变频拉丝机拉拔断丝原因及控制

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变频拉丝机拉拔断丝原因及控制
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我公司于 1996年引进德国变频调速拉丝——化学镀铜生产线两条，用于 CO2气保焊丝的精拉，主要技术参数如下：
. r9 p# r( y. a9 l
$ G6 E1 J1 s9 Y8 R进线强度：≤600MPa；出线强度：≥1300MPa；进线直径：1．5～3．0 mm；出线直径：0．8～1．6mm；拉丝模外径：45 mm；拉丝模高度：30mm；冷却方式：拉丝模直接水冷，拉拔卷筒间隙水冷；最大拉拔速度：11．5 ～20 m／s；控制方式：交流变频器调速，感应调谐辊控制；道次压缩率：10％～24％。
0 n1 X6 i& \( U
此种型号设备生产工艺流程为：
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放线一积线式卷筒一7道直线式卷筒一电解酸洗一气吹一化学镀铜一气吹一直线抛光拉拔卷筒一收线

: M2 K2 K. h. m在上述流程中，除第 1道次为积线式拉丝机，其卷简速比可由手动调节外，其余 8道卷简(包括抛光卷筒)的速比由电脑给定配模工艺计算，通过传感辊及变频器来自动调节速比。由于传感辊一变频系统的响应速度为毫秒级，对于因模孔磨损增大而引起的金属体积变化，该设备都能迅速作出反应，通过 PID计算不同卷筒电机所需的频率并输出以驱动拉拔电机来保证卷筒之间的钢丝秒流量平衡，即钢丝不断。
# \) O) i% Q" k' Q0 S! b6 R, o
4 L; H8 F: m' ^! u9 G( M$ {1 问题的提出
, Z* _$ g& R5 _! N
由于应用先进的交流变频技术，这两条生产线于 1999年生产各种规格气保焊丝近 3 000 t，产品质量稳定。近一个月来，这两条生产线产量有所下降，钢材消耗增加，通过统计相应工作日的生产记录，我们发现造成这一现象的主要原因：一是近一段时间来，厂外电网因冬季检修改造停电次数增多，占用一定的工作日；二是这两条生产线 自动停车(紧急停车)断线次数增多。
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0 f2 [$ g$ D% k( A+ }6 O6 D2 原 因分析

电网检修属于客观原因，不必深究。问题只能从车间内部查找。通过调出该种型号拉丝机控制电脑资料，查阅“故障显示”栏发现两种信息出现频次较高：

4 Q# E. D$ [# @% m- ^(1)    信息编号0.22 原因为模具超差； (2)信息编号 2.44 原因为变控柜温度不正常。

" o& U* z5 ]4 G) S5 _+ g3 W/ w由此，我们对工艺规程及电脑存储的配模工艺路线进行比较，通过对比，找到了初步原因：该种型号直线式拉丝机，采用激光测径装置测量成品焊丝的直径，以此为依据，通过计算机程序及各卷简之间的感应传动轴的张力(液压部分)大小来依次计算各拉丝模孔的直径 ，与预设工艺配模对比，计算道次模孔直径公差(道次直径公差 =实测模孔值一工艺配模值)三组数据同时显示在电脑上。如某一个或几个道次直径公差超过设定公差范围(±0.060 mm)，即实测模孔值—工艺配模值的绝对值≥0.060mm，则在显示屏上以红色背景标识相应数据，提示操作工准备直径符合工艺要求的拉丝模(这一工作常限定有相应的准备时间)，在限定时间内对这些超差的拉丝模不予更换，生产线会自动停车。由于电脑中工艺配模值在不停车时可以修改，有的操作工为赶产量或想少用拉丝模 (少计消耗)，将电脑中工艺配模值修改到与实测模孔值大体一致，只要保证实测模孔值—工艺配模值的绝对值 <0.060 mm，生产线就不会报警，也不会自动停车，而是照常运转。这样，电脑存储的配模工艺经过一次次修改，整体工艺配模路线变得面目全非。以近期拉拔ER50一 6φ2.0一0.8 mm工艺为例，情况见表1。
7 S5 n' o  j) r7 v+ [4 P
5 g2 L) `5 q/ w, m表 1 两种情况下的拉拔对比
3 `5 H. t1 w3 y9 f# b9 f# L


. ?( g+ D7 A% |8 T. ` 由表 1作图比较两种拉拔路线道次压缩率，见图 1。
9 n0 O" @. s; |3 c7 h, X
0 z3 t; L+ c5 M9 w" U由图 1可以看出，实际使用的拉拔路线中部分压缩率分配不均，钢丝在第 5道拉丝模的压缩率已超出设备使用说明书中的道次压缩率范围，近期断线多在这一道次，且第6、7、8、9道断线也比较频繁。

由于个别道次压缩率偏大，拉丝模“吃丝”量大，这样容易产生如下几种不良后果：
' m' l/ h. {+ |; ?1 }
(1)拉丝模 “吃丝”量大，拉丝模承受的反压力大，变形热大，很快被磨损，模具寿命短；

(2)    出模钢丝承受的变形拉力大，超出其塑性变形强度，造成断丝；
. V, O$ q! H; a: p2 A
% J, C$ B# u$ _! A% G) T5 g(3)    拉丝模“吃丝”量大，部分压缩率增大，钢丝韧性急剧下降，即使不在本道次断丝，也会在后续道次留下断丝或其他缺陷的隐患；
! ^6 x) c5 u" }
(4)    钢丝压缩率增大，Kq也增大，由电机力矩公式Mc=P·D=43.56d2·σb·Kq·D(P为拉拔力，D为卷简直径，d为钢丝直径，σb 为钢丝抗拉强度，Kq为与压缩率有关的系数，Kq =0.0054～0.025)，则可知电机  Mc增大。变频器为了维持这一力矩，必须输入相应大的电流，这将导致电控柜温度升高。这种状况若长期维持，将对变频电路造成局部损坏，一旦发生，变频器功能模块难以检修，一般只能重新更换，采购周期长且费用高。

. d2 W! B' Q" L3 M. r3 控制措施

找到变频拉丝机拉拔焊丝过程中多次断线的原因，我们针对配模工艺重新计算配模路径。
8 j  Z+ D& e* o
; D( S9 p$ G6 n8 Z# X+ U3．1 改进原则

! c" p2 G/ }& y9 s& Z对于活套式拉丝机，常规道次压缩率的分配原则是：第一道较小，第二道较大，以后道次逐次减小，成品道次最小。改进之前的配模大致是因循这一原则而计算的。生产实践表明，按这一原则制定的拉拔配模还是可行的，只要严格按0.06 mm的模具公差要求及时换模，断丝现象并不常见，一旦出现超差，如表1中的第4模，模孔增大 0.09 mm，由于超过 0.06 mm则导致第 5道模部分压缩率增大而断丝。但是这种压缩率分配方式多用于经过热处理(再结晶退火、铅淬火等)工序之后并经过润滑涂层的钢丝拉拔，本次改进，考虑精拉拉拔之前已经过多道次(粗)中拉拔，精拉拔之前不再有涂层工序，配模可以采取平均分配部分压缩率的原则，但为了保证化学镀铜后成品焊丝表面的铜层厚度及拉拔光洁度，抛光拉拔一般采取d8 = +0.04(mm)的轻拉配模方式，则等效总压缩率只考虑到d8，即
8 F+ i  p' m2 h/ H! n. j
) J- V! n5 h8 ~=(1- d82/ )×100％ = (1-0.82／2.002)×100％ =84％

平均部分压缩率qcp′=[1-(1- Q′)1/8]x100％=[1-(1-84％1/8) ]×100% =20.47％

; G: {) m: W* Z6 T% U! J; W- ?/ J为区别起见：Q=(1- d92／d02 )x100％

基于以上思路，对φ2.0～0.8mm的拉拔工艺重新配模。

7 d$ C( \8 t# u5 ~3 p( h' c9 B3．2 配模及调整
! v# O% R4 q$ U; z4 {  t
. f5 m# u+ [1 C5 Q配模调整见表2。

2 B1 W% ]' O9 f! F- ?0 n/ o3．3 直径公差范围的确定
5 e% L1 O0 `9 Q8 |
目前我国拉丝模具的供应与改制过程中，模具直径的确定多采用千分尺间接测量定径带的方式。众所周知，千分尺上的精度为 0.01 mm，在实际使用过程中，常估计出0.001 mm，直线拉丝机的电脑也可显示出0.001 mm。我公司自引进该型号设备以来，根据电脑操作要求，在钢丝直径公差及椭圆度一栏中，均“填写”为±0.060 mm，由此直径变化范围扩大至0.12 mm，这对拉拔细规格的气保焊丝而言，直径变化范围过宽，部分压缩率变化范围也加大，在实际过程中即使拉丝模“跑号”也会因过渡期长难以在短时期内显示报警信号，从而对控制焊丝质量不利。此外生产过程中一旦断线以后也难以查明是材料原因，还是拉拔工艺问题(配模及润滑剂的选用)。为此，本次改进试验中将直径公差最大定为 0.060 mm，并以0.005mm为 1档，依次降低，即从第1卷筒到第9卷筒各道次模孔直径公差分别为：0.060，0.055，0.050，0.045．0.040．0.035， 0.030，0.025，0.020(mm)。
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这样，改制的拉丝模在发放和使用过程中，即使出现一定波动，相邻卷筒之间的道次压缩率也不会有大幅度变化。将直径公差范围变小，可以顾及其它拉拔路径的配模(如φ2.5—1.2mm，φ2.2— 1.0mm)，换下的模具改制工作量有所减轻，不至于浪费太大。

% y! S7 ?3 p. J( T2 R2 Z4 试运行效果
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1 T4 y8 [5 {& I" g. I# |& {改变拉丝模配比及拉丝模孔公差范围后，我们组织改制了一组模具，并往电脑中输入修改的两项参数，分别拉拔酒钢及青钢生产的 ER50—6及 ER49—1两种牌号的盘条，生产φ1.0mm和φ0.8mm气保焊丝。结果表明，班产量比改进前有所提高，这主要表现在提高了拉拔速度，减少了断丝次数。在生产中要求操作工在使用一定时间后根据电脑显示主动换模，相比之下，主动换模所用的时间比模具直径超差导致断线停车恢复正常生产所用的时间要短得多，前者不及后者的 1／3，拉丝模具的消耗大致持平。此外，虽然焊丝的化学镀工艺采用阴阳极交替硫酸洗一水洗一硫酸加硫酸铜置换镀铜方式，停车后酸洗、水洗、镀铜各槽液面自动下降，钢丝表面仍残留有酸液、水及铜离子，如同电镀铜生产线一样。这些会对钢丝及钢丝的镀铜层产生腐蚀，从而对焊丝质量产生不良影响。减少断丝停车现象后，可基本杜绝这些不良反应发生，从而提高产品质量。

试运行成功后，我们通过对工艺路线“加密”，使得操作工难以在电脑上修改模孔直径数据。这样， 减少了人为造成断丝的可能性。

5 U# S) r: k6 i5 结语

: x* c$ x% P8 N" K, f' Y" e+ W; e对于交流变频拉丝机精拉拔CQ2气保焊丝，其配模工艺要求较为严格，根据拉丝机的机械性能及 CQ2气保焊丝材料、工艺特点，采取平均分配钢丝拉拔道次压缩率的原则是可行的，本次试验通过对交流变频拉丝机拉拔CQ2气保焊丝过程中现有拉拔配模的重新排定及对直径公差的修正，可以改变在直线式拉丝机中因配模不当而导致的多次断线停车的状况，并在一定程度上提高拉拔速度，减少停车后恢复拉拔时间，从而提高班产量和产品质量，提高设备运行效率，减少钢材消耗。