統(tǒng)的表面處理生產(chǎn)線主要以平面式布置為主，都是以單個(gè)獨(dú)立的子體系機(jī)械連接而成，存在生產(chǎn)線零亂、不美觀及生產(chǎn)線內(nèi)部空間浪費(fèi)等問(wèn)題。立體式生產(chǎn)線在采用新技術(shù)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。本生產(chǎn)線為布置為立體式布置，如圖1所示。

工作槽由用型材制作的鋼架托起，把循環(huán)泵、鼓風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)液槽等一些設(shè)備放置到工作槽下方的鋼架之上，避免設(shè)備直接與地面接觸，風(fēng)管和相關(guān)的給排水管道放置在工作槽的側(cè)邊或底下。這樣一來(lái)，立體式布置既可以節(jié)省設(shè)備安裝的空間，又可以減少由于地面潮濕或表面處理溶液滴落造成設(shè)備被腐蝕的機(jī)會(huì)，同時(shí)還可以減少由于循環(huán)泵、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲對(duì)人產(chǎn)生影響，給工人創(chuàng)造一個(gè)較安靜的工作環(huán)境。此外，設(shè)備與槽區(qū)的分上下層布置，上下組合槽為半封閉槽體，大大減少了表面處理過(guò)程中腐蝕性氣體對(duì)設(shè)備的腐蝕，同時(shí)維護(hù)也方便。操作平臺(tái)及維修通道置于鋼架兩側(cè)，把管道、閥門、設(shè)備、槽體與操作區(qū)隔離，減少腐蝕性氣體對(duì)鋼架、設(shè)備的腐蝕，改善車間生產(chǎn)環(huán)境。既能達(dá)到環(huán)保、節(jié)能的效果，又可以美化、統(tǒng)一生產(chǎn)線的外觀。生產(chǎn)線采用立體式布置，各個(gè)工序設(shè)備緊湊相連，雖然一次性的投資成本略有增加，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以大量減少能耗，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，以及能減少設(shè)備保養(yǎng)更新的費(fèi)用。

圖1 立體式布置圖

3 拉絲系統(tǒng)

拉絲系統(tǒng)由拉絲前處理槽體與拉絲機(jī)組成，特種鋼線在進(jìn)行拉絲前需要進(jìn)行酸洗及柔性處理。特種鋼線經(jīng)過(guò)前處理槽體的位置與拉絲機(jī)的水平位置持平，減少特種鋼線在經(jīng)過(guò)槽體進(jìn)入拉絲的磨損幾率。特種鋼線在拉絲機(jī)上多次拉拔，一次成型，保證成品的合格率。

4 牽引動(dòng)力系統(tǒng)

鋼線表面處理生產(chǎn)線的設(shè)備中有一組提供鋼線運(yùn)動(dòng)的牽引動(dòng)力系統(tǒng)，包括收線機(jī)組和放線機(jī)組，通常也稱為收放線裝置。一般以收線機(jī)為主動(dòng)輪，放線機(jī)為從動(dòng)輪，分別置于鋼線表面處理生產(chǎn)線頭尾兩端。放線裝置主要由轉(zhuǎn)盤、線圈及相應(yīng)的導(dǎo)線裝置組成。收線裝置是由無(wú)級(jí)調(diào)速變頻電機(jī)提供動(dòng)力的第一帶輪及由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二帶輪，通過(guò)同步齒帶連接控制收線的倒立式梅花收線機(jī)組裝置，提供鋼線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力并用以收取鋼線。

鋼線表面處理生產(chǎn)線的放線裝置設(shè)計(jì)有鎖緊機(jī)構(gòu)，其中張力檢查設(shè)備能自動(dòng)調(diào)節(jié)放線時(shí)鋼線的張力，保證其狀態(tài)平直，還可避免收線機(jī)組緊急停止時(shí)自動(dòng)放線。鋼線放線裝置假如沒(méi)有鎖緊機(jī)構(gòu)很容易導(dǎo)致鋼線在通過(guò)導(dǎo)向裝置進(jìn)入各種處理槽時(shí)跳線或被卡死造成斷線。更為嚴(yán)重的是當(dāng)收線機(jī)組突然停機(jī)時(shí)鋼線因慣性作用而在導(dǎo)向裝置上松弛、容易造成在處理槽上亂線，尤其是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的收線機(jī)突然停機(jī)時(shí)，這種現(xiàn)象更容易發(fā)生。為了避免這種故障的發(fā)生，用戶在生產(chǎn)過(guò)程中就不得不安排專人在放線機(jī)組部位用手緊緊拉直鋼線。這不僅浪費(fèi)人力，而且還很難避免鋼線的跳線和亂線[3]。

本生產(chǎn)線的收線裝置是一種倒立式梅花收線機(jī)組上的收線機(jī)構(gòu)，主要由機(jī)架和驅(qū)動(dòng)裝置組成，其中驅(qū)動(dòng)裝置包括三相交流變頻電機(jī)和減速機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置安裝在機(jī)架的頂部，其中三相交流變頻電機(jī)的動(dòng)力輸出端上安裝第一帶輪，減速機(jī)的動(dòng)力輸入端上安裝第二帶輪。第一帶輪通過(guò)同步齒形帶與第二帶輪連接，減速機(jī)的動(dòng)力輸出端驅(qū)動(dòng)空心軸，在空心軸上套設(shè)卷筒，在卷筒的下方位于空心軸的軸端處安裝進(jìn)線導(dǎo)輪組件，在進(jìn)線導(dǎo)輪組件一側(cè)安裝第一變形器，在第一變形器的一側(cè)安裝換向?qū)л?，在換向?qū)л喴粋?cè)安裝引入導(dǎo)輪組件；同時(shí)在卷筒的一側(cè)安裝第二變形器，在第二變形器的一側(cè)安裝上卷筒導(dǎo)輪組件；在卷筒的另外一側(cè)安裝大壓輪組件和拔絲桿組件。

5 脫脂

脫脂工序中的工藝槽，包括電解酸洗槽、水洗槽，均為上下組合槽。其中一種上下組合槽樣式如圖2所示。

它分上下層布置，上層是工作槽，是對(duì)工件進(jìn)行處理的發(fā)生槽；下層是儲(chǔ)液槽。上下槽之間的液體循環(huán)是通過(guò)耐蝕循環(huán)泵不間斷地進(jìn)行。上槽體制作成一個(gè)相對(duì)封閉的盒體，防止溶液腐蝕性氣體的揮發(fā)和蒸汽帶走的熱能，減少對(duì)設(shè)備造成腐蝕及能量的損失，同時(shí)也由于上槽體敞開(kāi)面積縮小而大大地減少排風(fēng)量，最后經(jīng)由風(fēng)管將腐蝕性氣體輸送到廢氣處理塔進(jìn)行處理，對(duì)環(huán)境危害大大減小。上槽體本身配置有透明開(kāi)啟窗和可折疊的活門，可防止腐蝕性氣體污染環(huán)境，又便于觀察。上槽體頂部有排風(fēng)管，工作時(shí)關(guān)閉開(kāi)啟窗和活門，打開(kāi)風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)半封閉式操作，減少防止溶液腐蝕性氣體的揮發(fā)，有利于改善環(huán)境。倘若是對(duì)稱式的兩條生產(chǎn)線同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，相同的工序可以共用一套管路系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)，大大節(jié)省制作的成本。上槽內(nèi)有定位裝置、導(dǎo)向裝置、吹水裝置。下槽的液體循環(huán)是通過(guò)循環(huán)泵輸入到上槽進(jìn)行的，上槽液體又從溢流口流人排水口返回到下槽，如此往復(fù)。上下槽內(nèi)液體得以循環(huán)使用，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)液閥和浮球液位計(jì)來(lái)控制上槽液面高度，可減少水資源的浪費(fèi)。由于上下組合槽內(nèi)的溶液是不斷循環(huán)的，所以上槽內(nèi)的溶液濃度、成分、溫度等更為均勻一致，保證了鋼線表面處理的質(zhì)量。

圖2 上下組合槽結(jié)構(gòu)圖

6 連續(xù)退火

為了提高鋼線韌性在鍍鎳前一般都需要進(jìn)行退火處理。這種退火處理既要使鋼絲降低硬度、提高韌性，又要使其表面盡量少地產(chǎn)生氧化皮，更不能造成表面腐蝕。連續(xù)退火爐與冷卻槽連同為一個(gè)整體，鋼線經(jīng)過(guò)連續(xù)退火爐進(jìn)行退火后進(jìn)入冷卻槽內(nèi)部的圓管進(jìn)行冷卻。連續(xù)退火爐與冷卻槽內(nèi)的圓管不漏水地互相連接起來(lái)，這樣可以實(shí)現(xiàn)空氣冷卻，控制冷卻時(shí)間和冷卻溫度，改善鋼線退火性能。連續(xù)退火爐與冷卻槽內(nèi)鋼線走道平直，減少鋼線運(yùn)動(dòng)的摩擦，鋼線損傷幾率也大大減小。

7 鍍鎳

鍍鎳工序中的工藝槽，包括電解酸洗槽、水洗槽及電鍍槽，均為上下組合槽。上槽內(nèi)有定位裝置、導(dǎo)向裝置、吹水裝置及導(dǎo)電裝置。它分上下層布置，上層是工作槽，下層是儲(chǔ)液槽。上槽和下槽的液體循環(huán)是通過(guò)循環(huán)泵不斷進(jìn)行的，其循環(huán)路徑為：下槽—循環(huán)泵—循環(huán)管—上槽—溢流管—下槽。

7.1 定位裝置

定位裝置由一個(gè)橫的托輥和兩塊豎的夾板構(gòu)成，托輥采用的材料是玻璃棒以減少鋼線運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，兩塊夾板在安裝固定板上可以上下調(diào)節(jié)，以保證鋼線經(jīng)過(guò)處理槽時(shí)既不接觸上槽底面，又不露出液面。同時(shí)還可以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)槽體的水平位置，保證鋼線從上一個(gè)工序過(guò)渡到下一個(gè)工序的水平平衡度。

7.2 導(dǎo)向裝置

導(dǎo)向裝置由7套陶瓷導(dǎo)向板、一塊扣板和兩塊豎的夾板構(gòu)成，導(dǎo)向板與扣板之間的縫隙可以調(diào)節(jié)，既保證不同規(guī)格的鋼線能夠通過(guò)，又可防止鋼線的任意擺動(dòng)或翻轉(zhuǎn)[4]。

7.3 吹水裝置

所謂吹水裝置就是利用氣體高速?zèng)_擊工件時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊力來(lái)迅速完成清洗、脫水等作用的裝置。該裝置由鼓風(fēng)機(jī)和氣管兩部分組成，氣管設(shè)計(jì)成可以從設(shè)備之外拆卸的結(jié)構(gòu)。氣吹的目的是采用高壓氣經(jīng)吹氣管對(duì)鋼線進(jìn)行清洗、吹水，以減少鋼線對(duì)處理液的帶出量。鋼線先經(jīng)水洗槽迅速將殘留其表面的少量藥劑清洗后，經(jīng)高壓氣吹掉鋼絲上遺留的水液，不帶入下一級(jí)處理槽，避免造成槽液的連續(xù)污染，有利于提高鍍層的質(zhì)量。

7.4 導(dǎo)電裝置

導(dǎo)電裝置的作用是使鋼線與電極在電鍍液內(nèi)形成電場(chǎng)，使電鍍液中的離子移向鋼線表面形成鍍層。導(dǎo)電裝置的電極支架固定在上槽的槽格骨架上，電極安裝在電極支架上，導(dǎo)電線與電極支架相連，形成導(dǎo)電裝置。電極置于鋼線的的正下方，并且不跟鋼線接觸，導(dǎo)電面積大，導(dǎo)電性良好，同時(shí)又減少了鋼線運(yùn)動(dòng)的阻力。每套電極上方都有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，冷卻液冷卻電極后流入槽間接水盤，經(jīng)溢流管流入儲(chǔ)液槽進(jìn)行循環(huán)。

7.5 內(nèi)部鋼線輸送裝置

內(nèi)部鋼線輸送裝置由6套萬(wàn)向?qū)蜉喖爸Ъ芙M成，萬(wàn)向輪為雙列布置。增加該裝置主要目的是在不需要進(jìn)行鍍鎳工序時(shí)，鋼線可以直接經(jīng)過(guò)該裝置到達(dá)下一工序。假如沒(méi)有內(nèi)部鋼線輸送裝置，在不需要進(jìn)行鍍鎳處理時(shí)，鋼線仍要穿過(guò)鍍鎳各種處理槽，這樣就需要清除槽內(nèi)的槽液、清洗槽體等工作內(nèi)容，工作繁瑣。有了這套裝置，不僅可以減少工作量，操作也更為方便。

8 造膜、烘干

鋼線進(jìn)入造膜槽造膜時(shí)，鋼絲呈“V”型進(jìn)出槽體，導(dǎo)線輪安裝在造膜槽中，大部分輪體浸在造膜液中，保證鋼線通過(guò)時(shí)能完成造膜工序，如圖3所示。鋼線從造膜槽出來(lái)后，垂直進(jìn)入烘干爐直接烘干。烘干主要是將鋼線表面上的水分除去，防止基體金屬再次銹蝕，以提高造膜質(zhì)量。烘干工序是表面處理的最后一道輔助工序。造膜槽置于烘干爐的平臺(tái)下方，相應(yīng)的控制電柜也置于烘干爐的平臺(tái)下方，立體式布置，設(shè)備平整美觀。鋼線從烘干爐出來(lái)后，呈倒“V”型進(jìn)入收線裝置，完成造膜、烘干工序。

圖3 造膜槽結(jié)構(gòu)圖

9 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備加工制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)施，獲得設(shè)備設(shè)計(jì)和布局安裝的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，更加符合生產(chǎn)的需要。本生產(chǎn)線設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善、布局合理、節(jié)能環(huán)保，資源的利用率高。經(jīng)實(shí)踐證明該生產(chǎn)線設(shè)備是鋼線表面處理的理想設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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