適用于雙金屬線材的組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線

費(fèi)蘭英， 戴雅康

(1.大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116037;2.大連通大設(shè)備技術(shù)開發(fā)有限公司，遼寧大連116033)

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)銅包鋁線和銅包鋼線等雙金屬線材的生產(chǎn)已形成了一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)量逐年提高，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。特別是我國(guó)已邁入了3G全速發(fā)展時(shí)代，對(duì)制造射頻同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體的銅包鋁線質(zhì)量提出了更高要求。但目前國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)銅包鋁線企業(yè)所使用的生產(chǎn)設(shè)備較為落后，在雙金屬線的拉絲設(shè)備方面，大多使用的是單模拉絲機(jī)。這種拉絲機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活性大，但拉拔一個(gè)道次后需停機(jī)，將拉拔線材從絞盤倒換到送料架上，更換模具后進(jìn)行下一步道次拉拔。這不僅大大降低了生產(chǎn)率，增大了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且線材在倒換搬運(yùn)過程中相互觸碰，易使表面產(chǎn)生瑕疵;此外，所拉拔的線材全部盤卷在拉盤上，跟隨拉盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，大大增加了能量的消耗。

在雙金屬線的拉拔設(shè)備中，也有采用直進(jìn)式連續(xù)拉絲機(jī)組、中型水箱拉絲機(jī)或乳化液拉絲機(jī)的。但這些拉絲機(jī)組往往沒有考慮銅包鋁、銅包鋼等雙金屬線材結(jié)構(gòu)和性能的特點(diǎn)，難以滿足提高雙金屬線材拉拔生產(chǎn)率和品質(zhì)的要求。

因此，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種適合雙金屬線材拉拔特點(diǎn)的高能效、高品質(zhì)的拉絲設(shè)備是勢(shì)在必行的。

1 對(duì)雙金屬線材拉絲機(jī)的要求

鑒于銅包鋁或銅包鋼等雙金屬線材結(jié)構(gòu)和性能的特點(diǎn)，要求拉絲機(jī)至少應(yīng)滿足以下幾方面的要求:

(1)銅包鋁線或銅包銅線的銅層很薄，要求在拉絲過程中不能將銅層拉破，產(chǎn)生漏鋁或漏鋼缺陷。

標(biāo)準(zhǔn)［1，2］規(guī)定的銅包鋁線和銅包鋼線的銅層最薄厚度列于表1。

表1 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙金屬線銅層的最薄厚度

對(duì)于如此薄的銅層，在拉拔過程中要使銅層不產(chǎn)生異常磨損而拉破，要求拉絲機(jī)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能做到:

①減小每一道拉絲模的截面壓縮比，或?qū)⒚恳坏来蔚睦文Ｓ每讖街饾u減小的多模來代替，以免線材在模具中產(chǎn)生較大的接觸磨損;

②使線材緊密纏繞在大盤上，兩者不產(chǎn)生相互滑動(dòng)，以減少滑動(dòng)磨損;

③選擇適合雙金屬?gòu)?fù)合材料的潤(rùn)滑劑，使其在生產(chǎn)過程中得到最好的潤(rùn)滑，減少銅層接觸磨損。

(2)線材在拉拔過程中應(yīng)充分冷卻，并使線材在冷卻過程中不粘結(jié)冷卻水的情況下進(jìn)入下一道拉拔模具拉拔，以免將水份帶入潤(rùn)滑槽中使?jié)櫥瑒┳冑|(zhì)，喪失潤(rùn)滑能力。

(3)銅層在拉拔變形過程中逐步硬化、塑性降低，呈脆性狀態(tài)。拉絲機(jī)應(yīng)保證線材進(jìn)入拉絲模時(shí)與?？讓?duì)中，以防止線材呈彎曲狀態(tài)進(jìn)入模具時(shí)，在硬化的銅層中產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力而形成裂紋。

2 組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的總體結(jié)構(gòu)

我公司根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)了一種適用于雙金屬線材拉拔的組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是由多臺(tái)如圖1所示的臥式拉絲機(jī)串接而成的。每一臺(tái)臥式拉絲機(jī)由線材2的矯直裝置3、拉絲模座4、拉絲大盤5及氣動(dòng)張力調(diào)整裝置6等裝置構(gòu)成。拉絲大盤由變頻電機(jī)1通過齒輪減速器驅(qū)動(dòng)。

圖1 單臺(tái)臥式拉絲機(jī)

圖2 所示為由多臺(tái)臥式拉絲機(jī)串聯(lián)而成的“組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線”，生產(chǎn)線的末端還包含一臺(tái)倒立式拉絲機(jī)，進(jìn)行最后一道拉拔和收線。生產(chǎn)線中臥式拉絲機(jī)的臺(tái)數(shù)可根據(jù)用戶所需包覆直徑、所生產(chǎn)的雙金屬線的尺寸范圍來確定，一般為5～7臺(tái)不等。

整條生產(chǎn)線采用PLC統(tǒng)一控制。根據(jù)每臺(tái)拉絲機(jī)拉絲模出線的實(shí)際線徑，通過觸摸屏輸入到PLC中，以確定每臺(tái)拉絲機(jī)的大盤運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)全線拉拔速度的同步。每臺(tái)拉拔機(jī)還可根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的張力大小進(jìn)行單機(jī)調(diào)整，使所有拉絲機(jī)同步。生產(chǎn)時(shí)還可根據(jù)實(shí)際需要直接調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以滿足不同情況的需要。

圖2 組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的組成

3 生產(chǎn)線中滿足雙金屬線材特性的裝置

3.1 模塊式模座盒及矯直裝置

模座盒及矯直裝置如圖3所示。

圖3 模塊式模座盒及矯直裝置

本裝置的主要部分為帶有冷卻系統(tǒng)的模塊式模座1，拉絲模4安裝在模座中。模座內(nèi)部為相互連通的兩層空孔。通過液壓泵將冷卻水由進(jìn)口2打入空孔內(nèi)，然后由出口3排出，從而將拉絲模在拉拔時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走。圖中所畫的模具盒由兩套模塊組裝而成，但也可做成三套模塊的，由拉拔線材的材質(zhì)而定，以減小線材在每一個(gè)拉絲模具中的壓縮變形量。圖中8為潤(rùn)滑劑槽。為防止?jié)櫥瑒B漏，在最前面的一個(gè)潤(rùn)滑劑槽的槽壁上，裝有內(nèi)孔與未拉拔線材直徑相同的密封導(dǎo)套5。潤(rùn)滑劑用泵從儲(chǔ)藏箱打入到潤(rùn)滑槽中，潤(rùn)滑劑在循環(huán)使用過程中過濾，防止金屬屑帶入拉絲模中，將銅層表面劃傷。

在模具盒的進(jìn)線端，裝有線材矯直裝置6。被拉拔的線材7經(jīng)過該裝置矯直后筆直地進(jìn)入模孔內(nèi)，使硬化的銅層不致開裂。

3.2 內(nèi)冷式拉絲大盤

通過模具拉拔后的線材在拉絲大盤輪緣上纏繞數(shù)圈。大盤轉(zhuǎn)動(dòng)后，依靠線材與輪緣表面間的摩擦力使線材不斷從模具中拉出。線材拉拔時(shí)產(chǎn)生大量的摩擦熱，雖經(jīng)模塊式模座的冷卻裝置吸收了一部分，但線材的熱量仍很高，需在大盤上繼續(xù)進(jìn)行冷卻。如果將冷卻大盤浸入冷卻液中或?qū)⒗鋮s水直接澆在大盤輪緣的線材上，雖然冷卻效果較好，但若線材在進(jìn)入下一道模具前未能徹底干燥，則冷卻水將帶入模具槽中，使冷卻劑變質(zhì)失去潤(rùn)滑作用。

本設(shè)備設(shè)計(jì)了一種內(nèi)冷式大盤，用冷卻水冷卻大盤輪緣的內(nèi)側(cè)使線材冷卻，則不致產(chǎn)生上述弊端。內(nèi)冷卻大盤的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 內(nèi)冷式大盤

圖中1為大盤的輪緣。為了冷卻纏繞在輪緣上的線材，將大盤的輪輻制成中空的兩層，在輪輻的端頭開有圓孔，使兩層空間相通。冷卻水由一個(gè)隔層的空間進(jìn)入，由端頭的圓孔流入另一隔層的空間而流出，使輪緣內(nèi)側(cè)受到冷卻。

在大盤輪轂3的外側(cè)裝有不隨輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的固定套圈4，該套圈通過螺栓6緊固在臥式拉絲機(jī)的機(jī)架上。在套圈4上分別安裝冷卻水進(jìn)水管接頭5和出水管接頭7。為了使位置固定的進(jìn)水管和出水管接頭在大盤不斷旋轉(zhuǎn)的過程中，將冷卻水引入到大盤輪輻的空腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，在套圈及輪轂的相應(yīng)部位分別開有供冷卻水流動(dòng)的進(jìn)水通道和出水通道。并使它們?cè)谵D(zhuǎn)動(dòng)過程中相互連接，使冷卻水能在大盤輪輻中循環(huán)流動(dòng)。在固定套圈和輪轂的兩端裝有密封圈，以防止冷卻水在輪轂上泄漏。

3.3 氣動(dòng)張力調(diào)整裝置

為滿足各臺(tái)臥式拉絲機(jī)相互間的拉拔速度達(dá)到“秒流量相等”的要求，并保證線材緊密纏繞在大盤上不產(chǎn)生滑動(dòng)，在每一臺(tái)拉絲機(jī)大盤的出線端與下一臺(tái)拉絲機(jī)的進(jìn)線端或收線盤之間設(shè)有氣動(dòng)張力調(diào)整裝置。

氣動(dòng)張力調(diào)整裝置示意圖如圖5所示。在臥式拉絲機(jī)機(jī)體的支座1上安裝有氣缸2。氣缸的杠桿3帶動(dòng)張緊輪4緊壓在線材上(位置A)，使線材緊密貼合在大盤輪緣上，無相對(duì)滑動(dòng)。如果由于拉絲模具磨損或更換模具，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)線量便增大或減少，則張緊輪4所承受的張緊力便減小或增大(在位置B和C間移動(dòng))。張緊力的大小可通過圓盤式編碼器檢測(cè)出來，借助于PLC閉環(huán)式反饋系統(tǒng)輸出控制信號(hào)，改變拉絲機(jī)中變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而調(diào)整拉絲機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度使之與線材的運(yùn)行速度相匹配。

圖5 氣動(dòng)張力裝置示意圖

4 組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)

組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)列于表2。表中所列的技術(shù)參數(shù)是以一條由6臺(tái)單機(jī)組合的生產(chǎn)線進(jìn)行計(jì)算的。

表2 組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的主要技術(shù)參數(shù)

如果一條全自動(dòng)、智能型包覆焊接生產(chǎn)線生產(chǎn)16.2 mm的銅包鋁半成品線，生產(chǎn)速度按15 m/min計(jì)算，其產(chǎn)量為615 kg/h。當(dāng)采用大型組合式連接拉絲生產(chǎn)線將其拉拔至9.0 mm，出線速度98 m/min計(jì)算，其產(chǎn)量為1240 kg/h。由此可見，大型組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線的產(chǎn)量可滿足兩條智能型包覆焊接生產(chǎn)線產(chǎn)量的要求。

5 結(jié)束語

可以認(rèn)為，組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線是節(jié)能減排、提高雙金屬線材質(zhì)量和生產(chǎn)率的高端設(shè)備。為了貫徹中央關(guān)于在生產(chǎn)企業(yè)中淘汰落后產(chǎn)能的決策，適應(yīng)3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)銅包鋁內(nèi)導(dǎo)體質(zhì)量的更高要求，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)適合雙金屬線材拉拔特點(diǎn)的高能效、高品質(zhì)的組合式連續(xù)拉絲生產(chǎn)線正合時(shí)宜。

［1］SJ/T 11223—2000 銅包鋁線［S］.

［2］SJ/T 11411—2010 銅包鋼線［S］.