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电线电缆拉丝原理及配模知识

广州番禺电缆集团2018-10-15 09:20:51



线缆拉丝原理及配模知识


拉    丝


在拉丝领域,人们普遍使用滑动式水箱拉丝机,也就是卷筒与钢丝线速度存在差距,这样钢丝才能在与卷筒的接触面打滑,从而产生滑动摩擦力,这个力量带动钢丝在每个模具前后实现拉拔。

 

首先是拉丝生产的效率问题。参照钢丝生产效率的计算,最关键的是机器的利用率,出线的大小,以及最快收线速度。如果按每小时多少公斤来计算生产效率,那么生产效率=收线速度*铜包钢截面积*铜包钢密度*机器利用率。机器利用率是指24小时内机器实际全速运行的时间,如果通过统计,在假设100%利用率的前提下得出利用率误差的最大和最小值,或者做分类统计,那么可以得到平均误差,从而确定拉丝生产的效率评估。


其次是拉丝的机理问题。参照有关复合线材的滑动拉拔过程,金属塑性变形一般是通过位错在滑移面上的运动来实现的,多晶体变形时还要通过各晶粒的协调来进行。由于晶界的复杂性和不均匀性、原始晶体颗粒的不均匀性等原因,塑性变形在金属内部也不会绝对均匀,这种变形的不均匀性会对铜包钢线的后续变形产生影响。

 

在冷变形时,金属会产生应变强化效应,由于铜层的应变硬化指数比钢芯的大,因此在拉拔过程中,铜层的应变强化比较明显(俗话说变硬变得快),即继续变形所需增加的应力更高,因此在铜包钢的拉拔过程中,铜层才不至于在较大的应力作用下遭到破坏,同时由于应变强化的存在,随变形量的加大,变形也会逐渐趋于均匀。



配   模


再次是模具的工作问题,学习模具供应商样本提供的切面图可以知道,模具内部结构主要分六个区域:入口区、润滑区、压缩区、定径区、安全角、出口区,最关键的是压缩区的屈服挤压的应力以及定径区的摩擦力。经过模具时的拉拔应力与铜包钢本身的屈服应力,压缩比,工作区角度,材料摩擦系数以及后拉应力决定。而铜包钢本身的屈服应力同样是依据加法原理,由铜的屈服应力、钢的屈服应力按贡献比例累加得到。

 

最后是通过设备上的塔轮工作,完成拉拔。前面已经讲到,滑动拉丝的根本是依靠滑动摩擦,也就是说铜包钢在塔轮上的运动速度要小于塔轮的转动线速度,这样在进线端始终是松弛状态(后拉力为0),反之进线端绷紧则会加大反拉力,从而加大前拉力,容易导致断线。具体计算过程参照滑动拉丝基本条件的论文,最终得到的结果是:通过拉丝模线材的延伸系数应大于相邻塔轮的梯度,表示为μ/ε>1,这样线材在拉拔过程时而紧绕在塔轮上同步前进,时而松开打滑,当然这就会对塔轮表面产生磨损,增加功率损耗。

 

塔轮转动的线速度与线材在拉拔时候的速度的比值,称为滑动系数;塔轮转动的线速度与线材在拉拔时候的速度的差为绝对滑动量;绝对滑动量与塔轮转动的线速度的比值,称为滑动率;累积的滑动系数是各道次滑动系数的连乘,累积滑动率为1-1/累积滑动系数。


资料显示,滑动系数一般在1.02-1.10之间,铜包钢与模具有着良好的润滑作用,与塔轮的相对磨损也小,所以有学者建议滑动系数取在1.01-1.04之内。

 

实际拉拔的过程,因为每道次都预设了滑动,那么离成品模越远的道次,塔轮与铜包钢线之间的滑动就越大,塔轮表面磨损也就越严重,这种滑动的不均匀性会缩短塔轮的使用寿命,因此要考虑一个累积滑动效应,它是从成品模开始向进线方向以连乘方式传播和累积,道次越前,打滑越大,磨损越严重,同时道次越前,线径越粗,拉拔负荷越大,功率损耗也越大,线材与塔轮之间损伤也越严重,导致塔轮磨出沟槽,或者在拉拔时线材抛起带动模具晃动,线材受力不均匀,出现竹节状或断开。


配模一般采用等滑动率法,距离出口处1/3处保持1.04-1.05滑动率,从距离出口处1/3处向进口处,依次逐渐降低滑动率,最后降到1.01,箭头图表示为:

1.01—1.01—1.01—1.02—1.03—1.04—1.04—1.04—1.05

 

在配模时,与伸长相对应的有一个减面率的概念,也就是面积减少的比例。比如从1.1拉到1.02,面积比例是1.1*1.1:1.02*1.02=1.163,进线是1.1,出线是1.02,但是时间流量是一致的,面积的变化的同时是长度的变化,进线面积是出线面积的1.163倍,那么出线的长度就是进线长度的1.163倍,16.3%就是伸长率,而减面率是14.02%,准确的配法是伸长率,有时候也参考减面率来配,因为减面率以进线为比较基础,伸长率以出线为比较基础,所以减面率必然比伸长率大,打滑系数就更大。


各道次伸长的分布规律一般是第一道低一些,这是因为线坯的接头强度较低,线材弯曲不直,表面粗糙,粗细不匀等,所以预留安全系数要大一些。第二、三道可以取高一些,因为经过第一道拉拔后,各种影响安全系数的因素大大下降,同时金属的变形硬化程度也很小,这时可以充分利用金属的塑性,而在以后的各道次中,伸长可以逐道递减,这是因为变形硬化程度增加,线径减小,金属塑性下降,其内部缺陷和外界条件对安全系数的影响也逐渐增加。




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