高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，包括由塔轮组成的塔轮组，塔轮组之间设置有具有安装座的拉丝模盒，安装座上设置了具有嵌入式拉丝轴孔的嵌入式拉丝模具，嵌入式拉丝轴孔的中心轴线呈水平设置，安装座上设有过线槽，安装座下部具有与塔轮组梯度相同的倾斜坡度；进线端的塔轮组与嵌入式拉丝轴孔之间设置有压线过线轮，压线过线轮过线槽的内侧切线、塔轮侧壁切线和嵌入式拉丝轴孔的中心轴线重合，出线端的塔轮组中直径最大的塔轮通过金属线材与牵引轮相连。本发明能够减少拉拔过程中扭转变形、降低不均匀拉拔产生的附加应力、低滑动系数、能够生产高强度金属线材，适于广泛应用于高强度金属线材深加工设备上。
【专利说明】高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度金属线材深加工设备，具体地指一种高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置。
【背景技术】
[0002]随着轮胎轻量化、低滚动阻力以及耐疲劳性能好的趋势越来越明显，钢帘线采用的钢丝强度也从普通强度、高强度(钢丝强度大于2250MPa，2750MPa?3050MPa)逐渐向超高强度(3050?3350MPa)以及特高强度(钢丝强度大于4000MPa)过渡。
[0003]高强度金属钢丝在拉拔过程中，钢丝的不均匀变形会产生附加应力，同时拉拔后会产生残余应力。一般而言，残余应力对钢丝机械性能影响显著，导致成品的尺寸稳定性差。而高强度金属钢丝在拉拔成丝时，钢丝非均匀形变和增加的残余应力对成品钢丝的影响更大。所以只有采用先进的工艺方法才能够获得高质量的高性能细钢丝以减少钢丝内部缺陷，获得力学性能、表面质量稳定可靠的钢丝，使钢丝的机械性能大幅度提高，同时减少拉拔断丝率，实现高速高效拉拔。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是要提供一种能够减少拉拔过程中弯曲扭转变形、降低不均匀拉拔产生的附加应力、实现低滑动系数、能够满足高强度金属线材生产需要的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置。
[0005]为实现上述目的，本发明所设计的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，包括若干个呈直列布置的塔轮组，每个塔轮组具有多个同轴阶梯叠放、直径等比例变化的塔轮，从而使每个塔轮组在整体上呈梯形，每两个塔轮组为一对同向布置，相邻两对塔轮组的布置方向相反；每对塔轮组之间设置有拉丝模盒，所述拉丝模盒具有安装座，所述安装座上设置有与相邻塔轮组上的塔轮一一对应的嵌入式拉丝模具，所述嵌入式拉丝模具上设置有用于将金属线材拉拔成丝的嵌入式拉丝轴孔，所述嵌入式拉丝轴孔的中心轴线呈水平布置；所述安装座上还设置有与嵌入式拉丝轴孔一一对应、用于金属线材穿过的过线槽；所述安装座的下部具有与对应的塔轮组梯度相同的倾斜坡度，以便嵌入式拉丝轴孔的中心轴线与对应的塔轮侧壁切线在一条直线上；并且，位于进线端的塔轮组中直径最小的塔轮与其对应的安装座上的嵌入式拉丝轴孔之间设置有压线过线轮，所述压线过线轮的过线槽的内侧切线与其对应的塔轮侧壁切线和嵌入式拉丝轴孔的中心轴线均在一条直线上；位于出线端的塔轮组中直径最大的塔轮通过金属线材与牵引轮相连。
[0006]作为优选方案，所述塔轮组共设置有三对，与其对应的拉丝模盒也设置有三个；其中，第一对塔轮组和第三对塔轮组呈头小底大的正梯形布置，第二对塔轮组呈头大底小的倒梯形布置；第一对塔轮组中最外侧的塔轮组的顶部塔轮作为进线端，第三对塔轮组中最外侧的塔轮组的底部塔轮作为出线端；所述牵引轮设置在出线端塔轮组上方、且轴线方向与该塔轮组轴线方向平行，所述牵引轮与出线端塔轮组底部的塔轮之间设置有多个变向过线轮。
[0007]进一步地，所述变向过线轮设置有三个，包括依次从下到上的第一变向过线轮、第二变向过线轮和第三变向过线轮，所述第一变向过线轮位于出线端塔轮组底部一侧、且轴线方向与该塔轮组轴线垂直，所述第二变向过线轮位于第一变向过线轮正上方、轴线方向也与该塔轮组轴线垂直，所述第三变向过线轮位于第二变向过线轮正上方、轴线方向与该塔轮组轴线平行。
[0008]再进一步地，所述第一变向过线轮与第二变向过线轮之间设置有纵向拉丝模具，所述纵向拉丝模具上设置有轴线与第一变向过线轮和第二变向过线轮之间的纵向切线重合的纵向拉丝轴孔。
[0009]还进一步地，所述安装座上设置有多个分别容纳每个嵌入式拉丝模具的冷却空腔，所述安装座上位于冷却空腔的内侧还从上至下设置有冷却槽，所述安装座侧壁设置有作为进水口的喷嘴，所述喷嘴与冷却槽相连，所述冷却槽对应于每个冷却空腔的位置分别设置有喷淋孔。
[0010]更进一步地，所述冷却槽与每个喷淋孔之间设置有集水孔。
[0011]更进一步地，每个塔轮组包括八个直径大小不一的塔轮，每个安装座上设置有排成两列、每列四个的嵌入式拉丝模具，两列嵌入式拉丝模具在水平方向上交错排列，每个嵌入式拉丝模具两端设置有与嵌入式拉丝轴孔相连的嵌入式拉丝锥孔。
[0012]更进一步地，每个安装座上的冷却槽为两个，分别对应于排成两列的嵌入式拉丝模具，每个安装座上共设置有八个冷却空腔。
[0013]更进一步地，所述安装座由三块纵向模板连接而成；其中，三块纵向模板由一侧向另一侧分别为第一纵向模板、第二纵向模板和第三纵向模板，所述第二纵向模板和第三纵向模板的同一侧侧面分别设置有凹槽，两个凹槽分别与第一纵向模板和第二纵向模板的另一侧侧壁相连形成两个冷却槽；所述压线过线轮轴线呈倾斜设置。
[0014]本发明的工作原理是这样的:拉拔金属线材的关键是制定拉拔方法，根据总压缩率和部分压缩率确定合理的拉拔路径、机器系数、拉拔道次和塔轮梯度，以保证拉拔的顺利进行，并保证金属线材的高精度和高质量，而拉拔路径的设计是生产高质量金属线材必不可少的手段。
[0015]拉拔金属线材之前整个高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置已经浸没在冷却水中，由牵引轮提供拉拔动力，拉拔开始后金属线材分别经过作为进线端的第一个塔轮组顶端最小的塔轮和压线过线轮，然后进入位于第一个拉丝模盒最上部的嵌入式拉丝模具的嵌入式拉丝轴孔，同时拉丝模盒内的两条冷却槽分别通过集水孔和喷淋孔向冷却空腔喷淋冷却水，使冷却空腔中的冷却水产生扰动，与周围的水体产生热交换，以此来冷却嵌入式拉丝模具，带走金属线材变形产生的热量，起到快速冷却的作用，避免因冷却不足使金属线材温度升高，而由于散热不良会使金属线材应变时效变短而导致其力学性能恶化趋势明显，具体表现为强度增加、扭转值下降、易产生扭转裂纹等方面，不利于生产出合格的成品；经过该嵌入式拉丝轴孔，随后金属线材进入与第一个塔轮组相配合的第二个塔轮组顶部的塔轮，金属线材顺时针缠绕I?3圈，然后进入第一个塔轮组中的下一个塔轮，在该塔轮缠绕后金属线材经过第一个拉丝模盒的下一个嵌入式拉丝模具的嵌入式拉丝轴孔，并进入第二个塔轮组中的下一个塔轮，金属线材在该塔轮上缠绕I?3圈，然后进入第一个塔轮组中的下一个塔轮，重复同样动作，直到这对塔轮组间的拉拔完成。金属线材再从第二个塔轮组底部的直径最大的塔轮进入下一对配合的塔轮组，这一对塔轮组大小形状与前一对塔轮组相等，只是放置方向与前一对塔轮组相反，即直径最小的塔轮在底部而直径最大的塔轮在顶部，由前一对塔轮组出来的金属线材进入属于该对塔轮组的第三个塔轮组底部直径最小的塔轮，然后进入位于第二个拉丝模盒最下部的嵌入式拉丝模具的嵌入式拉丝轴孔，同时拉丝模盒内的两条冷却槽分别通过集水孔和喷淋孔向冷却空腔喷淋冷却水，使冷却空腔中的冷却水产生扰动，以此来冷却嵌入式拉丝模具，带走金属线材变形产生的热量，起到快速冷却的作用，随后进入与第三个塔轮组相配合的第四个塔轮组底部的塔轮，金属线材逆时针缠绕I?3圈，然后进入第三个塔轮组中的下一个塔轮，在该塔轮缠绕后金属线材经过第二个拉丝模盒的上一个嵌入式拉丝模具的嵌入式拉丝轴孔，并进入第四个塔轮组中的上一个塔轮，金属线材在该塔轮上缠绕I?3圈，然后进入第三个塔轮组中的上一个塔轮，重复同样动作，拉拔完成后通过第四个塔轮组顶部的直径最大的塔轮进入第三对塔轮组。而第三对塔轮组的布置方向与第一对塔轮组相同、第二对塔轮组相反，即直径最大的塔轮在底部而直径最小的塔轮在顶部，第五个塔轮组的顶部塔轮作为金属线材的输入端，第三对塔轮组及与其配合的第三个拉丝模盒以与第一对塔轮组和第一个拉丝模盒相同的方式拉拔金属线材，拉拔完成后金属线材从第六个塔轮组底部的塔轮出来，通过三个变向过线轮和一个纵向拉丝模具与牵引轮相连，并由此进入下一道工序。其中，第六个塔轮组底部的塔轮与牵引轮保持同样的线速度。
[0016]整个拉拔过程中，由于第一对和第三对塔轮组上的塔轮直径从上到下逐渐增大，所以由上到下布置的金属线材旋转的线速度也在逐渐增大，而第二对塔轮组上的塔轮直径从下到上逐渐增大，所以由下到上的金属线材旋转的线速度也在逐渐增大，相对而言，后面塔轮组的转速要高于前面塔轮组的转速，通过精确的计算设定好塔轮组上塔轮的梯度，使得每个塔轮的线速度与增长的金属线材长度相契合，既做到拉拔又不会导致金属线材不均匀形变而产生残余应力。同时，因为金属线材是越拉越细，所以后一步的嵌入式拉丝轴孔的孔径要小于前一步的嵌入式拉丝轴孔的孔径。相较于传统的布置形式，各对塔轮组正反交错的布置方式大大减少了拉拔成丝装置内过线轮数量的布置，大大减少了金属线材弯曲和扭转的次数，导致由此产生的弯曲应力和离心应力可以忽略不计，避免了小曲率半径的弯曲和扭转，降低了金属线材的弯曲变形可能性，金属线材力学性能和表面质量稳定可靠。同时，由于嵌入式拉丝轴孔的中心轴线呈水平设置，且所有塔轮组呈直列布置，塔轮组与拉丝模盒之间、塔轮组之间为直进走线，实现了同直径塔轮间的直进拉拔，即拉拔力只存在于同一水平高度的同直径的塔轮之间，金属线材斜向运动在不同水平高度的塔轮时只是走线而并无拉拔过程。塔轮工作面为圆柱体(无锥面)，便于加工，使塔轮设计精度易于保障，在本发明中，塔轮圆柱度控制在0.015mm以内，组装后塔轮组塔轮跳动值控制在0.05mm以内，塔轮表面采用喷涂碳化钨高耐磨材料，该材料能够保证塔轮表面硬度不低于62HRC，表面粗糙度小于Ra0.4，使同直径塔轮间的直进拉拔保持在低滑动状态。
[0017]以工业上经常用到的太阳能切割丝为例，太阳能切割丝是高级镀锌铜钢丝(0.1Omm?0.12mm)，它集稳定性、均匀性、高精度、高强度等众多优点于一身。太阳能切割丝的生产工艺在金属线材的生产中是要求最为严苛的，对生产设备和工艺控制具有极高的要求。在众多的金属线材中，太阳能切割丝的性能要求为平直度好、弯曲度小、公差丝径小而均匀、翘曲小以及直径和椭圆度公差小。
[0018]通过以下检测手段将现有装置拉拔的太阳能切割丝与本发明拉拔的太阳能切割丝进行对比:
[0019]手段一、在拉拔成丝装置中，塔轮梯度和机器系数由最小部分压缩率和低滑动系数确定，有鉴于此，本发明中的塔轮工作面设为圆柱体而非圆锥体，能够减少太阳能切割丝在塔轮工作面上翻转的可能性，从而减小了太阳能切割丝扭转变形的可能性，下表将使用本发明生产的太阳能切割丝与使用现有金属线材拉拔装置生产的太阳能切割丝的平均模耗和断丝率分别加以对比:
[0020]拉拔太阳能切割丝平均模耗及用捻制方法测断丝率情况对照表
[0021]
【权利要求】
1.一种高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，包括若干个呈直列布置的塔轮组(2)，每个塔轮组(2)具有多个同轴阶梯叠放、直径等比例变化的塔轮(2.1)，从而使每个塔轮组(2)在整体上呈梯形，其特征在于: 每两个塔轮组(2)为一对同向布置，相邻两对塔轮组(2)的布置方向相反；每对塔轮组(2)之间设置有拉丝模盒(3)，所述拉丝模盒(3)具有安装座(3.1)，所述安装座(3.1)上设置有与相邻塔轮组(2)上的塔轮(2.1) 一一对应的嵌入式拉丝模具(4)，所述嵌入式拉丝模具(4)上设置有用于将金属线材(I)拉拔成丝的嵌入式拉丝轴孔(4.1)，所述嵌入式拉丝轴孔(4.1)的中心轴线呈水平布置； 所述安装座(3.1)上还设置有与嵌入式拉丝轴孔(4.1) 一一对应、用于金属线材(I)穿过的过线槽(3.1.1);所述安装座(3.1)的下部具有与对应的塔轮组(2)梯度相同的倾斜坡度，以便嵌入式拉丝轴孔(4.1)的中心轴线与对应的塔轮(2.1)侧壁切线在一条直线上; 并且，位于进线端的塔轮组(2)中直径最小的塔轮(2.1)与其对应的安装座(3.1)上的嵌入式拉丝轴孔(4.1)之间设置有压线过线轮(5)，所述压线过线轮(5)的过线槽(5.1)的内侧切线与其对应的塔轮(2.1)侧壁切线和嵌入式拉丝轴孔(4.1)的中心轴线均在一条直线上；位于出线端的塔轮组(2)中直径最大的塔轮(2.1)通过金属线材(I)与牵引轮(6)相连。
2.根据权利要求1所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述塔轮组(2)共设置有三对，与其对应的拉丝模盒(3)也设置有三个；其中，第一对塔轮组(2)和第三对塔轮组(2)呈头小底大的正梯形布置，第二对塔轮组(2)呈头大底小的倒梯形布置；第一对塔轮组(2)中最外侧的塔轮组(2)的顶部塔轮(2.1)作为进线端，第三对塔轮组(2)中最外侧的塔轮组(2)的底部塔轮(2.1)作为出线端；所述牵引轮(6)设置在出线端塔轮组(2)上方、且轴线方向与该塔轮组(2)轴线方向平行，所述牵引轮(6)与出线端塔轮组(2)底部的塔轮(2.1)之间设置有多个变向过线轮(7)。
3.根据权利要求2所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述变向过线轮(7)设置有三个，包括依次从下到上的第一变向过线轮(7.1)、第二变向过线轮(7.2)和第三变向过线轮(7.3)，所述第一变向过线轮(7.1)位于出线端塔轮组(2)底部一侧、且轴线方向与该塔轮组(2)轴线垂直，所述第二变向过线轮(7.2)位于第一变向过线轮(7.1)正上方、轴线方向也与该塔轮组(2)轴线垂直，所述第三变向过线轮(7.3)位于第二变向过线轮(7.2)正上方、轴线方向与该塔轮组(2)轴线平行。
4.根据权利要求3所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述第一变向过线轮(7.1)与第二变向过线轮(7.2)之间设置有纵向拉丝模具(8)，所述纵向拉丝模具(8)上设置有轴线与第一变向过线轮(7.1)和第二变向过线轮(7.2)之间的纵向切线重合的纵向拉丝轴孔(8.1)。
5.根据权利要求1至5中任一项所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述安装座(3.1)上设置有多个分别容纳每个嵌入式拉丝模具(4)的冷却空腔(3.1.2)，所述安装座(3.1)上位于冷却空腔(3.1.2)的内侧还从上至下设置有冷却槽(3.1.3)，所述安装座(3.1)侧壁设置有作为进水口的喷嘴(9)，所述喷嘴(9)与冷却槽(3.1.3)相连，所述冷却槽(3.1.3)对应于每个冷却空腔(3.1.2)的位置分别设置有喷淋孔(3.1.4)。
6.根据权利要求5所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述冷却槽(3.1.3)与每个喷淋孔(3.1.4)之间设置有集水孔(3.1.5)。
7.根据权利要求6所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:每个塔轮组(2)包括八个直径大小不一的塔轮(2.1)，每个安装座(3.1)上设置有排成两列、每列四个的嵌入式拉丝模具(4)，两列嵌入式拉丝模具(4)在水平方向上交错排列，每个嵌入式拉丝模具(4)两端设置有与嵌入式拉丝轴孔(4.1)相连的嵌入式拉丝锥孔(4.2)。
8.根据权利要求7所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:每个安装座(3.1)上的冷却槽(3.1.3)为两个，分别对应于排成两列的嵌入式拉丝模具(4)，每个安装座(3.1)上共设置有八个冷却空腔(3.1.2)。
9.根据权利要求8所述的高强度金属线材单向直进式拉拔成丝装置，其特征在于:所述安装座(3.1)由三块纵向模板(10)连接而成；其中，三块纵向模板(10)由一侧向另一侧分别为第一纵向模板(10.1)、第二纵向模板(10.2)和第三纵向模板(10.3)，所述第二纵向模板(10.2)和第三纵向模板(10.3)的同一侧侧面分别设置有凹槽，两个凹槽分别与第一纵向模板(10.1)和第二纵向模板(10.2)的另一侧侧壁相连形成两个冷却槽(3.1.3);所述压线过线轮(5)轴 线呈倾斜设置。
【文档编号】B21C1/14GK104001745SQ201410190162
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】赖银燕, 张世坤, 任晗, 卓艾宝 申请人:湖北三江航天江北机械工程有限公司