鈦及鈦合金拉絲機(jī)用收線機(jī)的設(shè)計(jì)

周 濤

西部超導(dǎo)材料科技有限公司，陜西西安 710018

1 應(yīng)用概況

收線機(jī)是將薄膜、帶材、單絲、軟管及包覆電線等用輥筒進(jìn)行收卷的機(jī)械[1]，在絲材和帶材生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分普遍，比如作為拉絲機(jī)的下線設(shè)備，如果采用工字輪收線機(jī)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(jī)在生產(chǎn)過程中極其重要的一環(huán)，良好的張力控制能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，尤其是尺寸精度要求高的絲材產(chǎn)品，張力的變化可能會(huì)引起線徑的公差波動(dòng)。因?yàn)榫€材越收越滿,重量加大，直徑變大，轉(zhuǎn)速恒定，實(shí)際上速度逐漸增大，張力同時(shí)也會(huì)增大。因此工字輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該逐漸變小，變頻電機(jī)通過頻率調(diào)整將轉(zhuǎn)速降低，可以滿足速度要求，但是電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱量大，而且價(jià)格上變頻電機(jī)相對比較昂貴。

有的收線機(jī)在收線前加個(gè)緩沖，緩沖池滿開始收，緩沖池即將空，停止收，但是相對設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，整體成本同樣會(huì)增多，力矩電機(jī)很好的恒張力性能非常適應(yīng)收卷機(jī)對電機(jī)的性能要求，所以本次設(shè)計(jì)動(dòng)力系統(tǒng)采用力矩電機(jī)[3]。

傳統(tǒng)的收線機(jī)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?yàn)樵诶z過程中產(chǎn)生加工硬化[3]，需要中間退火，所以傳統(tǒng)的收線機(jī)需要在收線機(jī)之外配套復(fù)繞機(jī)將絲材單獨(dú)繞成卷進(jìn)行退火，或者工字輪采用耐熱鋼材料直接和絲材同時(shí)退火，這樣不但成本高，而且有可能影響產(chǎn)品退火質(zhì)量，不可取。

所以，主要針對如何高效便捷的實(shí)現(xiàn)鈦及鈦合金絲材中間卷繞及退火卷繞兩種工況，提高生產(chǎn)效率，本次設(shè)計(jì)就這一領(lǐng)域設(shè)計(jì)了新型的收線機(jī)，很好的解決了本公司絲材生產(chǎn)效率的問題，在收線機(jī)的其他結(jié)構(gòu)上也做了相應(yīng)的優(yōu)化，希望能給相關(guān)行業(yè)提供參考。

2 收線機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 功能原理設(shè)計(jì)

此收線機(jī)針對鈦絲材加工因加工硬化需多次去應(yīng)力退火的要求，設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)絲材中間卷繞及退火卷繞兩種工況，同時(shí)優(yōu)化普通收線機(jī)的其他功能，它包括上料機(jī)構(gòu)、張縮卷曲機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，排線機(jī)構(gòu)和壓線保護(hù)裝置。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

排線機(jī)構(gòu)1動(dòng)力來自于主傳動(dòng)系統(tǒng)，排線速度基值同卷筒轉(zhuǎn)速，然后可根據(jù)線徑的大小對排線速度進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到整齊排線。

張縮卷筒2可以張縮，采用的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)[4]，在安裝完工字輪后，搖緊手柄帶動(dòng)軸向滑塊向里運(yùn)動(dòng)，卷筒的六個(gè)瓦圈沿徑向向外張緊，實(shí)現(xiàn)工字輪或者物料的裝卡。針對需要進(jìn)行退火的工序，將卷筒初始狀態(tài)置于張開工位，拉緊卸料端彈性擋板，旋轉(zhuǎn)定位于擋板工位，收線結(jié)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(shí)，將工字輪裝在卷筒上實(shí)現(xiàn)收卷功能循環(huán)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(chǎn)品尺寸規(guī)格，選擇方向合適的孔型即可實(shí)現(xiàn)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(huì)彈出。

傳動(dòng)系統(tǒng)4選擇的是力矩電機(jī)作為動(dòng)力，通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)排線器排線，通過鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)收線卷筒，力矩電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)恒張力收線，力矩調(diào)節(jié)迅速而且平穩(wěn)，有效保證了絲材的線徑公差的穩(wěn)定。

上料機(jī)構(gòu)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(dòng)到小車上，通過與工字輪同直徑的定位板在豎直方向?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(dòng)小車將工字輪置于卷曲工位，搖動(dòng)手柄張緊卷筒，工字輪中心點(diǎn)上移，脫離小車實(shí)現(xiàn)無約束轉(zhuǎn)動(dòng)。

本次實(shí)用新型設(shè)計(jì)采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)，進(jìn)行虛擬裝配，確保安裝尺寸無誤，然后轉(zhuǎn)化為二維加工圖紙進(jìn)行加工，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品很好的實(shí)現(xiàn)配套拉絲機(jī)進(jìn)行收卷工序的功能，同時(shí)適應(yīng)鈦及鈦合金絲材生產(chǎn)過程中間卷繞及退火卷繞兩種工況，此外，巧妙的懸臂結(jié)構(gòu)和自定中心結(jié)構(gòu)方便實(shí)現(xiàn)卷筒的裝卡與拆卸，以及配套的排線及保護(hù)裝置，簡單實(shí)用，很大程度上降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

[1]尚久浩.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)[M].中國工業(yè)出版社，2002：23.

[2]趙永慶，張喜燕，白晨光.鈦合金應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005：10-15.

[3]金緒曾.電機(jī)的選型[M].中國電力出版社，2003：36.

[4]李樹軍.機(jī)械原理[M].東北大學(xué)出版社，2000：16.

[5]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.