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現在拉絲有些什么技術?

發布者:admin    發布時間:2017-08-26

金屬線是一種常見的產品形式,通常是指絲、線或桿。隨著經濟的不斷發展,需求和生產也空前繁榮。在競爭越來越激烈的時代,以最低的成本生產出讓顧客滿意的產品的競爭壓力,促進了拉絲技術的持續進步。盡管最細的金屬線已經達到了幾微米,最高的鋼絲強度已經超過了4000MPa,但我們還面臨著不斷變化的需求及非金屬材料的競爭,所以我們需要更憐快、更好的拉絲技術。
   1、拉絲技術的歷史回顧
   已知最早的金屬線是由埃及人在大約公元2750年做的多線。在我國西安秦始皇兵馬俑的考古中發現大量的石甲衣中采用了銅線,這也許是中國最早的金屬線實證。公元400-1100年,金屬線技術開始在很多國家發展起來,開始用手或馬拉的方式拉絲,慢慢地,后來發明了一些技術,如絞盤、秋千、棘輪,并利用了重力。17世紀歐洲人開始采用水力拉絲。1769年蒸汽發動機的發明取代了人力拉絲技術以及水力拉絲[1]。20世紀電機技術的推廣,為拉絲技術的飛躍提供了新動力。
   1632年,開發出鋼絲制針的工匠偶然發現,鋼絲上的人尿殘留層起到了潤滑鋼絲的作用,并且發現潤滑可以減少動力需要。
   早期有人嘗試石模,后來有了鐵模。從明朝江西人宋應星1637年在分宜所著《天工開物》中所做的描述中,可以發現用鐵模拉絲:“凡針先錘鐵為細條。用鐵尺一根,錐成線眼,抽過條鐵成線,逐寸斷為針……”。1970年,新余仍有老工人在臺虎鉗上手工拉鐵絲。貴州的首飾工匠現在還用手工拉銀線。
   1834年德國人Wilhelm Albea發明了鋼絲繩,同期在英國架起了電報線,并開始做海底電報線。
   電機的發明促使了單卷筒拉絲機的出現。為了提高效率和質量,在單拉機實現了2道,甚至3道拉拔(滑動拉絲),采用了騎馬式起線器和水冷技術,模具技術不斷提高。1993年,筆者參觀堪薩斯州的聯合鋼絲繩公司時,仍看見他們在用單拉機,不過一個人開6臺,盤重大約1 t,效率還是不低。倒立式單拉機和水平卷筒的拉絲機仍得到了大量的使用,適合加工道次少和中大尺寸的鋼絲產品,并且很容易實現大盤重生產。
   隨著交流電機及控制技術的發展,20世紀初發明了連續式拉絲機,降低了人工成本,并提高了拉絲速度。MORGAN是早期主要的拉絲機生產企業之一。20世紀30年代后期Marchal Richard Barcro公司發明了B—B拉絲機(雙積線),改善了冷卻,并減少了扭轉問題。該設備特別受鋼絲繩廠的歡迎,到1976年該公司停業時,已有上千臺這樣的設備投入使用。
   后來出現的拉絲機是活套式,20世紀70年代末德國的KOCH公司發明了直線式調諧輥式SEN-SOR ARM拉絲機。大約1970年發明的窄縫式冷卻技術為拉絲速度的提高提供了非常有利的條件。改進卷筒設計、卷筒外風冷、旋轉模、直接水冷的采用都是提高拉絲機性能的技術。20世紀90年代起出現了臥式連續拉絲機,主要是出于降低勞動強度的需要,且便于維修。拉細絲時可以兩排布置,降低了占地面積,大型的已經發展到直徑為1 270mm的卷
   筒。
   在避免鋼絲扭轉的同時,直線式拉絲機獲得了優秀的道次與速度協調能力。速度更快、質量更好,易操作和維護,可靈活配模,因電氣技術的發展使得能耗下降了。
   隨著數字技術的發展,可以通過一臺計算機監控一組拉絲機的工作狀態。
   干式連續拉絲機的卷簡直徑是250-1270mm,直流或交流的電機功率為15-160kW。小型干式拉絲機工作速度達到25m/s以上,大型拉絲機的產能已突破2萬t/a。
   基于滑動拉絲技術的濕拉設備在有色金屬及小尺寸鋼絲上得到了大量的應用,如銅線、鋁線、鋼簾線、鋼絲繩用鋼絲、細彈簧絲等,采用水性或油性的潤滑液體。有色線早就已經出現了多根同時拉拔的技術。水箱拉絲機的速度很高,拉拔道次從幾次到二十幾次,可以實現很大的壓縮量,重型水箱可使φ5.5mm的高碳鋼線材直接十產品,但是鋼絲在水箱中有一些扭轉,需要調整平整度的技術和經驗。
   2、突破速度障礙
   拉絲機技術已經取得了很大進步,一些速度記錄可以反應當前的成就:進線φ9.5mm拉拔電工鋁線時的速度可以達到30m/s以上,拉拔高碳鋼細絲也可接近這樣的速度;進線φ1lmm的82B鋼絲,出線94.22mm的速度記錄是12m/s。高速度生產優質鋼絲需要全面綜合的條件。以下總結和分析了幾種影響高速拉拔的因素及突破方向。文中未特別說明時,線材指鋼線材。
   2.1原料
   大盤重可減少接頭所需的?;奔?,對于提高拉絲設備的作業效率非常重要。有色金屬工業在20世紀70年代就引進了先進設備,而鋼鐵工業的線材大盤重生產開始于80年代的后半期。在1988年以前,盤重300kg線材在中國已經屬于大盤重了,有些產品每件甚至只有大約60kg,金屬制品企業少量的引進設備只有使用進口大盤重線材時才能發揮效益。1988年在馬鞍山出現了第一個盤重約2t的高速線材廠,后來2t左右的盤重逐漸成為國內主流,大盤重線材的出現使得我國有了發展高速拉絲的條件。國外已有了約3t盤重的線材。
   原料品質也相當重要。好的線材極少斷線,可以拉得更快,確保拉絲機的作業效率;另外,好的線材是優質鋼絲的質量基礎,可以降低產品成本。拉拔PC鋼絲時,好的材料每百口屯斷線次數不到一次。鋼簾線由于加工工序多,產品直徑細,對斷線問題更加敏感。現代冶金和軋鋼技術改善了金屬組織和線材質量,使拉絲更容易,降低了生產成本。
   2.2線材表面的準備
   線材熱軋時表面都會產生氧化鐵皮,個別鋼鐵企業提供酸洗服務,特別是不銹鋼線材。多數情況下,拉拔前的表面準備是由鋼絲企業完成的。好的表面準備可以確保金屬變形時與模具間摩擦正常,對于確保順利、高速的拉拔非常重要。
   最普遍的工藝仍然是酸洗+磷化+硼化(或皂化,或在石灰液中浸泡)。采用振動、超聲波和電解等技術,結合一些其他技術,在保證質量的前提下,減少了污染物排放。法國有代替磷化的非反應涂層材料,可減少污染問題。為了解決環保問題,越來越多人采用機械除鱗技術,但實踐中也遇到了一些困難,尤其是生產成品鋼絲時。
   德國的ECOFORM公司推出了在線涂覆技術,采用類似擠塑的技術,將潤滑劑涂在鋼絲表面,大大改善潤滑效果,提高模具壽命和拉拔速度。在應用中,拉拔W(C)=0.83%的碳素鋼絲時,
   進線直徑5.5mm,出線直徑2.2mm,成品速度由12m/s提高到了20m/s。將發生在模具里的被動過程變成了易控制的主動過程。
   2.3收放線技術
   成品出線速度提高后,放線速度自然也要跟上去,但是放線速度快到一定程度以后容易出現亂線、卡線現象,從而制約速度的提升。
   選擇放線技術的時候要同時考慮前道的收線技術,放線可看作是前道收線的一個逆過程。選擇收線技術應進行系統地考慮,主要考慮下道工序的需要。如果是成品就得研究最適合顧客的方式,通常收線技術影響顧客的成本及效率。
   盤條一般采用水平叉或豎筒放線,水平叉的鴨舌起到了減少線圈過快跑出的問題,但因容易亂線,水平叉放線速度很難提高。對小直徑的鋼絲使用工字輪是最理想的高速放線方法。
   工字輪可以高速收線,且排線較整齊,有利于再放線。主動式工字輪放線可以實現精確張力控制,不過很少用在拉絲上。有的設備實現了自動換盤,如KOCH的一些鋼絲拉絲機和其他公司的一些鋁線拉絲機,明顯提高了生產效率。
   象鼻子(鵝頸)收線也是一種可以實現連續作業的技術,鋼絲有一些扭轉,可實現大盤重收線或小盤重不?;障?。GCR此類設備設計速度達到了28 m/s,直徑為400-760mm。采用倒立式收線沒有扭轉問題,國外最高設計速度達25 m/s,且可實現大盤重生產。
   收放線的張力控制很重要。設備通過張力可判斷速度是否協調正常,張力也影響收線的排線質量。被動式放線主要靠制動產生張力,主動放線可采用如力矩電機、活套和張力感應輥等技術。散卷放線被動放線沒有張力控制,但需要水平叉的鴨舌產生適當的阻尼。
   2.4 潤滑
   拉拔離不開潤滑,潤滑失效的可能出現是限制速度的重要原因之一。潤滑失效使得鋼絲溫度劇升,被拉拔金屬與模具粘連,導致模具壽命縮短及產品表面損壞等問題。
   常用的潤滑材料有鈣基或鈉基的硬脂酸鹽(拔絲粉)、潤滑油和油脂等。同樣的潤滑材料在不同廠有時候表現不同,這是因為其他因素導致模具內壓力和溫度的不同,使得潤滑劑的表現不同。
   除了2.2所述的潤滑技術外,壓力模也可實現類似的干涂。無酸拉拔時,在拉絲機前加在線硼化裝置是有效果的,且降低了對涂粉技術的要求。在拉絲機的拔絲粉盒里增加一個攪拌器,可避免隧道效應。粉夾是一種卡在鋼絲上使拉絲粉更容易帶進模具中的工具,有時效果很好,但也可能導致帶進模具的粉過多。粉夾的壓力和接觸形式會影響到使用效果[1]。
    潤滑失效可根據出粉狀態判斷,正常時不結焦,
   塑化的粉粘附在鋼絲上,出現問題時出粉很硬,結塊
   顯示出高溫的黑色。嚴重時會出現劇烈摩擦,鋼絲
   表面磷化膜破損,甚至出現拉拔馬氏體及橫向裂紋。
   2.5 拉絲機
   拉絲機的機電特性、冷卻能力以及前面講到的收放線技術都影響到拉絲的速度和質量。高速拉絲需要電機、傳動機構、速度協調控制系統及旋轉卷筒的動平衡效果的支持。
   拉絲系統的熱平衡能力也是關鍵因素,金屬拉拔變形過程中的摩擦及變形都產生熱量,現代的拉絲機通過模具水冷、卷筒內部水冷及外部鋼絲風冷帶走熱量,速度越快,單位時間產生的熱量越多,而拉絲機的冷卻能力是有限的。高溫導致時效脆性,一般建議出模溫度不能高出180℃,220℃以上會出現嚴重的脆化。
   意大利線材技術有限公司提出如下拉絲卷筒冷卻水量計算方法:
   每個卷筒每分鐘冷卻水量(20℃):W20=f·Pinst,其中/是0.7-1.0的系數,Pinst是裝機功率。如安裝8臺75kW電機的連續拉絲機,系數取0.85,其冷卻水總供應量(未包括模盒)應為8*75*60*0.85=30.6 t/h。
   卷筒內壁的銹蝕對冷卻傳熱影響很大,WAI的鋼絲手冊[2]上可以查到,0.25mm厚的銹蝕使傳熱能力下降50%。采用適當的防銹技術應該是有益的,但應注意避免采用低導熱性的涂層。
   窄縫式冷卻已經成為全球流行的技術,也有公司制造直接水冷的V形槽拉絲機,直接水冷法做的成品鋼絲呈溫熱狀態,韌性好,強度略低。溫度較高時,雖然拉出的拉絲強度更高,但同時有塑韌性損失,即使沒到嚴重的程度,其強度也不能穩定保持。做預應力鋼絞線的經驗表明,在絞線穩定化后,直接水冷的低溫低強度鋼絲強度會回升,而很高強度的熱鋼絲其強度會有一個明顯的損失。神戶制鋼于20世紀70年代研究出模后鋼絲直接水冷,用了兩年時間才將此技術實用化。也有企業曾在卷筒旁進行噴水霧的嘗試。
   斜卷筒設計是改善冷卻、提高速度潛力的有效手段。因為斜卷筒增加積線高度,即增加鋼絲在卷筒上的冷卻時間。增加卷筒數量也是一種設計思路,這可以減少每道的壓縮率,即減輕每道次冷卻系統的負荷。
   為高速生產,也有公司研究出不?;母炙坷渭際?,采用3 t盤重防亂線放線技術,前4道高積線,打軸機自動換盤,工字輪的容量達3t。
   2.6改進拉拔工藝
   韓國的研究者采用了等溫度的壓縮率分配原則[3],即將各道出模預測溫度都控制在166℃,避免了傳統分配方法第一道冷卻能力利用不足的問題。這樣的分配結果是壓縮率從第一道起逐步下降,充分利用了每道次的冷卻能力。一般的經驗做法是將第一道壓縮率控制在較低水平,這可以在第一道實現較好的潤滑劑涂覆效果,但此效果同時受潤滑劑特性、壓縮量、速度和冷卻能力的影響。更理想的是應綜合考慮拔絲粉的特性和表現、設備性能、冷卻能力、材料變形能力和總壓縮率,在保證質量的前提下發揮設備潛力。
   采用壓力??梢蘊岣呷蠡Ч?,并提高材料拉拔變形時的塑性,有利于提高速度。
   在拉絲機上裝輥模進行拉拔也可以實現高速拉拔,采用輥拉方法生產鋼絲時,比固定?;竦酶憂苛業腫110]織構,變形均勻,發熱更少,具有較高的強度指標和塑性指標[4]。一種注冊商標為MICROROLLING的技術已經應用于加工銅、鋅、鋁、鈦、銅合金、鋁合金、碳素鋼、不銹鋼、工具鋼絲及氣保焊絲和藥芯焊絲等。加工φ1.8mm的中、高碳鋼絲時,出線速度達到了16m/s,同規格的軟線速度可達25m/s。
   3、結語
   為了更快更好地拉絲,我們應注意以下幾點:(1)采用盤重盡量大的優質原料;(2)做好適合后續高速加工技術的表面準備,甚至可與拉絲機整合在一條線上;(3)采用適當的收放線技術,防止亂線和斷線,適應相應的拉絲速度;(4)采用適當的潤滑劑,適應預期的加工條件;(5)采用控制穩定、無扭轉、冷卻優良的高速拉絲機,甚至可用輥拉方式實現變形過程;(6)綜合地考慮表面準備、潤滑、冷卻、模具及材料特性在拉絲過程的影響,在控制溫度和確保表面質量的前提下充分利用設備的冷卻及速度潛力。

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