鋼線拉絲及表面處理生產線成套裝備

石輝健，黃文杰

（中國電器科學研究院有限公司，廣州 510300）

前言

表面處理行業可以為產品獲取不同的表面性能，如裝飾性能、耐腐蝕性等，同時還可以制造復雜的異型零件、組件等，這是其他加工工藝行業所不能達到的。因此，表面處理行業在整個工業體系中具有不可取代的地位，特別是在航空、航天及軍工行業，由于產品功能性的特殊需求，表面處理所占的比重非常明顯。

隨著科學技術和現代工業智能化的發展，革新技術，改進設備，是工業持續穩定發展的關鍵。水平運動式鋼線表面處理生產線以其高效率、工業溶液用量少、質量好、勞動強度低、改善操作環境、節省勞動力等優點，在航天航空國防工業、汽車工業和電子通訊等領域得到廣泛應用。改進特種鋼線表面處理生產線的設備結構，改善設備性能，提高生產水平和生產效率，滿足不同領域的需要。這里主要介紹設備的布置和相關設備組成。

1 特種鋼線拉絲及表面處理生產線的組成

特種鋼線拉絲及表面處理生產線采用立體式布置，主要由拉絲系統、牽引動力系統、脫脂系統、連續退火系統、鍍鎳系統、造膜系統、烘干系統等七大系統組成，其中牽引動力系統包括放線裝置和收線裝置。放線裝置、脫脂系統、連續退火系統、鍍鎳系統中的鋼線經過通道幾乎置于同一水平線上，在生產過程中，鋼線經過導向裝置后水平運動式通過這幾個系統。鋼線在經過鍍鎳系統后，呈“V”型進出造膜系統，垂直通過烘干系統，再呈倒“V”型進入收線裝置。

2 立體式生產線布置

表面處理生產線生產裝備由于具有非標設備性質，結構比較復雜。根據生產線布局特點，分為平面式布置和立體式布置。傳統的表面處理生產線主要以平面式布置為主，都是以單個獨立的子體系機械連接而成，存在生產線零亂、不美觀及生產線內部空間浪費等問題。立體式生產線在采用新技術方面具有較大的優勢。本生產線為布置為立體式布置，如圖1所示。

工作槽由用型材制作的鋼架托起，把循環泵、鼓風機、儲液槽等一些設備放置到工作槽下方的鋼架之上，避免設備直接與地面接觸，風管和相關的給排水管道放置在工作槽的側邊或底下。這樣一來，立體式布置既可以節省設備安裝的空間，又可以減少由于地面潮濕或表面處理溶液滴落造成設備被腐蝕的機會，同時還可以減少由于循環泵、鼓風機等設備產生的噪聲對人產生影響，給工人創造一個較安靜的工作環境。此外，設備與槽區的分上下層布置，上下組合槽為半封閉槽體，大大減少了表面處理過程中腐蝕性氣體對設備的腐蝕，同時維護也方便。操作平臺及維修通道置于鋼架兩側，把管道、閥門、設備、槽體與操作區隔離，減少腐蝕性氣體對鋼架、設備的腐蝕，改善車間生產環境。既能達到環保、節能的效果，又可以美化、統一生產線的外觀。生產線采用立體式布置，各個工序設備緊湊相連，雖然一次性的投資成本略有增加，但從長遠來看可以大量減少能耗，節約能源，保護環境，以及能減少設備保養更新的費用。

圖1 立體式布置圖

3 拉絲系統

拉絲系統由拉絲前處理槽體與拉絲機組成，特種鋼線在進行拉絲前需要進行酸洗及柔性處理。特種鋼線經過前處理槽體的位置與拉絲機的水平位置持平，減少特種鋼線在經過槽體進入拉絲的磨損幾率。特種鋼線在拉絲機上多次拉拔，一次成型，保證成品的合格率。

4 牽引動力系統

鋼線表面處理生產線的設備中有一組提供鋼線運動的牽引動力系統，包括收線機組和放線機組，通常也稱為收放線裝置。一般以收線機為主動輪，放線機為從動輪，分別置于鋼線表面處理生產線頭尾兩端。放線裝置主要由轉盤、線圈及相應的導線裝置組成。收線裝置是由無級調速變頻電機提供動力的第一帶輪及由減速機驅動的第二帶輪，通過同步齒帶連接控制收線的倒立式梅花收線機組裝置，提供鋼線運動的動力并用以收取鋼線。

鋼線表面處理生產線的放線裝置設計有鎖緊機構，其中張力檢查設備能自動調節放線時鋼線的張力，保證其狀態平直，還可避免收線機組緊急停止時自動放線。鋼線放線裝置假如沒有鎖緊機構很容易導致鋼線在通過導向裝置進入各種處理槽時跳線或被卡死造成斷線。更為嚴重的是當收線機組突然停機時鋼線因慣性作用而在導向裝置上松弛、容易造成在處理槽上亂線，尤其是高速運轉的收線機突然停機時，這種現象更容易發生。為了避免這種故障的發生，用戶在生產過程中就不得不安排專人在放線機組部位用手緊緊拉直鋼線。這不僅浪費人力，而且還很難避免鋼線的跳線和亂線[3]。

本生產線的收線裝置是一種倒立式梅花收線機組上的收線機構，主要由機架和驅動裝置組成，其中驅動裝置包括三相交流變頻電機和減速機。驅動裝置安裝在機架的頂部，其中三相交流變頻電機的動力輸出端上安裝第一帶輪，減速機的動力輸入端上安裝第二帶輪。第一帶輪通過同步齒形帶與第二帶輪連接，減速機的動力輸出端驅動空心軸，在空心軸上套設卷筒，在卷筒的下方位于空心軸的軸端處安裝進線導輪組件，在進線導輪組件一側安裝第一變形器，在第一變形器的一側安裝換向導輪，在換向導輪一側安裝引入導輪組件；同時在卷筒的一側安裝第二變形器，在第二變形器的一側安裝上卷筒導輪組件；在卷筒的另外一側安裝大壓輪組件和拔絲桿組件。

5 脫脂

脫脂工序中的工藝槽，包括電解酸洗槽、水洗槽，均為上下組合槽。其中一種上下組合槽樣式如圖2所示。

它分上下層布置，上層是工作槽，是對工件進行處理的發生槽；下層是儲液槽。上下槽之間的液體循環是通過耐蝕循環泵不間斷地進行。上槽體制作成一個相對封閉的盒體，防止溶液腐蝕性氣體的揮發和蒸汽帶走的熱能，減少對設備造成腐蝕及能量的損失，同時也由于上槽體敞開面積縮小而大大地減少排風量，最后經由風管將腐蝕性氣體輸送到廢氣處理塔進行處理，對環境危害大大減小。上槽體本身配置有透明開啟窗和可折疊的活門，可防止腐蝕性氣體污染環境，又便于觀察。上槽體頂部有排風管，工作時關閉開啟窗和活門，打開風機，實現半封閉式操作，減少防止溶液腐蝕性氣體的揮發，有利于改善環境。倘若是對稱式的兩條生產線同時進行生產，相同的工序可以共用一套管路系統和排風系統，大大節省制作的成本。上槽內有定位裝置、導向裝置、吹水裝置。下槽的液體循環是通過循環泵輸入到上槽進行的，上槽液體又從溢流口流人排水口返回到下槽，如此往復。上下槽內液體得以循環使用，通過調節進液閥和浮球液位計來控制上槽液面高度，可減少水資源的浪費。由于上下組合槽內的溶液是不斷循環的，所以上槽內的溶液濃度、成分、溫度等更為均勻一致，保證了鋼線表面處理的質量。

圖2 上下組合槽結構圖

6 連續退火

為了提高鋼線韌性在鍍鎳前一般都需要進行退火處理。這種退火處理既要使鋼絲降低硬度、提高韌性，又要使其表面盡量少地產生氧化皮，更不能造成表面腐蝕。連續退火爐與冷卻槽連同為一個整體，鋼線經過連續退火爐進行退火后進入冷卻槽內部的圓管進行冷卻。連續退火爐與冷卻槽內的圓管不漏水地互相連接起來，這樣可以實現空氣冷卻，控制冷卻時間和冷卻溫度，改善鋼線退火性能。連續退火爐與冷卻槽內鋼線走道平直，減少鋼線運動的摩擦，鋼線損傷幾率也大大減小。

7 鍍鎳

鍍鎳工序中的工藝槽，包括電解酸洗槽、水洗槽及電鍍槽，均為上下組合槽。上槽內有定位裝置、導向裝置、吹水裝置及導電裝置。它分上下層布置，上層是工作槽，下層是儲液槽。上槽和下槽的液體循環是通過循環泵不斷進行的，其循環路徑為：下槽—循環泵—循環管—上槽—溢流管—下槽。

7.1 定位裝置

定位裝置由一個橫的托輥和兩塊豎的夾板構成，托輥采用的材料是玻璃棒以減少鋼線運動時的阻力，兩塊夾板在安裝固定板上可以上下調節，以保證鋼線經過處理槽時既不接觸上槽底面，又不露出液面。同時還可以調節經過槽體的水平位置，保證鋼線從上一個工序過渡到下一個工序的水平平衡度。

7.2 導向裝置

導向裝置由7套陶瓷導向板、一塊扣板和兩塊豎的夾板構成，導向板與扣板之間的縫隙可以調節，既保證不同規格的鋼線能夠通過，又可防止鋼線的任意擺動或翻轉[4]。

7.3 吹水裝置

所謂吹水裝置就是利用氣體高速沖擊工件時所產生的機械沖擊力來迅速完成清洗、脫水等作用的裝置。該裝置由鼓風機和氣管兩部分組成，氣管設計成可以從設備之外拆卸的結構。氣吹的目的是采用高壓氣經吹氣管對鋼線進行清洗、吹水，以減少鋼線對處理液的帶出量。鋼線先經水洗槽迅速將殘留其表面的少量藥劑清洗后，經高壓氣吹掉鋼絲上遺留的水液，不帶入下一級處理槽，避免造成槽液的連續污染，有利于提高鍍層的質量。

7.4 導電裝置

導電裝置的作用是使鋼線與電極在電鍍液內形成電場，使電鍍液中的離子移向鋼線表面形成鍍層。導電裝置的電極支架固定在上槽的槽格骨架上，電極安裝在電極支架上，導電線與電極支架相連，形成導電裝置。電極置于鋼線的的正下方，并且不跟鋼線接觸，導電面積大，導電性良好，同時又減少了鋼線運動的阻力。每套電極上方都有相應的冷卻系統，冷卻液冷卻電極后流入槽間接水盤，經溢流管流入儲液槽進行循環。

7.5 內部鋼線輸送裝置

內部鋼線輸送裝置由6套萬向導向輪及支架組成，萬向輪為雙列布置。增加該裝置主要目的是在不需要進行鍍鎳工序時，鋼線可以直接經過該裝置到達下一工序。假如沒有內部鋼線輸送裝置，在不需要進行鍍鎳處理時，鋼線仍要穿過鍍鎳各種處理槽，這樣就需要清除槽內的槽液、清洗槽體等工作內容，工作繁瑣。有了這套裝置，不僅可以減少工作量，操作也更為方便。

8 造膜、烘干

鋼線進入造膜槽造膜時，鋼絲呈“V”型進出槽體，導線輪安裝在造膜槽中，大部分輪體浸在造膜液中，保證鋼線通過時能完成造膜工序，如圖3所示。鋼線從造膜槽出來后，垂直進入烘干爐直接烘干。烘干主要是將鋼線表面上的水分除去，防止基體金屬再次銹蝕，以提高造膜質量。烘干工序是表面處理的最后一道輔助工序。造膜槽置于烘干爐的平臺下方，相應的控制電柜也置于烘干爐的平臺下方，立體式布置，設備平整美觀。鋼線從烘干爐出來后，呈倒“V”型進入收線裝置，完成造膜、烘干工序。

圖3 造膜槽結構圖

9 結束語

通過技術設計、設備加工制造和現場安裝實施，獲得設備設計和布局安裝的經驗，并對設備結構進行了相應的改進，更加符合生產的需要。本生產線設備結構設計完善、布局合理、節能環保，資源的利用率高。經實踐證明該生產線設備是鋼線表面處理的理想設備，具有廣泛的應用前景。

[1]雷邦雄,黃渭澄,李銘華.電鍍設備［M］. 四川：四川科學技術出版社，1986: 220-223.

[2]沈超群,陳文輝,劉萬青.新型線材電鍍設備的設計[J]. 表面技術，2000, 29(4):37-38.

[3]李永清.關于新型線材電鍍機的一些思考[J]. 金屬制品, 2001,21（3）：30-36.

[4]趙平堂.水平運動式線材電鍍線[J]. 電鍍與環保, 2001,21(6):31-32.