鈦及鈦合金拉絲機用收線機的設計

周 濤

西部超導材料科技有限公司，陜西西安 710018

1 應用概況

收線機是將薄膜、帶材、單絲、軟管及包覆電線等用輥筒進行收卷的機械[1]，在絲材和帶材生產過程中應用十分普遍，比如作為拉絲機的下線設備，如果采用工字輪收線機后，成品絲材連同工字輪可直接用于下一道工序上，從而省去了倒換絲材的工序，提高了工作效率。

張力控制是收線機在生產過程中極其重要的一環，良好的張力控制能夠確保產品質量，提高生產效率，尤其是尺寸精度要求高的絲材產品，張力的變化可能會引起線徑的公差波動。因為線材越收越滿,重量加大，直徑變大，轉速恒定，實際上速度逐漸增大，張力同時也會增大。因此工字輪的轉速應該逐漸變小，變頻電機通過頻率調整將轉速降低，可以滿足速度要求，但是電機在低速運轉時發熱量大，而且價格上變頻電機相對比較昂貴。

有的收線機在收線前加個緩沖，緩沖池滿開始收，緩沖池即將空，停止收，但是相對設計比較復雜，整體成本同樣會增多，力矩電機很好的恒張力性能非常適應收卷機對電機的性能要求，所以本次設計動力系統采用力矩電機[3]。

傳統的收線機只是將絲材收在工字輪上于下一道工序放卷，但是鈦及其合金材料因為在拉絲過程中產生加工硬化[3]，需要中間退火，所以傳統的收線機需要在收線機之外配套復繞機將絲材單獨繞成卷進行退火，或者工字輪采用耐熱鋼材料直接和絲材同時退火，這樣不但成本高，而且有可能影響產品退火質量，不可取。

所以，主要針對如何高效便捷的實現鈦及鈦合金絲材中間卷繞及退火卷繞兩種工況，提高生產效率，本次設計就這一領域設計了新型的收線機，很好的解決了本公司絲材生產效率的問題，在收線機的其他結構上也做了相應的優化，希望能給相關行業提供參考。

2 收線機的設計

2.1 功能原理設計

此收線機針對鈦絲材加工因加工硬化需多次去應力退火的要求，設計目的是實現絲材中間卷繞及退火卷繞兩種工況，同時優化普通收線機的其他功能，它包括上料機構、張縮卷曲機構、傳動機構，排線機構和壓線保護裝置。

2.2 結構設計

排線機構1動力來自于主傳動系統，排線速度基值同卷筒轉速，然后可根據線徑的大小對排線速度進行調整以達到整齊排線。

張縮卷筒2可以張縮，采用的曲柄滑塊結構[4]，在安裝完工字輪后，搖緊手柄帶動軸向滑塊向里運動，卷筒的六個瓦圈沿徑向向外張緊，實現工字輪或者物料的裝卡。針對需要進行退火的工序，將卷筒初始狀態置于張開工位，拉緊卸料端彈性擋板，旋轉定位于擋板工位，收線結束后，捆扎物料，卷筒收縮以便取下物料直接退火。中間不需要退火時，將工字輪裝在卷筒上實現收卷功能循環更換工字輪即可。卷筒瓦圈及工字輪上均刻有兩對對稱的梯形槽孔，尺寸同產品尺寸規格，選擇方向合適的孔型即可實現絲材料頭的自鎖裝卡。

壓線裝置3由V型彈性尼龍壓頭和推力氣缸組成，工字輪安裝完，氣缸伸出將彈性壓頭置于工字輪槽中，彈性壓頭隨物料厚度增加彈性增大，一方面保證排線的整齊，另一方面保證絲盡或絲斷情況下物料不會彈出。

傳動系統4選擇的是力矩電機作為動力，通過皮帶傳動帶動排線器排線，通過鏈傳動驅動收線卷筒，力矩電機的優點是可以實現恒張力收線，力矩調節迅速而且平穩，有效保證了絲材的線徑公差的穩定。

上料機構5主要由上料小車及簡單的定位板組成，工字輪通過斜面滾動到小車上，通過與工字輪同直徑的定位板在豎直方向實現自動對中，縮緊的卷筒頂端略低于放在小車上的工字輪的頂端，推動小車將工字輪置于卷曲工位，搖動手柄張緊卷筒，工字輪中心點上移，脫離小車實現無約束轉動。

本次實用新型設計采用三維實體設計，進行虛擬裝配，確保安裝尺寸無誤，然后轉化為二維加工圖紙進行加工，縮短設計周期，提高設計效率。設計的產品很好的實現配套拉絲機進行收卷工序的功能，同時適應鈦及鈦合金絲材生產過程中間卷繞及退火卷繞兩種工況，此外，巧妙的懸臂結構和自定中心結構方便實現卷筒的裝卡與拆卸，以及配套的排線及保護裝置，簡單實用，很大程度上降低了操作工人的勞動強度，提高生產效率。

[1]尚久浩.自動機械設計[M].中國工業出版社，2002：23.

[2]趙永慶，張喜燕，白晨光.鈦合金應用[M].化學工業出版社，2005：10-15.

[3]金緒曾.電機的選型[M].中國電力出版社，2003：36.

[4]李樹軍.機械原理[M].東北大學出版社，2000：16.

[5]成大先.機械設計手冊[M].化學工業出版社.