一种用于单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组的制作方法

本发明属于金属制品拉丝技术领域，具体涉及一种用于单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组。

背景技术：

水箱拉丝机的塔轮带动缠绕在塔轮表面的金属丝进行拉拔，金属丝在塔轮表面的线速度不能低于塔轮表面线速度。同时，与塔轮表面线速度相比，金属丝线速度越快，金属丝在塔轮表面摩擦越严重。拉丝模前后金属丝的线速度比值为拉拔延伸率，拉丝模前后塔轮的表面线速度比值为机器延伸率，机器延伸率的分配形式限制了拉拔延伸率的分配形式。在拉拔过程中，金属丝随着拉拔道次的增加，其强度逐步上升，塑性逐步下降。因此，随着金属丝塑性逐步降低，拉拔延伸率越大，金属丝脆断的风险越高；拉拔延伸率越小，由于初始道次金属丝强度不高，发生杯锥断丝的风险越高。因此，最优的拉拔延伸率分配曲线应为锥形曲线，即随着金属丝强度逐步增加，拉拔延伸率逐步降低。

现有单向拉拔水箱拉丝机包括收线装置、放线装置、拉丝主体；现有拉丝主体的塔轮组包括主动塔轮、被动塔轮，以及位于主动塔轮、被动塔轮之间的拉丝模架；所述主动塔轮、被动塔轮均为设置于主动塔轮轴或被动塔轮轴上的一体式多级台阶形塔轮，每级塔轮对应一个拉拔道次，所述拉丝模架上设与主动塔轮和被动塔轮的每级塔轮相对应的拉丝模。单向拉拔水箱拉丝机工作时，金属丝绕过被动塔轮顶端的第一级塔轮，穿过拉丝模架上相应的拉丝模模孔，绕过主动塔轮顶端的第一级塔轮完成第一道次拉拔；再绕过被动塔轮的第二级塔轮，穿过拉丝模架上相应的拉丝模模孔，绕过主动塔轮的第二级塔轮，完成第二道次拉拔。依次类推，最终完成金属丝拉拔。

由于主动塔轮、被动塔轮上的所有级塔轮都是一体式结构，所以，主动塔轮上所有级塔轮的转速相同、被动塔轮上所有级塔轮的转速相同，这就导致传统水箱拉丝机的机器延伸率分配为恒定式(其分配曲线参见图1)，即每个拉拔道次的机器延伸率相同。由于机器延伸率的分配形式限制了拉拔延伸率的分配形式，恒定式机器延伸率上的拉拔延伸率基本上接近水平曲线，这种拉拔延伸率仅能满足低附加值的普通金属丝性能的需要。

为了改善金属丝的性能，在主动塔轮、被动塔轮上所有级塔轮的转速相同的情况下，水箱拉丝机的机器延伸率分布被优化成台阶式(或分组递减式)：随着金属丝强度上升，机器延伸率分布为台阶式下降(其分配曲线参见图1)。但仍然无法与最优的拉拔延伸率分配曲线即锥形拉拔延伸率曲线相匹配。

由于现有单向拉拔水箱拉丝机的塔轮组结构使被动塔轮上所有级塔轮的转速相同，不能实现机器延伸率应随着金属丝在拉拔过程中强度逐步上升而依次下降，即锥形的机器延伸率分布方式(参见图1)，也就无法与拉拔产品的最优拉拔延伸率分配曲线相匹配。

目前，用现有水箱拉丝机加工强度高、对塑性性能要求高的高附加值金属丝时，只有恒定式机器延伸率工艺或台阶式机器延伸率工艺，导致成材率不高，产品塑性性能也难以满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组，使单向拉拔水箱拉丝机的机器延伸率分布随着金属丝在拉拔过程中强度逐步上升而依次下降，实现锥形的机器延伸率分布，形成不同与现有拉拔工艺的新型锥形机器延伸率工艺。该锥形机器延伸率工艺和金属丝的锥形拉拔延伸率分配曲线相匹配，使单向拉拔水箱拉丝机在生产高强度、高塑性的高附加值金属丝时，具有更优的产品塑性和更高的成材率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组，其包括：主动塔轮、被动塔轮和设置于主动塔轮、被动塔轮之间的拉丝模架，所述主动塔轮包括主动塔轮轴及设置于主动塔轮轴上的一体式多级台阶形塔轮，每级塔轮对应一个拉拔道次；所述拉丝模架上设与主动塔轮的每级塔轮相对应的拉丝模；所述被动塔轮包括被动塔轮轴及活动套设于被动塔轮轴上的若干片塔轮片；在同一个拉拔道次上，被动塔轮的一片塔轮片与主动塔轮上的一级塔轮对应。

进一步，在同一个拉拔道次上，所述被动塔轮的塔轮片与主动塔轮上对应的一级塔轮直径相同。

本发明所述被动塔轮上两片以上相邻塔轮片设为一体式结构。

本发明通过对单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组结构上的创新，在确保拉拔关键指标-拉拔直线性的高精度要求的前提下，形成了与金属丝加工硬化特性即锥形拉拔延伸率曲线相匹配的、不同与现有拉拔工艺的锥形机器延伸率工艺。

现有被动塔轮中所有级塔轮联结成一个整体，均由塔轮轴带动而以相同转速旋转，其机器延伸率分配为恒定式或台阶式下降，无法与拉拔产品最优的拉拔延伸率曲线即锥形拉拔延伸率曲线相匹配。

拉拔产品的锥形拉拔延伸率曲线一般通过测量获得所加工金属丝的加工硬化曲线，再结合拉拔应力计算模型，计算出拉拔力、反拉力、芯部应力，即可获得拉拔产品的锥形拉拔延伸率曲线。

本发明完全不同于现有结构，本发明中被动塔轮上的塔轮片采用随动方式转动，即塔轮片随被拉拔的金属丝带动而旋转，拉拔过程中每片塔轮片的转速不同，使不同道次的机器延伸率不同。

本发明通过被动塔轮上各塔轮片均为随动设计，使单向拉拔水箱拉丝机的机器延伸率分配曲线呈锥形，实现拉拔产品的锥形拉拔延伸率曲线。

现有被动塔轮结构中所有级塔轮以相同转速旋转，如使用锥形的拉拔延伸率曲线，会造成金属丝线速度和被动塔轮表面线速度差异过大，极易断丝或造成金属丝表面磨损。而本发明将被动塔轮设计成随动方式，使被动塔轮表面线速度与其表面金属丝的线速度相同，避免了金属丝线速度和被动塔轮表面线速度差异过大而造成金属丝与塔轮表面的剧烈摩擦，甚至拉断金属丝的弊端。

同时，鉴于金属丝具有一定弹性变形能力，金属丝线速度与被动塔轮表面线速度允许有一定的差异，且金属丝线速度与被动塔轮表面线速度的比率必须小于金属丝的弹性延伸率，因此，被动塔轮上每片塔轮片对应一级拉拔道次，或两片以上相邻塔轮设为一体式结构，对应两级或两级以上拉拔道次。

本发明将实验中所得机器延伸率分配曲线与最优的锥形拉拔延伸率曲线进行比对，结果显示：本发明所述拉拔塔轮组的机器延伸率分配曲线在初始数个拉拔道次中延伸率逐步上升，在随后超过70％的拉拔道次对应的机器延伸率随着金属丝强度的逐步上升而依次降低，递减曲线与锥形拉拔延伸率曲线相匹配。

本发明的有益效果是：

本发明将水箱拉丝机的拉拔塔轮组中被动塔轮设计为由若干个塔轮片组成，该若干个塔轮片活动套设于被动塔轮轴上，塔轮片随被拉拔的金属丝带动而旋转，为随动方式，使拉拔过程中被动塔轮上各塔轮片的转速不同，从而形成锥形分布的机器延伸率分布，实现了与最优的锥形拉拔延伸率曲线相匹配。

本发明在不牺牲拉拔直线性的基础上，发明了不同与现有拉拔工艺的锥形机器延伸率工艺，可以实现最优的锥形拉拔延伸率曲线应用，进而在生产强度高、对塑性性能要求高的高附加值金属丝时，获得更优的产品塑性性能和更高的成材率。

附图说明

图1为恒定式、台阶式和锥形机器延伸率分配曲线示意图。

图2为本发明实施例的12道次的拉拔塔轮组的结构示意图。

图3为本发明实施例中碳含量0.9％钢丝的拉拔加工硬化曲线图。

图4为本发明实施例中锥形拉拔延伸率曲线。

图5为本发明实施例的不同道次拉丝模磨损规律示意图。

图6为本发明实施例的机器延伸率分配曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

参见图2，本发明所提供的一种用于单向拉拔水箱拉丝机的拉拔塔轮组，其包括：主动塔轮1、被动塔轮2和设置于主动塔轮1、被动塔轮2之间的拉丝模架3；

所述主动塔轮1包括主动塔轮轴4及设置于主动塔轮轴上4的一体式多级台阶形塔轮，每级塔轮(以一级塔轮11为例，下同)对应一个拉拔道次；

所述拉丝模架3上设与主动塔轮1的每级塔轮(以一级塔轮11为例)相对应的拉丝模5；

所述被动塔轮2包括被动塔轮轴6及活动套设于被动塔轮轴6上的若干片塔轮片；在同一个拉拔道次上，被动塔轮2的一片塔轮片与主动塔轮1上的一级塔轮对应，例如，以塔轮片21为例，同一个拉拔道次上，塔轮片21与主动塔轮1上的一级塔轮11对应。

本实施例中，在同一个拉拔道次上，所述被动塔轮的塔轮片与主动塔轮上对应的一级塔轮直径相同，例如，所述被动塔轮2的塔轮片21与主动塔轮1上的一级塔轮11直径相同。

实施例

碳含量0.9％(UT)的高碳钢丝，通过单向拉拔水箱拉拔可以获得强度超过4000MPa(强度最高的钢铁材料)的极细钢丝，被用于高端帘线和切割钢丝产品。

本实施例中，首先通过实验检测获得UT钢丝的加工硬化曲线，加工硬化曲线参见图3。通过拉拔应力模型，获得锥形拉拔延伸率曲线，具体参见图4，其中，拉拔应力模型公式如下：

拉拔力Pn＝A_n×R_m×ln(d₀/d_n)²×[1+2f/(2α)+2α/(3ln(d₀/d_n)²)]；

反拉力

芯部应力Y＝2658–1174×ln(Red％)+72×(2α)+Qn/20.5≤k×Rm；

压缩率Red％＝[1-(d_n/d_n-1)²]×100％；

延伸率El％＝1/(1-Red％)×100％；

上述公式中，A_n为第n道次钢丝的横截面积，R_m为第n道次钢丝的抗拉强度，α为拉拔压缩角，f为摩擦系数，d₀为原料钢丝直径，d_n为第n道次钢丝直径，m为绕线圈数，k为安全系数。

通过实验测量获得不同道次拉丝模磨损规律，磨损规律示意图参见图5。再通过计算获得本发明的机器延伸率分配曲线，具体参见图6。

本实施例在单向拉拔的水箱拉丝机上完成，拉拔道次共26道次。同一拉拔道次前后的被动塔轮2的塔轮片和主动塔轮1的塔轮直径保持相同，例如，主动塔轮1的塔轮11和被动塔轮2的塔轮片21直径保持相同。26个拉拔道次分为2个塔轮组(12个道次塔轮为一组)、一个过渡道次和一个成品道次，2个塔轮组安装在单向拉拔水箱拉丝机中。图2为12个道次的塔轮组的结构示意图。

本实施例中，被动塔轮2为轻质铝合金材料，每一片塔轮片对应一个拉拔道次，每一片塔轮片完全独立旋转，即每一片被动塔轮片在拉拔过程中转速不同。被动塔轮2的塔轮片与被动塔轮轴6、以及塔轮片之间为滑动摩擦，摩擦面有青铜耐磨镀层，保证低摩擦力、低转动惯量和低磨损。

由图3和图6可知，本发明所述拉拔塔轮组的机器延伸率分配曲线在初始数个拉拔道次中延伸率逐步上升，在随后超过70％的拉拔道次对应的机器延伸率随着金属丝强度逐步上升而依次降低，递减曲线与最优的锥形拉拔延伸率曲线相匹配，最终形成锥形机器延伸率工艺。

本实施例中，碳含量0.9％(UT)的直径0.89mm的高碳钢丝在单向拉拔水箱拉丝机上拉拔成0.10mm钢丝，所得拉拔延伸率和机器延伸率如表1所示。另外，碳含量0.9％(UT)的直径0.89mm的高碳钢丝分别在一台台阶式水箱拉丝机和一台恒定式水箱拉丝机上拉拔成0.10mm钢丝分别作为对比例1和对比例2，均使用了26道次拉拔，对应的拉拔延伸率和机器延伸率如表1所示。

由表1可知，本实施例的机器延伸率在初始数个拉拔道次中延伸率逐步上升，在随后超过70％的道次对应的机器延伸率随着金属丝强度逐步上升而依次降低，最终形成锥形机器延伸率工艺。而对比例1中随着钢丝强度上升，机器延伸率分布为台阶式下降；对比例2中每个道次的机器延伸率相同，为恒定式。

经过累计10吨的成品生产对比，现有水箱拉丝机的拉拔工艺为恒定式机器延伸率工艺时，生产的成材率为78％，成品平均塑性：塑性延伸率为2.1％，扭转值为37；现有水箱拉丝机的拉拔工艺为台阶式机器延伸率工艺时，生产的成材率为84％，成品平均塑性：塑性延伸率为2.2％，扭转值40；本发明设计的新型拉拔塔轮组使水箱拉丝机的拉拔工艺为锥形机器延伸率工艺，生产的成材率为91％，塑性延伸率为2.4％，扭转值42，产品的塑性和成材率都得到了显著提高，取得了明显的优势。

表1