無圓周相對滑動拉絲卷筒結構的設計

艾生卉, , , ,

(1.浙江越宮機械有限公司, 浙江 紹興 312071;2.紹興市八達銅業有限公司, 浙江 紹興 312025)

無圓周相對滑動拉絲卷筒結構的設計

艾生卉1,吳錦明2,馮雋1,應小東1,錢康樂1

(1.浙江越宮機械有限公司, 浙江 紹興312071;
2.紹興市八達銅業有限公司, 浙江 紹興312025)

分析了現有拉絲卷筒產生相對滑動的原因,認為是卷筒過度圓弧面導致圓周相對滑動,而圓周相對滑動是造成金屬線材表面劃傷、斑紋等缺陷的主要原因.設計了無圓周相對滑動的拉絲卷筒結構,取消了卷筒過度圓弧面,用推升滑輪實現卷筒上的線材上移.改進后的拉絲卷筒可以消除圓周相對滑動,減少了因相對滑動給線材表面帶來的缺陷.

拉絲卷筒; 相對滑動; 線材表面缺陷; 改進設計

0 前 言

拉絲機是各類金屬線材拉制的主要設備,拉絲卷筒是拉絲機的主要部件.目前常規的拉絲卷筒拉拔時,線材與卷筒存在相對滑動,較嚴重的相對滑動會對線材表面產生劃傷、斑紋等缺陷,特別是拉拔硬度相對較低的銅、鋁等有色金屬線材時更為嚴重.文獻[1]對消除拉絲卷筒相對滑動提出一種解決方案,但結構復雜,且工作面不連續.本文分析了現有拉絲卷筒產生相對滑動的原因,并針對性地改進了拉絲卷筒的結構.

1 相對滑動產生的原因

常規的拉絲卷筒結構如圖1所示.其工作面由圓柱面和過度圓弧面R等組成.

圖2是線材卷繞在拉絲卷筒上的示意圖.根據圖2分析相對滑動產生的原因,分析如下:卷筒以不變的速度旋轉,線材先在圓柱面上積累(稱之為積線),線材與卷筒接觸摩擦阻力為線材提供了所需的拉拔力,也使其維持在進入卷筒時的位置上.隨著線材連續不斷卷繞到卷筒上,最后向圓弧面上纏繞排列,每圈的直徑逐步變大,進線速度增加,此時造成進、出線材速度存在差距.在拉拔力的作用下,卷筒圓弧面上的線材在其接觸點產生向上和向卷筒軸線方向的分力.當向上分力克服積線在卷筒上的摩擦力時,積線會沿圓弧面和圓柱面向上滑動,為后續進線騰出空間,即為軸向相對滑動,圓弧面上的線材會收小圈徑直至進入圓柱面.此時通過線材在圓弧面上的圓周相對滑動,以消除圓柱面和圓弧面上線材的圈徑差.相對滑動可以維持在穩定的狀態,有時受潤滑、卷筒表面粗糙度和拉拔力變化的影響,積線會發生突然滑動現象,圓弧面上的積線圈徑短時間內向卷筒圓柱面收縮,進線瞬間停止,直至恢復受力平衡.此時卷筒上主要發生圓周相對滑動,并造成摩擦和拉拔力瞬間大幅度變化.經長期觀察分析,此種現象是造成線材表面劃傷、斑紋的主要原因,也會對機械裝置受力產生負面影響.對于要求不高的場合,相對滑動造成的負面影響可以忽略不計,但對于要求較高的場合,特別是要求有穩定的拉拔狀態或成品階段的拉拔,消除圓周相對滑動是需要主要關注的問題.

圖1 常規拉絲卷筒圖Fig.1 Conventional drawing drum

2 卷筒的改進設計

圖3是改進設計的無圓周相對滑動卷筒示意圖.該裝置由圓柱形卷筒和6～8只推升滑輪(下稱滑輪)組成.滑輪數量依據卷筒的直徑選擇,較小直徑時取6只,較大直徑時取8只或更多.滑輪沿圓柱形卷筒表面均勻分布,每只滑輪與圓柱形卷筒表面留有0.3～1.0 mm的間隙.

圖2 線材卷繞在卷筒上示意圖Fig.2 Diagram of wrie wound on the drum

圖3 無圓周相對滑動卷筒圖Fig.3 Drawing reel without circumference relative sliding

圖3中以標引線的滑輪為起始,以起始滑輪的高度為標準,其余滑輪的安裝高度沿卷筒旋轉方向均勻提升,確保最后和起始兩滑輪的安裝高度差與拉拔線材直徑一致.其工作原理如下:以直徑d=3 mm的線材、6只滑輪均勻分布為例,當卷筒逆時針旋轉時,線材沿卷筒表面進入起始滑輪位置,依次進入到第二只滑輪,此時線材沿著卷筒軸線方向推升0.6 mm.當線材依次到達第6只滑輪時,線材已被推升3 mm,為進線留出了空間.隨著卷筒持續旋轉,進線被不斷卷繞到卷筒,并不斷被推升,在卷筒上積累,最后經出線離開卷筒,形成循環.本設計取消了原有卷筒的圓弧面結構,因此線材始終在圓柱面上卷繞積線,每圈直徑相同,所以不存在圓周相對滑動.目前卷筒工作面一般都進行噴涂或堆焊高硬度材料,圓柱面的粗糙度可以控制在較高的水平;但受到加工條件的限制,圓弧面的粗糙度控制要低許多,本設計取消了圓弧面,因此更利于卷筒加工.在滑輪推升積線過程中,每圈線材的軸心線會與卷筒的軸心線產生角度α的偏差.計算公式如下:tanα=d/D.式中:d為線材直徑,D為卷筒直徑,因此卷筒實際加工中要有一定錐度,其角度值為2α,圓錐臺高度不宜超過5倍的線材直徑.

3 討 論

分析了有色和黑色金屬拉拔情況,只要相對滑動較大的情況下,就會有表面斑紋和劃傷的出現,且主要出現在卷筒過渡圓弧區,并在線材表面上形成相應的斑紋和劃傷.因此認為,斑紋和劃傷主要是卷筒過渡圓弧面上圓周相對滑動所致.

本文探討的拉絲卷筒,其推升積線的滑輪,由于遠小于卷筒直徑,拉拔速度會受到滑輪配用的軸承限制,一般線速度不宜超過400 m/min.需要更高速度拉拔時,建議改用磁懸浮軸承[2-3],其具有極限轉速高、摩擦損耗小、使用壽命長和精度高等優點,已逐步在機電行業得到推廣應用.

拉拔過程產生大量的熱量,較高的溫度會增大滑動阻力,易產生斑紋和劃傷,文獻[4]提供了一種解決冷卻效果的方法.本文設計的拉拔卷筒,仍存在軸向相對滑動,要注意考慮冷卻效果.

4 結 論

本文設計的無圓周相對滑動的卷筒,取消了原有卷筒的圓弧面結構,用推升滑輪完成了積線的上移.因此,拉拔過程不存在線材圓周相對滑動,比較適合硬度較低的有色金屬線材拉拔,可以明顯減少線材表面的缺陷,且拉拔過程更為穩定.使用表明,可以消除圓周相對滑動,并使拉絲過程始終處于平穩狀態,減輕了線材表面的缺陷,取得了較佳的效果.

[1]嚴國語.水箱拉絲機改造[J].金屬制品,2012,38(1):34-36.

[2]張鋼,白華.磁懸浮支撐技術在機床中的應用[J].新技術新產品,2005(8):15-20.

[3]湯雙清, 胡歡.磁懸浮軸承的應用現狀與展望[J].機床與潤滑,2009,37(12):209-211.

[4]陳煒.提高直進式拉絲機卷筒冷卻效果的方法[J].金屬制品,2006,32(5):34.

DesignoftheDrawingDrumforNoCircumferenceRelativeSliding

AISheng-hui1,WUJin-ming2,FENGJun1,YINGXiao-dong1,QIANkang-le1

(1.ZhejiangYueGongMachineryCo.,Ltd.,Shaoxing312071,China;
2.ShaoxingBadaCopperCo.,Ltd.,Shaoxing312025,China)

Analysis of the drawing reel demonstrates that the excessive arc surface produced circumference relative sliding, which is the main cause of surface defects of metal wire. Therefore, a drawing drum without circumference relative sliding was designed. The use of excessive arc surface was discontinued and the wire was driven up by means of the pulley. The improved structure can eliminate the circumference relative sliding, thus reducing the surface defects of the metal wire.

drawing drum; relative sliding; surface defects of metal wire; improved design

1005-2046(2014)02-0076-03

10．13258／j．cnki．snm．2014．02．008

2014-04-01

艾生卉(1969-), 男，工程師，主要從事立體停車設備設計研發制造，以及鋼鐵、有色金屬加工等的研究工作.E-mail:ashh700303@163.com.

TG356.4+7

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