鋁型材拉直機的設計研究

馬福全 朱衛波

摘 要：為解決鋁型材的拉直問題，對拉直機整機結構及細節進行研究。以滿足功能、參數、性能為前提，設計了在鋁型材自動化生產線中應用的拉直機，該設備由固定軌道、主拉伸頭、擋料裝置、輸送裝置和副拉伸頭等組成，配合液壓系統、自動化控制系統、輔助人工操作，實現來料的定位、提升、夾持、拉伸和輸送等功能，以滿足鋁型材的拉直要求。

關鍵詞：鋁型材；拉直機；自動化；液壓系統；軌道

中圖分類號：TH69 文獻標志碼：A

0 引言

科學技術的不斷進步，機械設計制造自動化技術也在不斷進步。鋁及鋁合金型材具有耐蝕、質輕、表面處理色彩豐富和可滿足不同場合對機械強度的不同要求等特性，使其在許多領域得到廣泛應用。如何保證鋁型材的高質量是擺在生產企業面前的重要問題。

鋁型材的直線度是一項關鍵參數。通常情況下，鋁型材由重型擠壓機擠出后直線度較差，需要專用設備將其拉直方能投入下一道。在此前提和背景下，本文著重對拉直機的整機和結構細節進行了設計研究。

1 整機系統及結構設計

1.1 設計要求

拉直機在生產中配合大型擠出機使用，是鋁型材擠出機的關鍵后工序設備。本設計主要參數及技術特征要求為：最大拉伸力20kN，帶旋轉功能，行走速度30m/min，拉伸軌道長45m，夾持時不抖動，行走足夠平穩。

通常情況下，拉直機的分類按照結構方式有可旋轉式、固定式兩種，行走固定方式有插銷式、掛鉤式等。按照動力來源可分為液動式、電動式等。

按照以上整體要求，本設計確定選用液壓拉伸方式，旋轉頭選用電機驅動，行走為電機驅動，行走固定方式為插銷式。

1.2 具體結構分析

1.2.1 主拉伸頭驅動設計

首先設備需滿足最大拉伸力要求，此拉伸力由液壓油缸提供，因此按照此拉伸力需選用合適的液壓油缸。此處結構的關鍵在于可靠的機械連接方式。為使結構簡潔，液壓缸采用倒裝固定方式，其與主機的連接采用兩根長導柱，導柱的一頭連接在主機側面，另一頭連接在活塞桿頭部的連接板上?；钊麠U伸出時主拉伸頭后退，活塞桿縮回時主拉伸頭前進。詳見圖1，主拉伸頭。主拉伸頭的行程由主液壓油缸的行程決定，具體視鋁型材的拉伸距離和延展率等情況而定。為使結構緊湊、簡單，主拉伸頭采用“倒裝”方式。

1.2.2 旋轉頭設計

在拉伸之前，當鋁型材有明顯扭曲時，需要利用鉗口將鋁型材夾持住，先用旋轉頭帶動鋁型材的一端轉動一定角度，使之相對平直，然后再進行下一部的拉伸，由此才能達到良好的直線度要求。旋轉頭由減速電機驅動，減速機輸出軸端裝有小齒輪，小齒輪帶動旋轉頭上的大齒輪動作，實現頭部旋轉的功能，同時有降速增扭的效果。大齒輪的心軸固定于車體內，心軸的回轉軸承選用推力軸承，以適應拉伸時的軸向力。

1.2.3 鉗口設計

鉗口的夾緊力來自兩個液壓油缸。相比主拉伸液壓油缸，夾緊液壓油缸較小，能滿足夾緊力要求即可。鉗口選用上下齒板形式，車體內部另有導向裝置，在齒板夾緊型材時起到導向作用。

1.2.4 副拉伸頭設計

副拉伸頭的鉗口與主拉伸頭有相似之處，都是采用液壓油缸驅動齒板夾緊。同樣，在滿足最大拉伸力的前提下，要保證齒板的強度。兩者最大的區別在于行走方式，主拉伸頭由主拉伸液壓油缸驅動，而副拉伸頭由電機或者液壓馬達驅動。它行走距離長，可在軌道上全行程行走，因此可以適應不同長度的型材。另外，副拉伸頭在行走中的固定由插銷機構實現，即用包括在副拉伸頭車體內的銷軸插入路軌側面的銷孔中實現固定，銷軸的動作由液壓油缸驅動，配合連桿結構完成動作。

1.2.5 路軌及行走輪設計

路軌兩側有等間距的銷孔，孔間距為600mm，按照鋁型材的不同長度，副拉伸頭行走至不同的銷孔位置后伸出插銷，靠銷與銷孔之間的徑向力固定副拉伸頭。路軌的材質選用Q345或以上級別的鋼材，整體拼焊后加工，保證行走表面的直線度、平面度及表面粗糙度。因一般膨脹螺栓可靠性相對較差，而預埋件又要求有足夠準確的預埋位置，如果現場安裝中有臨時修改或布局變動時會比較麻煩，因此本設計中路軌采用地腳螺栓固定。

1.2.6 小結

此設計中需要有液壓站提供部分動力，副拉伸頭在全行程內由滑觸線供電。因此除以上結構及驅動形式外，旋轉頭的旋轉驅動裝置也可以選用液壓馬達，而副拉伸頭的行走驅動裝置也可以選用電機，具體用那種方式可視具體情況而定，關鍵在于滿足使用參數和工況要求。

2 工藝動作流程

另外，本設計中需要包括型材的提升裝置、送料裝置、擋料裝置。當拉伸頭主動去夾緊鋁型材之前，型材高度需要正好在上下鉗口之間，而不同的型材高度并不一樣，因此需要用提升裝置將其送至合適的高度，以便鉗口夾持；送料裝置安裝在鉗口前方，類似于鏈條輸送機構，可將型材輸送至合適的位置，從而避免夾持歪斜；配合送料裝置使用的是擋料裝置，該裝置用于將型材限位在固定位置。具體動作流程為提升-副拉伸頭夾緊-副拉伸頭固定-主拉伸頭夾緊-主液壓油缸拉伸。具體動作流程如圖2所示，工藝動作流程圖。

結論

本設計全面考慮了鋁型材拉直機結構形式、生產工藝、性能和效率等因素，對整機和細節進行了優化設計。該設備在實際的生產應用中得到檢驗，大部分工藝過程以自動化方式進行，減少了人工操作和勞動強度，產品質量大幅提升，取得了預期的效果。

參考文獻

[1]姚立軍.機械設計制造及其自動化發展研究[J].化工管理，2017（32）：24.

[2]唐遠景.我國鋁型材工業現狀及發展動向淺析[J].浙江冶金，1994（1）：16-18.