吳超 張有信 王凌鵬
摘 ?要:金屬絲拉絲機是金屬制品加工工藝中一種重要的設備,在鋼絲繩、電線電纜、焊接材料、五金加工等方面的生產(chǎn)有著重要的作用。塔輪式金屬絲拉絲機是拉絲機的一種,該文介紹了塔輪式拉絲機的特點及種類、拉絲機線模的工作特點。我國拉絲機較國外發(fā)達國家的拉絲機在應用方面有很大的差距,對國內(nèi)外拉絲機進行了簡單的比較。綜合以上對拉絲機的發(fā)展進行淺析。
關(guān)鍵詞:拉絲機 ?發(fā)展現(xiàn)狀 ?塔輪式
中圖分類號:F426 ? 文獻標識碼:A ? ? ? ? ? 文章編號:1672-3791(2019)05(c)-0058-04
Abstract: Wire drawing machine is an important equipment in the processing of metal products. It plays an important role in the production of wire rope, wire and cable, welding materials and metal processing. The tower wheel wire drawing machine is a kind of wire drawing machine. This paper introduces the characteristics and types of the tower wheel wire drawing machine and the working characteristics of the wire drawing machine. Compared with wire drawing machines from developed countries, wire drawing machines in China have a big gap in application, and simple comparisons have been made between wire drawing machines at home and abroad. Comprehensive analysis of the development of the wire drawing machine.
Key Words: Wire drawing machine; Development status; Tower wheel type
拉絲機也叫做拔絲機、拉線機、拔料機,是指在常溫下通過拉伸模具對金屬材料進行壓力加工的一種機械設備,通過多次的拉拔可以將線材加工為我們所需要的線徑。從產(chǎn)品終端來說,拉絲機分為大拉機、中拉機、小垃圾、微拉機,一般來講大拉機的加工線徑在10mm以上,中拉機在1~10mm之間,小拉機在0.1~1mm之間,微拉機小于0.1mm;從機械結(jié)構(gòu)進行劃分,又可將拉絲機分為水箱式、滑輪式、直進式等主要的幾種;從材料上來看,可將拉絲機分為塑料拉絲機、竹木拉絲機以及金屬拉絲機,塑料拉絲機主要是以聚丙烯、高密度乙烯等為原料進行拉拔,竹木拉絲機是以木絲為原材料,主要用于筷子、竹簽、燒烤棒的拉拔,金屬絲拉絲機能夠拉制的線材包括銅絲、不銹鋼絲等[1,2]。
1 ?金屬絲拉絲裝備及分類
拉絲工藝是一種金屬加工工藝。金屬壓力加工中,在外力的作用下使金屬強行通過模具,金屬橫截面積被壓縮,并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的技術(shù)加工方法稱為金屬拉絲工藝。微拉機屬于拉絲機的一種,拉絲機分為大拉、中拉、小拉和微拉,其中微拉機拉出絲的線徑是最細的。塔輪式金屬絲拉絲裝備主要分為活套式、水箱式、雙卷筒式和其他方式[3,4]。
1.1 活套式
在相鄰兩個卷筒之間設置一個活套臂,活套臂在金屬秒體積流量出現(xiàn)不平衡時,可以收入或放出少量金屬絲,起緩沖作用?;钐妆郾旧磉€是速度控制系統(tǒng)的反饋單元,使速度偏差能及時糾正。另外,活套臂還能使拉絲機保持恒定反拉力拉拔?;钐资嚼z機金屬絲的簡化了金屬的走線,適用范圍廣泛,能適應不同金屬絲品種規(guī)格的拉拔要求。采用直流電動機驅(qū)動,能大范圍無級調(diào)速,滿足不同配模要求和速度要求,是拉絲機工作處于最佳狀態(tài),拉拔速度高,活套式拉絲機制造成本較高,管理、操作、維護水平高。現(xiàn)代化活套式拉絲機通過改進結(jié)構(gòu)也能增加卷筒上的積線量,從而改進金屬絲的冷卻效果[5]。
如圖1所示,活套式拉絲機不會產(chǎn)生橫向扭轉(zhuǎn),這就保證了金屬絲的表面質(zhì)量及品質(zhì)?;钐资嚼z機的制造成本較低,且維修難度及操作難度遠高于其余拉絲機,但是由于導輪過多,金屬絲線走線復雜,所以不能拉拔較硬以及大規(guī)格的金屬絲。
1.2 水箱塔輪式
如圖2所示,水箱塔輪式拉絲機是由多個拉拔頭組成的小型連續(xù)生產(chǎn)設備,通過多級拉拔,將塔輪置于水箱中,最后將金屬絲拉到所需的規(guī)格[6]。就國內(nèi)幾個主要水箱塔輪式拉絲機生產(chǎn)商來看,塔輪中間一般配置了20多個拉拔頭。通過每一級的拉拔后,金屬絲的線徑發(fā)生了變化,所以每個拉拔頭的工作速度也應有變化。在整個過程中,只需要1臺電動機通過機械傳動或齒輪箱來驅(qū)動。根據(jù)拉模配置的不同,各個拉拔頭的拉拔速度也會變化[7,8]。
相比較其他類型的拉絲機,水箱塔輪式拉絲機在拉拔過程中,金屬絲跟塔輪的速度不同步,從而導致兩者之間存在速度差,使二者產(chǎn)生了相對滑動。在工作過程中,由于線徑會產(chǎn)生無軸向扭轉(zhuǎn),所以拉拔速度比較高。拉拔過程在冷卻潤滑液中進行,所以拉拔出來的金屬絲品質(zhì)較高[9]。因此水箱塔輪式拉絲機一般用于拉制規(guī)格較細的金屬絲。
1.3 雙卷筒式
雙卷筒式拉絲機是由滑輪式拉絲機發(fā)展而來的。由上卷筒取代了上滑輪結(jié)構(gòu),避免了金屬絲扭轉(zhuǎn)和走線不穩(wěn)的兩個缺點,同時增加了卷筒的積線量,提高了金屬絲的冷卻能力,大大提高了拉拔速度。由于導輪增多,尤其是在中間滑輪處金屬絲反彎轉(zhuǎn)180°,使得雙卷筒拉絲機不適于拉拔粗規(guī)格金屬絲[10]。雙卷筒拉絲機的積線量平均分配在兩個卷筒上,能充分利用雙卷筒的積線能力,操作方便。
如圖3所示,雙卷筒式拉絲機分為上、下兩部分,中間存在一個滑輪。上卷筒1進行積線,下卷筒5進行拉拔。在工作的時候,由于積線的存在,使得其冷卻效果高于其他拉絲機[11]。
1.4 其他方式
直進式拉絲機是將金屬線材在卷筒上繞幾圈后直接進入下一個拉絲模中,然后在下一個卷筒上重復操作,由于沒有中間過線導輪,機械結(jié)構(gòu)較活套式簡化了許多,兩卷筒之間的線材為直線狀,沒有積壓線材,是一種較為先進的拉絲機,適合拉拔高強度、大規(guī)格的金屬絲,但它的投資大、直線調(diào)速系統(tǒng)復雜、維護難度大,冷卻效果差等這些因素的影響,給它的推廣帶來了一定的阻礙[12,13]。
2 ?塔輪式拉絲機張力控制方式
拉絲機的張力控制通常是用PLC或工控機作為中心控制器,通過傳感器檢測張力輥的擺動角度,來測量金屬絲上實時的拉力大小,從而對收放線電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),以保證張力的穩(wěn)定。對于微細金屬絲,由于需要進行多次的拉拔,中間導輪比較多,另外還需要高速走絲,走線過程中對張力的控制要求比較高,對同步控制的要求也比較高[14]。
隨著電氣技術(shù)的不斷進步,PLC與交流伺服控制相結(jié)合的控制張力的方式是目前應用較為普遍的。如圖4所示,該拉絲機張力控制過程:金屬絲的初始張力設定值通過編程軟件進行設定,在拉拔過程中,當金屬絲上的張力發(fā)生波動時,由傳感器3檢測到偏差值,輸出信號為V,信號V通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,利用該數(shù)字信號與目標張力設定值相減,將其差值送入PLC,經(jīng)過PLC的處理會得到一個數(shù)字量,再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換,輸出電壓信號去控制伺服驅(qū)動器7,從而進一步由伺服驅(qū)動器來調(diào)節(jié)伺服電動機的轉(zhuǎn)速,使張力穩(wěn)定在要求的范圍之內(nèi)[15,16]。
3 ?拉絲機線模
拉絲的主要工模具是線模,線模是金屬制品行業(yè)金屬絲拉拔生產(chǎn)的主要工藝裝備之一,其質(zhì)量水平直接影響金屬絲質(zhì)量、模具損耗及能源消耗。線模的工作部分是???,拉線時線材通過??资芰Χ冃?。如圖5所示,線坯通過模孔在一定作用下,發(fā)生塑性變形,使截面減小,長度增加的一種加工方法。該加工方法屬于壓力加工范圍,拉伸過程中除了產(chǎn)生極小的粉屑外,體積變化很小,因此拉伸前后金屬絲體積基本相等。模具按照材質(zhì)可分為硬質(zhì)合金模、鉆石模、聚晶模(人造金剛石)和鋼模。
4 ?國內(nèi)外拉絲機的發(fā)展
目前國際上的拉絲機生產(chǎn)主要有兩大方向,其一是以德國、意大利等歐洲工業(yè)發(fā)達國家為代表,主張拉絲機向大型、高速的直線式的方向發(fā)展;另外,以日本為代表的,向高速,結(jié)合先進的輔助設備,組合式拉絲機的方向發(fā)展[17,18]。
歐美等發(fā)達國家以先進的機械制造、電氣為基礎(chǔ),在拉絲模具及潤滑劑等方面取得重大的進展,使金屬絲的拉拔速度及品質(zhì)得到了很大的提高[19,20]。
國內(nèi)金屬絲拉絲機分布較集中,主要的拉絲機廠家有:永雄機械、上海鴻得利、合肥神馬、海川智能拉絲機、臺灣祥豐以及德陽東佳港等。國外的拉絲品牌有:德國niehoff、日本SAIKAWA、意大利samp等。
4.1 國產(chǎn)海川微拉機
如圖6所示,海川智能拉絲機為國內(nèi)大的拉絲機制造廠家之一,其生產(chǎn)的微拉機具有如下特點。
(1)雙馬達方式,減少了伸線中線材滑差以及增強了線材的表面質(zhì)量。
(2)伸線區(qū)獨立配置,節(jié)省空間。
(3)機體采用高張力一體成形。
(4)高張力平皮帶方便保養(yǎng),噪音低。
(5)進線規(guī)格0.15~0.45mm,最高伸線速度可以達到2000m/min。
(6)張力調(diào)整方式是PID自動控制卷取配重擺臂緩行桿。
4.2 國產(chǎn)永雄大拉絲機
永雄金屬拉絲機是滑動式拉絲機(見圖7),退火采用的是交流退火,退火結(jié)構(gòu)主要是臥式。收線方式為動盤收線和成圈落線方式。
4.3 德國niehoff大拉絲機
德國niehoff大拉絲機分為滑動式和非滑動式(見圖8)。niehoff是拉絲機行業(yè)的老牌企業(yè),其特別是在滑動式拉絲機上的技術(shù)相當成熟,而在非滑動式拉絲機上開發(fā)比較晚,技術(shù)不太成熟。其拉絲機特點如下。
(1)拉線鼓輪完全浸沒在乳濁液中,有最佳冷卻和潤滑效果。
(2)拉絲模加壓潤滑。
(3)雙處密封。
(4)鑄件箱體采用標準化模塊結(jié)構(gòu)-無振動、拉絲線表面光亮而清潔。
4.4 日本SAIKAWA拉絲機
日本SAIKAWA的金屬絲拉絲設備拉絲水平先進,產(chǎn)品布局廣泛,對于多種線徑的拉拔都可以滿足。在微細金屬拉絲機行業(yè),如圖9所示金屬絲拉絲機,屬于立式多道次滑動式拉絲設備,具備單獨排線功能。這種金屬拉絲機可生產(chǎn)0.01mm的金屬絲,是目前國際上最先進的拉絲技術(shù)。
5 ?結(jié)語
在金屬制造業(yè)中,隨著工業(yè)的發(fā)展,塔輪式拉絲機也將飛速的發(fā)展。塔輪式拉絲機有著廣泛的應用,此種拉絲機有著結(jié)構(gòu)簡單、效率高、速度快等優(yōu)勢。歐美及日本等一些發(fā)達國家在其應用上早已領(lǐng)先我國,我國在其研發(fā)與應用方面還缺乏足夠的經(jīng)驗,這對我國一些金屬制品廠家產(chǎn)生了不少的制約。在今后對塔式拉絲機的研究中要加強對其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,著力于拉拔出的金屬絲質(zhì)量的提高、拉拔效率的提高。
參考文獻
[1] 潘帥.多道次直進式拉絲機控制系統(tǒng)的研究與設計[D].浙江工業(yè)大學,2017.
[2] 鄧先明.特細金屬絲整經(jīng)張力控制及裝備研究[D].天津工業(yè)大學,2017.
[3] 宋月,俞宏星,孫亞磊.塔輪立式干拉機的設計[J].金屬制品,2009,35(5):38-39.
[4] 李向偉.直進式拉絲機的開發(fā)和應用[J].南方金屬,2007(156):46-47.
[5] 嚴國語.水箱拉絲機改造[J].金屬制品,2012(1):34-36.
[6] 廖明遠,龔勛,文明.水箱拉絲機智能化改造[J].金屬制品,2018,44(3):27-30.
[7] 姜錫嘏,安鐵.水箱拉絲機的研究與開發(fā)[J].金屬制品,2001(3):27-29.
[8] 吳文軍.水箱拉絲機研發(fā)與應用探析[J].機電信息,2015(3):62-63.
[9] 宋良浩.基于知識工程的拉絲機參數(shù)設計[D].西南交通大學,2012.
[10] 南余榮.多電機傳動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制及其在直進式拉絲機中的應用[D].浙江工業(yè)大學,2007.
[11] 周韜.拉絲機的技術(shù)改造[J].中國設備工程,2007(10):64-65.
[12] 張杰.再談拉絲機的發(fā)展[J].電線電纜,2003(3):11-14.
[13] 歐長勁,洪尉尉,彭寬棟.細絲拉絲機張力控制系統(tǒng)設計與仿真[J].機電工程,2012,29(10):1191-1194.
[14] 洪尉尉.超細鋼絲拉絲卷繞張力控制研究[D].浙江工業(yè)大學,2012.
[15] 李壽柏.拉絲工藝技術(shù)的發(fā)展及程序設計[J].金屬制品,2012,38(1):16-20.
[16] 李幼涵.伺服運動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:123-124.
[17] 徐博雅.我國金屬制品拉絲機現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].技術(shù)與市場,2013,20(7):9-10.
[18] 司充.國內(nèi)外拉絲機綜述[D].西安冶金建筑學院,1987.
[19] 張穎,趙梅君,胡廷育.高性能拉絲潤滑油的研制與應用[J].金屬制品,1999,25(2):45-46.
[20] 周堯,趙雄燕,翟珍.鋼絲拉拔潤滑劑研究進展[J].應用化工,2017,46(2):378-380.