多頭拉絲機在汽車線用軟銅導體生產(chǎn)中的應用

陸延靜

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

當前，我國雖然已躍居世界第一大電線電纜制造國［1］，但還不是制造強國，產(chǎn)品多以中等及以下技術含量和附加值為主，缺少高附加值產(chǎn)品，如高端汽車線以及軍工、核電、軌道交通、航空航天等特種電纜。開發(fā)高效、低耗、高品質和高附加值產(chǎn)品是電線電纜生產(chǎn)企業(yè)追求的目標。

汽車線有“汽車神經(jīng)”之稱，是對汽車進行電信號控制的載體，通常被認為是一輛車的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。汽車線在車內電子技術含量和數(shù)量，逐漸成為評價汽車性能的一項重要指標。近年來我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，2014年我國汽車產(chǎn)量達到近2400萬輛，以一輛汽車需用銅線束約15kg計算，汽車線用銅達360萬t，汽車線產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

1 汽車線用軟銅導體的生產(chǎn)工藝

汽車線的導體為銅質多芯軟線，由多根軟銅線通過束絞或單向/單節(jié)距絞合而成，銅線的直徑為0.1～0.4mm。汽車線對導線的要求比較嚴格，要求每盤定長，絞合的導線要具有良好的彎折性和柔韌性，每股線束中任一根線的張力可調。汽車線正在向細線徑、輕量化和高耐熱方向發(fā)展，對生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設備提出了更高的要求。目前汽車線用軟銅導體的生產(chǎn)工藝主要有以下兩類［2－3］:

(1)采用單頭拉絲機生產(chǎn)單芯銅線，后經(jīng)在線退火或多頭管式退火機退火得到軟線，再經(jīng)束線機進行束線。該類工藝中單頭拉絲機拉制銅線是在不同時間、不同設備上進行的，其工藝參數(shù)如模具、潤滑、拉拔力、韌煉溫度等很難保持一致，生產(chǎn)的銅線其尺寸、材質、金相結構、力學彈性模量、伸長率等均差別很大。同時，單頭銅線絞合成束時需要擺放幾十個放線架，費工費力，特別是放線張力難以控制，所以絞合的導體容易斷絲少股。該類工藝生產(chǎn)效率低、能耗高，其對設備穩(wěn)定性、工藝的一致性要求非常嚴格;

(2)采用多頭拉絲機拉伸并經(jīng)在線退火得到軟銅線，再經(jīng)束線機進行束線。該工藝是在多頭拉絲機上同時進行多根(最多可達42根)導線的拉制、連續(xù)退火和收線。單線可分別收繞在各自的收線盤內，也可將若干根單線收繞在同一收線盤內。由于是在同一時間、同一工藝條件下拉制而成的，經(jīng)受了相同條件的模具、潤滑、拉拔力和韌煉溫度，每根銅線具有相似的尺寸、材質和金相結構，產(chǎn)品質量均一，力學性能和抗彎抗拉性能非常接近。利用這樣的銅線絞合成的束線導體質量穩(wěn)定，加工方便，可保證后續(xù)生產(chǎn)電線電纜的高質量和高可靠性，特別適合于批量生產(chǎn)軟線、汽車線、電子線、電氣安裝線、控制電纜等產(chǎn)品。

目前，在歐美等發(fā)達國家，多頭拉絲工藝已基本取代單頭拉絲工藝廣泛應用于成品線束的生產(chǎn)，在我國一些具有相當規(guī)模的汽車線制造企業(yè)也在采用多頭拉絲工藝。

2 多頭拉絲機設備組成及其工藝特點

2.1 設備組成

目前世界上技術比較先進、產(chǎn)品質量較好、用戶較多的多頭拉絲機供應商主要有德國尼霍夫公司、意大利菲杰科公司、桑普公司等;我國多頭拉絲機供應商主要有永雄、宏泰等。這些設備組成基本相同，均由放線裝置、拉絲機、連續(xù)退火裝置、張力補償裝置和 收線裝置等組成，如圖1所示。

圖1 多頭拉絲機示意圖Fig.1 Layout of a multiwire drawing line

(1)放線裝置。用來將銅線從線盤上或線框中引入多頭拉絲機，這類裝置與單頭放線裝置相似;

(2)拉絲機。多頭拉絲機是串列式鼓輪結構，以拉制8根線為一個基本單元可依次組成8頭、16頭、24頭、32頭等拉絲機，根據(jù)拉制線徑要求，拉制道數(shù)可在5～35之間任意選擇。同時根據(jù)線纜結構的不同要求，也可將多頭拉絲機設計為拉制7根線為一個基本單元，可依次組成7頭、14頭、21頭和28頭等拉絲機，一次性拉制7、14、21、28等頭數(shù)的銅線;

當上述兩種翻譯方法都不能滿足翻譯的要求時，就需要使用意譯翻譯法。這與我國傳統(tǒng)教學中只可意會，不可言傳的方法類似，將句子中潛藏的意思挖掘出來并加以翻譯，例如“a wet blanket”是指一個人沒有情調，而不是英文詞匯表示的原本的濕毛毯的意思。因此在我們學習過程中遇到翻譯不通的句子時，可嘗試使用意譯法。

(3)連續(xù)退火裝置。多數(shù)連續(xù)退火裝置是由預熱區(qū)、主加熱退火區(qū)、冷卻區(qū)和熱吹干區(qū)組成。連續(xù)退火裝置可以同時退火多根銅線，這些銅線都有獨立的干燥器，在退火時相互分開，壓縮空氣切向進入并在干燥腔內產(chǎn)生強烈的湍流，干燥效果較好。

根據(jù)所處理銅線的線徑不同，部分先進的連續(xù)退火裝置設計了可切換退火段數(shù)的退火裝置。當線徑小于0.2mm時，采用三段式退火，其中的再加熱段保證了銅線的徹底干燥，避免了小線徑銅線由于過度冷卻而產(chǎn)生冷凝水，防止在收線后由于受潮而造成表面變色。當線徑大于0.2mm時，采用兩段式退火，能夠節(jié)能且提高生產(chǎn)效率;

(4)張力補償裝置。用于控制退火裝置中銅線的張力，并對收線裝置的速度和多頭拉絲機的其他部分進行協(xié)調;

(5)收線裝置。收線裝置可分為動盤收線裝置和靜盤收線裝置。采用動盤收線時，線盤是連軸一起轉動，由電機驅動旋轉，而多根銅線平行收繞在線盤上，其軸一般為水平形式。靜盤收線時，線盤垂直放置且不旋轉，旋轉臂將多根銅線繞在線盤上，而線盤則上下移動進行排線，旋轉臂每旋轉一周，這一組多根銅線自身即隨之扭轉一次(360°)。選用動盤收線還是靜盤收線要根據(jù)后道束線工序的結構類型要求來決定。

2.2 多頭拉絲工藝的特點

作為已經(jīng)成熟且在國際上廣泛應用的技術，多頭拉絲工藝的特點主要體現(xiàn)在提高產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本上。

2.2.1 提高產(chǎn)品質量

導線的品質因素由延伸率、柔軟度和外徑的一致性等來評定。采用多頭拉絲工藝，由于所有線均是在同一時間內由同一臺機器拉出，因此各單線成品外徑一致;同一盤內和各線之間，退火后延伸率的波動范圍小于±2%，甚至更低。單線質量的提高為后續(xù)各道工序的生產(chǎn)奠定了良好基礎。束線質量由單線延伸率和張力的穩(wěn)定性決定。采用多頭拉絲工藝后，由于多根銅線收繞在一個或兩個線盤上，在束線機前采用帶驅動的主動式放線裝置，并通過張力擺桿自動控制放線速度，因此放線張力穩(wěn)定。加之各單線的延伸率十分穩(wěn)定，束出的線束圓整度高、延伸率大、節(jié)距穩(wěn)定且結構緊湊。束線質量的提高使絕緣電纜的質量得以提高，由于束線線芯更為緊湊、柔軟、穩(wěn)定及圓整，線芯與絕緣層之間的同心度得到改善，缺陷減少。

2.2.2 提高生產(chǎn)效率

多頭拉絲機對生產(chǎn)效率的提高主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)可在同一臺設備上進行中拉和小拉，或者小拉和超細拉，簡化了生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率;2)可在一臺設備上同時生產(chǎn)多根導線，產(chǎn)量高，占地小，大大提高了單位面積的產(chǎn)能。多根銅線同時收在一個線盤上，可大大降低處理線盤所需的時間和人力;3)先進的控制系統(tǒng)和人機對話系統(tǒng)，可顯示操作指示和故障顯示，減少了停機時間。

2.2.3 降低生產(chǎn)成本

主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)由于生產(chǎn)效率的提高，加快了物流的流轉速度，從而降低了生產(chǎn)成本;2)工藝流程短，綜合成品率高，可節(jié)省原材料;3)相對單線拉絲工藝，各種介質的消耗量大大降低，從而大幅降低了運行成本;4)減少了周轉線盤的用量及人員配備，降低了備件的用量;5)對后道工序產(chǎn)生有利影響，可減少絕緣材料的消耗、減少廢品等;6)對于相同的生產(chǎn)規(guī)模，采用多頭拉絲機比單頭拉絲機設備投資少。

但是，多頭拉絲工藝對銅桿的要求很高，必須是99.99%以上的精煉銅，且不能有氣孔、疤痕等缺陷，否則拉制時一旦斷線，浪費巨大，嚴重影響效率。同時，必須要確保多頭拉絲設備工作的連續(xù)性，否則如經(jīng)常出現(xiàn)斷線或停機的話，效果將會適得其反。因此，在使用多頭拉絲設備時，不僅對模具、乳液等工藝條件要求較高，對操作人員的要求也很高。

總之，多頭拉絲機以其高效、節(jié)能、高品質的特點，已成為拉絲機的發(fā)展方向，越來越受到線纜企業(yè)的青睞。

3 結束語

我國多頭拉絲技術是在通過引進消化吸收國外先進技術的基礎上發(fā)展起來的，在短時間內取得了可喜的成績，工藝設計日益完善、機械性能和電氣控制精度日益提高，國產(chǎn)多頭拉絲機不僅成功用于國內線纜行業(yè)，同時還有部分設備出口到國外。但是，與國外先進水平相比，我國多頭拉絲技術仍存有一定差距，主要體現(xiàn)在以下幾點:

(1)國內多頭拉絲產(chǎn)品的相關標準尚不完善

針對多頭拉絲產(chǎn)品國外已有相關標準(如歐標EN13602)，該標準對多頭拉絲產(chǎn)品的分類、性能和測試方法以及包裝要求進行了規(guī)定。而目前我國尚無相關標準，多頭拉絲產(chǎn)品主要參照歐標和日標進行生產(chǎn)，市場較為混亂。因此，組織相關單位制定完善多頭拉絲產(chǎn)品的標準，規(guī)范國內市場是當務之急;

(2)多頭拉絲機在國內線纜行業(yè)應用率較低

多頭拉絲工藝在歐美國家的銅線生產(chǎn)中占有相當大的比例，多頭拉絲機已經(jīng)是汽車線、建筑用線、工業(yè)機械用軟電纜生產(chǎn)廠的標配式設備。由于價格等原因，國內多頭拉絲技術僅限于一些高端項目，例如銅絞線加工、汽車線以及橡套電纜等，大量企業(yè)仍在使用陳舊的單頭拉絲工藝，甚至不用在線退火裝置。目前我國正處于產(chǎn)業(yè)轉型時期，解決節(jié)能環(huán)保問題，是打造中國經(jīng)濟升級版的一項重要而緊迫的任務，多頭拉絲機以其高效、節(jié)能、環(huán)保的特點成為中國電線電纜行業(yè)向高新技術，環(huán)保節(jié)能轉型的最佳選擇。

(3)國產(chǎn)多頭拉絲機在技術參數(shù)和性能指標等方面與國外先進水平仍存在一定差距

如國內多頭拉絲機一般多為8頭、16頭，而國外最多可達42頭;國外多頭拉絲機可拉制35道次，而國內為21道次;國外多頭拉絲機拉伸速度越來越快，出線越來越細，最細的線徑已達0.012mm，而國內最細的出線線徑為0.15mm;另外在控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性等方面與國外先進水平仍有差距。

隨著國產(chǎn)多頭拉絲技術和設備的進步以及在國內市場的普及，相信不久的將來國產(chǎn)多頭拉絲技術與國外先進水平的差距會越來越小。

［1］呂冰.電線電纜市場分析及預測［J］，有色金屬加工，2008(4):1－5.

［2］張杰.再談拉絲機的新發(fā)展［J］，電線電纜，2003(3):11 －14.

［3］張杰.國產(chǎn)多頭拉絲退火機的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］，光纖與電纜，2013(1).

［4］尼霍夫公司多頭拉絲機報價資料.

［5］菲杰科公司多頭拉絲機報價資料.