本發(fā)明屬于金屬制品拉絲技術領域，具體涉及一種用于單向拉拔水箱拉絲機的拉拔塔輪組。

背景技術：

水箱拉絲機的塔輪帶動纏繞在塔輪表面的金屬絲進行拉拔，金屬絲在塔輪表面的線速度不能低于塔輪表面線速度。同時，與塔輪表面線速度相比，金屬絲線速度越快，金屬絲在塔輪表面摩擦越嚴重。拉絲模前后金屬絲的線速度比值為拉拔延伸率，拉絲模前后塔輪的表面線速度比值為機器延伸率，機器延伸率的分配形式限制了拉拔延伸率的分配形式。在拉拔過程中，金屬絲隨著拉拔道次的增加，其強度逐步上升，塑性逐步下降。因此，隨著金屬絲塑性逐步降低，拉拔延伸率越大，金屬絲脆斷的風險越高；拉拔延伸率越小，由于初始道次金屬絲強度不高，發(fā)生杯錐斷絲的風險越高。因此，最優(yōu)的拉拔延伸率分配曲線應為錐形曲線，即隨著金屬絲強度逐步增加，拉拔延伸率逐步降低。

現(xiàn)有單向拉拔水箱拉絲機包括收線裝置、放線裝置、拉絲主體；現(xiàn)有拉絲主體的塔輪組包括主動塔輪、被動塔輪，以及位于主動塔輪、被動塔輪之間的拉絲模架；所述主動塔輪、被動塔輪均為設置于主動塔輪軸或被動塔輪軸上的一體式多級臺階形塔輪，每級塔輪對應一個拉拔道次，所述拉絲模架上設與主動塔輪和被動塔輪的每級塔輪相對應的拉絲模。單向拉拔水箱拉絲機工作時，金屬絲繞過被動塔輪頂端的第一級塔輪，穿過拉絲模架上相應的拉絲模模孔，繞過主動塔輪頂端的第一級塔輪完成第一道次拉拔；再繞過被動塔輪的第二級塔輪，穿過拉絲模架上相應的拉絲模?？?，繞過主動塔輪的第二級塔輪，完成第二道次拉拔。依次類推，最終完成金屬絲拉拔。

由于主動塔輪、被動塔輪上的所有級塔輪都是一體式結構，所以，主動塔輪上所有級塔輪的轉速相同、被動塔輪上所有級塔輪的轉速相同，這就導致傳統(tǒng)水箱拉絲機的機器延伸率分配為恒定式(其分配曲線參見圖1)，即每個拉拔道次的機器延伸率相同。由于機器延伸率的分配形式限制了拉拔延伸率的分配形式，恒定式機器延伸率上的拉拔延伸率基本上接近水平曲線，這種拉拔延伸率僅能滿足低附加值的普通金屬絲性能的需要。

為了改善金屬絲的性能，在主動塔輪、被動塔輪上所有級塔輪的轉速相同的情況下，水箱拉絲機的機器延伸率分布被優(yōu)化成臺階式(或分組遞減式)：隨著金屬絲強度上升，機器延伸率分布為臺階式下降(其分配曲線參見圖1)。但仍然無法與最優(yōu)的拉拔延伸率分配曲線即錐形拉拔延伸率曲線相匹配。

由于現(xiàn)有單向拉拔水箱拉絲機的塔輪組結構使被動塔輪上所有級塔輪的轉速相同，不能實現(xiàn)機器延伸率應隨著金屬絲在拉拔過程中強度逐步上升而依次下降，即錐形的機器延伸率分布方式(參見圖1)，也就無法與拉拔產品的最優(yōu)拉拔延伸率分配曲線相匹配。

目前，用現(xiàn)有水箱拉絲機加工強度高、對塑性性能要求高的高附加值金屬絲時，只有恒定式機器延伸率工藝或臺階式機器延伸率工藝，導致成材率不高，產品塑性性能也難以滿足要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于單向拉拔水箱拉絲機的拉拔塔輪組，使單向拉拔水箱拉絲機的機器延伸率分布隨著金屬絲在拉拔過程中強度逐步上升而依次下降，實現(xiàn)錐形的機器延伸率分布，形成不同與現(xiàn)有拉拔工藝的新型錐形機器延伸率工藝。該錐形機器延伸率工藝和金屬絲的錐形拉拔延伸率分配曲線相匹配，使單向拉拔水箱拉絲機在生產高強度、高塑性的高附加值金屬絲時，具有更優(yōu)的產品塑性和更高的成材率。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是：

一種用于單向拉拔水箱拉絲機的拉拔塔輪組，其包括：主動塔輪、被動塔輪和設置于主動塔輪、被動塔輪之間的拉絲模架，所述主動塔輪包括主動塔輪軸及設置于主動塔輪軸上的一體式多級臺階形塔輪，每級塔輪對應一個拉拔道次；所述拉絲模架上設與主動塔輪的每級塔輪相對應的拉絲模；所述被動塔輪包括被動塔輪軸及活動套設于被動塔輪軸上的若干片塔輪片；在同一個拉拔道次上，被動塔輪的一片塔輪片與主動塔輪上的一級塔輪對應。

進一步，在同一個拉拔道次上，所述被動塔輪的塔輪片與主動塔輪上對應的一級塔輪直徑相同。

本發(fā)明所述被動塔輪上兩片以上相鄰塔輪片設為一體式結構。

本發(fā)明通過對單向拉拔水箱拉絲機的拉拔塔輪組結構上的創(chuàng)新，在確保拉拔關鍵指標-拉拔直線性的高精度要求的前提下，形成了與金屬絲加工硬化特性即錐形拉拔延伸率曲線相匹配的、不同與現(xiàn)有拉拔工藝的錐形機器延伸率工藝。

現(xiàn)有被動塔輪中所有級塔輪聯(lián)結成一個整體，均由塔輪軸帶動而以相同轉速旋轉，其機器延伸率分配為恒定式或臺階式下降，無法與拉拔產品最優(yōu)的拉拔延伸率曲線即錐形拉拔延伸率曲線相匹配。

拉拔產品的錐形拉拔延伸率曲線一般通過測量獲得所加工金屬絲的加工硬化曲線，再結合拉拔應力計算模型，計算出拉拔力、反拉力、芯部應力，即可獲得拉拔產品的錐形拉拔延伸率曲線。

本發(fā)明完全不同于現(xiàn)有結構，本發(fā)明中被動塔輪上的塔輪片采用隨動方式轉動，即塔輪片隨被拉拔的金屬絲帶動而旋轉，拉拔過程中每片塔輪片的轉速不同，使不同道次的機器延伸率不同。

本發(fā)明通過被動塔輪上各塔輪片均為隨動設計，使單向拉拔水箱拉絲機的機器延伸率分配曲線呈錐形，實現(xiàn)拉拔產品的錐形拉拔延伸率曲線。

現(xiàn)有被動塔輪結構中所有級塔輪以相同轉速旋轉，如使用錐形的拉拔延伸率曲線，會造成金屬絲線速度和被動塔輪表面線速度差異過大，極易斷絲或造成金屬絲表面磨損。而本發(fā)明將被動塔輪設計成隨動方式，使被動塔輪表面線速度與其表面金屬絲的線速度相同，避免了金屬絲線速度和被動塔輪表面線速度差異過大而造成金屬絲與塔輪表面的劇烈摩擦，甚至拉斷金屬絲的弊端。

同時，鑒于金屬絲具有一定彈性變形能力，金屬絲線速度與被動塔輪表面線速度允許有一定的差異，且金屬絲線速度與被動塔輪表面線速度的比率必須小于金屬絲的彈性延伸率，因此，被動塔輪上每片塔輪片對應一級拉拔道次，或兩片以上相鄰塔輪設為一體式結構，對應兩級或兩級以上拉拔道次。

本發(fā)明將實驗中所得機器延伸率分配曲線與最優(yōu)的錐形拉拔延伸率曲線進行比對，結果顯示：本發(fā)明所述拉拔塔輪組的機器延伸率分配曲線在初始數(shù)個拉拔道次中延伸率逐步上升，在隨后超過70％的拉拔道次對應的機器延伸率隨著金屬絲強度的逐步上升而依次降低，遞減曲線與錐形拉拔延伸率曲線相匹配。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將水箱拉絲機的拉拔塔輪組中被動塔輪設計為由若干個塔輪片組成，該若干個塔輪片活動套設于被動塔輪軸上，塔輪片隨被拉拔的金屬絲帶動而旋轉，為隨動方式，使拉拔過程中被動塔輪上各塔輪片的轉速不同，從而形成錐形分布的機器延伸率分布，實現(xiàn)了與最優(yōu)的錐形拉拔延伸率曲線相匹配。

本發(fā)明在不犧牲拉拔直線性的基礎上，發(fā)明了不同與現(xiàn)有拉拔工藝的錐形機器延伸率工藝，可以實現(xiàn)最優(yōu)的錐形拉拔延伸率曲線應用，進而在生產強度高、對塑性性能要求高的高附加值金屬絲時，獲得更優(yōu)的產品塑性性能和更高的成材率。

附圖說明

圖1為恒定式、臺階式和錐形機器延伸率分配曲線示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的12道次的拉拔塔輪組的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中碳含量0.9％鋼絲的拉拔加工硬化曲線圖。

圖4為本發(fā)明實施例中錐形拉拔延伸率曲線。

圖5為本發(fā)明實施例的不同道次拉絲模磨損規(guī)律示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例的機器延伸率分配曲線。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。

參見圖2，本發(fā)明所提供的一種用于單向拉拔水箱拉絲機的拉拔塔輪組，其包括：主動塔輪1、被動塔輪2和設置于主動塔輪1、被動塔輪2之間的拉絲模架3；

所述主動塔輪1包括主動塔輪軸4及設置于主動塔輪軸上4的一體式多級臺階形塔輪，每級塔輪(以一級塔輪11為例，下同)對應一個拉拔道次；

所述拉絲模架3上設與主動塔輪1的每級塔輪(以一級塔輪11為例)相對應的拉絲模5；

所述被動塔輪2包括被動塔輪軸6及活動套設于被動塔輪軸6上的若干片塔輪片；在同一個拉拔道次上，被動塔輪2的一片塔輪片與主動塔輪1上的一級塔輪對應，例如，以塔輪片21為例，同一個拉拔道次上，塔輪片21與主動塔輪1上的一級塔輪11對應。

本實施例中，在同一個拉拔道次上，所述被動塔輪的塔輪片與主動塔輪上對應的一級塔輪直徑相同，例如，所述被動塔輪2的塔輪片21與主動塔輪1上的一級塔輪11直徑相同。

實施例

碳含量0.9％(UT)的高碳鋼絲，通過單向拉拔水箱拉拔可以獲得強度超過4000MPa(強度最高的鋼鐵材料)的極細鋼絲，被用于高端簾線和切割鋼絲產品。

本實施例中，首先通過實驗檢測獲得UT鋼絲的加工硬化曲線，加工硬化曲線參見圖3。通過拉拔應力模型，獲得錐形拉拔延伸率曲線，具體參見圖4，其中，拉拔應力模型公式如下：

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

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

壓縮率Red％＝[1-(d_n/d_n-1)²]×100％；

延伸率El％＝1/(1-Red％)×100％；

上述公式中，A_n為第n道次鋼絲的橫截面積，R_m為第n道次鋼絲的抗拉強度，α為拉拔壓縮角，f為摩擦系數(shù)，d₀為原料鋼絲直徑，d_n為第n道次鋼絲直徑，m為繞線圈數(shù)，k為安全系數(shù)。

通過實驗測量獲得不同道次拉絲模磨損規(guī)律，磨損規(guī)律示意圖參見圖5。再通過計算獲得本發(fā)明的機器延伸率分配曲線，具體參見圖6。

本實施例在單向拉拔的水箱拉絲機上完成，拉拔道次共26道次。同一拉拔道次前后的被動塔輪2的塔輪片和主動塔輪1的塔輪直徑保持相同，例如，主動塔輪1的塔輪11和被動塔輪2的塔輪片21直徑保持相同。26個拉拔道次分為2個塔輪組(12個道次塔輪為一組)、一個過渡道次和一個成品道次，2個塔輪組安裝在單向拉拔水箱拉絲機中。圖2為12個道次的塔輪組的結構示意圖。

本實施例中，被動塔輪2為輕質鋁合金材料，每一片塔輪片對應一個拉拔道次，每一片塔輪片完全獨立旋轉，即每一片被動塔輪片在拉拔過程中轉速不同。被動塔輪2的塔輪片與被動塔輪軸6、以及塔輪片之間為滑動摩擦，摩擦面有青銅耐磨鍍層，保證低摩擦力、低轉動慣量和低磨損。

由圖3和圖6可知，本發(fā)明所述拉拔塔輪組的機器延伸率分配曲線在初始數(shù)個拉拔道次中延伸率逐步上升，在隨后超過70％的拉拔道次對應的機器延伸率隨著金屬絲強度逐步上升而依次降低，遞減曲線與最優(yōu)的錐形拉拔延伸率曲線相匹配，最終形成錐形機器延伸率工藝。

本實施例中，碳含量0.9％(UT)的直徑0.89mm的高碳鋼絲在單向拉拔水箱拉絲機上拉拔成0.10mm鋼絲，所得拉拔延伸率和機器延伸率如表1所示。另外，碳含量0.9％(UT)的直徑0.89mm的高碳鋼絲分別在一臺臺階式水箱拉絲機和一臺恒定式水箱拉絲機上拉拔成0.10mm鋼絲分別作為對比例1和對比例2，均使用了26道次拉拔，對應的拉拔延伸率和機器延伸率如表1所示。

由表1可知，本實施例的機器延伸率在初始數(shù)個拉拔道次中延伸率逐步上升，在隨后超過70％的道次對應的機器延伸率隨著金屬絲強度逐步上升而依次降低，最終形成錐形機器延伸率工藝。而對比例1中隨著鋼絲強度上升，機器延伸率分布為臺階式下降；對比例2中每個道次的機器延伸率相同，為恒定式。

經過累計10噸的成品生產對比，現(xiàn)有水箱拉絲機的拉拔工藝為恒定式機器延伸率工藝時，生產的成材率為78％，成品平均塑性：塑性延伸率為2.1％，扭轉值為37；現(xiàn)有水箱拉絲機的拉拔工藝為臺階式機器延伸率工藝時，生產的成材率為84％，成品平均塑性：塑性延伸率為2.2％，扭轉值40；本發(fā)明設計的新型拉拔塔輪組使水箱拉絲機的拉拔工藝為錐形機器延伸率工藝，生產的成材率為91％，塑性延伸率為2.4％，扭轉值42，產品的塑性和成材率都得到了顯著提高，取得了明顯的優(yōu)勢。

表1