400型連續(xù)包覆機(jī)在鋁包鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用探究

余曉楊，高瞻，湯嘉駿，楊青（常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司，江蘇常州，213012）

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400型連續(xù)包覆機(jī)在鋁包鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用探究

余曉楊，高瞻，湯嘉駿，楊青
（常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司，江蘇常州，213012）

目前國內(nèi)普遍采用的是350型連續(xù)包覆機(jī)進(jìn)行鋁包鋼包覆生產(chǎn)，400型機(jī)主要用于銅扁線的制作。本文根據(jù)設(shè)想，擬采用400型連續(xù)包覆機(jī)代替350型連續(xù)包覆機(jī)，比對(duì)分析了400型和350型兩種機(jī)型，研究了400型連續(xù)包覆機(jī)生產(chǎn)流程和技術(shù)參數(shù)。實(shí)踐證明：該改進(jìn)方法適合生產(chǎn)高品質(zhì)的鋁包鋼線產(chǎn)品。

交變載荷；交變應(yīng)力；金屬疲勞；進(jìn)鋁量體積比

引言

鋁包鋼是在鋼絲產(chǎn)品上包裹鋁的復(fù)合制品，通常為圓線，即圓鋼絲表面包裹一層鋁，稱為鋁包鋼絲（Aluminum Clad Steel Wire）或鋁包鋼線（電工材料習(xí)慣稱為線）［1］。

在技術(shù)發(fā)展的幾十年中，鋁包鋼生產(chǎn)工藝有連續(xù)擠壓法、Conform機(jī)組生產(chǎn)線等，生產(chǎn)鋁包鋼芯鋁絞線。其中Conform連續(xù)擠壓法的基本原理是利用了擠壓輪凹槽槽壁與坯料之間的接觸摩擦力作為擠壓力，并同時(shí)將坯料由室溫升到500℃左右，從而由于摩擦生熱和塑性變形的作用使得坯料無需加熱［2］。本方法可以連續(xù)不斷地生產(chǎn)，可以根據(jù)不同的尺寸要求，將鋁層連續(xù)、均勻、緊密的擠包到鋼線上。

鋁包鋼具有強(qiáng)度較高、耐腐蝕性能較好、電工性能優(yōu)于鍍鋅鋼絲等優(yōu)點(diǎn)，由于鋁層厚度和鋼絲強(qiáng)度的組合選擇很多，具有很大的設(shè)計(jì)靈活性。其應(yīng)用領(lǐng)域包括架空線路產(chǎn)品、導(dǎo)線加強(qiáng)芯、輸電線等方面，還可做承力索或拉線等［3］。

1　生產(chǎn)工藝

鋁包鋼連續(xù)包覆生產(chǎn)線主要由鋁桿放線、鋁桿清理與清洗、鋼絲放線、包覆主機(jī)、工裝冷卻與產(chǎn)品冷卻、牽引絞盤、收排線等流程組成，見圖1所示。

圖1　連續(xù)包覆生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意

兩根連鑄連軋的鋁桿毛坯經(jīng)放線、矯直、表面清理、清洗和干燥，保證鋁桿毛坯達(dá)到要求的清潔度后放入包覆主機(jī)。同時(shí)，鋼芯線也從放線機(jī)放出，經(jīng)過矯直、在線清洗、感應(yīng)加熱、惰性氣體保護(hù)管，使鋼芯線的表面狀態(tài)和溫度達(dá)到要求后也送入連續(xù)包覆主機(jī)。在主機(jī)的作用下鋁就會(huì)直接包覆在芯線的表面形成鋁包鋼線產(chǎn)品。但此時(shí)的溫度較高，所以還得經(jīng)過冷卻，再經(jīng)過牽引絞盤，緩沖器，最后由收線機(jī)卷取成盤。

2　關(guān)鍵工序

連續(xù)包覆主機(jī)是連續(xù)包覆技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備，按其工作方式的不同可分為直接包覆和間接包覆兩種形式［4］。

直接包覆時(shí)芯線與包覆金屬直接結(jié)合，其工作原理見圖2所示。工作部分由擠壓輪和腔體構(gòu)成，擠壓輪的外周上開了兩個(gè)沿周向的溝槽，可分別放入兩根盤條坯料。擠壓輪與腔體之間保持一合理的工作間隙，工作過程中擠壓輪向圖示的方向旋轉(zhuǎn)，從而將坯料咬入，同時(shí)被包覆的鋼絲也通過?？状┻^型腔。當(dāng)坯料到達(dá)a部時(shí)，由于腔體上有兩個(gè)與擠壓輪溝槽相吻合的凸起部位，阻擋了坯料沿周向的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在擠壓輪槽與坯料間摩擦力的作用下使坯料產(chǎn)生剪切變形，升溫升壓。當(dāng)達(dá)到使鋁產(chǎn)生塑性變形所需的溫度和壓力時(shí)，就迫使坯料沿著向上的流道進(jìn)入包覆型腔。這時(shí)鋁在480℃～520℃度和1000Mpa的壓力與鋼芯線結(jié)合，并隨中間的鋼芯線一起從?？跀D出，形成鋁包鋼線產(chǎn)品。只要坯料不停地送入、鋼芯線不停地牽出、擠壓輪不停地旋轉(zhuǎn)，就可得到任意長度的鋁包鋼絲產(chǎn)品，又由于包覆金屬（鋁）與被包覆金屬（鋼）在包覆過程中為直接結(jié)合，故稱為直接連續(xù)包覆技術(shù)。

圖2　工作原理

目前，本公司采用的是英國BWE公司生產(chǎn)制作的350型連續(xù)式包覆機(jī)進(jìn)行鋁包鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)。

以導(dǎo)電率為20%的產(chǎn)品為例，當(dāng)350包覆機(jī)進(jìn)行連續(xù)式生產(chǎn)時(shí)，擠壓輪輪速為12rpm/min，牽引速度為110m/min左右。也就是說，擠壓輪每分鐘轉(zhuǎn)12圈，即擠壓輪所受的交變載荷應(yīng)力為每分鐘12次，在此情況下，平均一個(gè)擠壓輪大約生產(chǎn)500噸左右的包覆桿是就必須進(jìn)行更換。

圖3　350型包覆機(jī)的技術(shù)瓶頸

如圖3所示，350型包覆機(jī)的擠壓輪主軸D1處的直徑小于D2處，而且在D1處內(nèi)部還有冷卻水孔，所以D1處的強(qiáng)度小于D2處。這就容易在靴座產(chǎn)生的壓力下產(chǎn)生變形，同時(shí)使左側(cè)的擠壓輪槽靠近小軸端側(cè)受到一個(gè)切向分力；并且這個(gè)分力每分鐘變化12次。所以擠壓輪主軸在這兩種力的作用下會(huì)產(chǎn)生變形、斷裂。這就是金屬材料的疲勞產(chǎn)生的疲勞斷裂。

金屬材料的疲勞，就是許多機(jī)械零件和工程構(gòu)件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服極限，但經(jīng)過長時(shí)間的應(yīng)力反復(fù)循環(huán)作用以后，將產(chǎn)生可見裂紋或完全斷裂，而且，即使是塑性很好的材料，斷裂時(shí)也往往無顯著的塑性變形，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞，這種在交變載荷重復(fù)作用下材料和結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象。所以，疲勞斷裂是工程上最常見、最危險(xiǎn)的斷裂形式。

3　技術(shù)改造項(xiàng)目

針對(duì)問題，進(jìn)行技術(shù)改造。應(yīng)用400型包覆機(jī)，那么主軸直徑整體增加了，對(duì)于所受到的來自靴座的壓力承受力將增加。主軸就不易產(chǎn)生彎曲變形。而且，在擠壓輪直徑加大的前提下，在牽引輪速度不變的情況下，擠壓輪的轉(zhuǎn)速會(huì)降低那么所受到的交變應(yīng)力載荷次數(shù)也減少了，可大大提高擠壓輪的使用壽命。通過測定承受不同最大應(yīng)力的試樣的疲勞強(qiáng)度，以最大應(yīng)力值為縱坐標(biāo)，疲勞強(qiáng)度N為橫坐標(biāo)，即繪制出材料在交變應(yīng)力的作用下應(yīng)力—疲勞壽命曲線圖［5］，即S-N曲線，如圖4所示，在主軸承受來自靴座壓力增加的情況下，也增加擠壓輪的使用壽命。

圖4　應(yīng)力—疲勞壽命曲線圖

按照這個(gè)設(shè)想，假如將350型連續(xù)式包覆機(jī)改造成400型連續(xù)式包覆機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。如果按照一般鋁包鋼包覆時(shí)鋁的泄漏率是10%，鋁材有效使用率是90%計(jì)算。

350型擠壓輪每轉(zhuǎn)進(jìn)鋁體積為：

式中:

D——350型包覆機(jī)擠壓輪直徑，即D=350mm d——為鋁桿直徑，即d=9.5mm

（6）安裝WAMP（即Windows，Apache，MySQL，PHP），建立本地開發(fā)環(huán)境，便于隨時(shí)開發(fā)和測試，將通過本地測試的網(wǎng)站文件同步上傳至新浪云服務(wù)器即可。

代入得出：V=70074.03mm3。

400型擠壓輪每轉(zhuǎn)進(jìn)鋁體積為：

式中:

D1——350型包覆機(jī)擠壓輪直徑，即D1=400mm

d1——為鋁桿直徑，即d=12mm

代入得出：V=127780.42mm3。

將兩種擠壓輪算出的進(jìn)鋁體積相除，則得到每轉(zhuǎn)進(jìn)鋁量體積比。

4　技術(shù)改造成果

根據(jù)以上數(shù)據(jù)相除得出350型擠壓輪每轉(zhuǎn)進(jìn)鋁體積是400型擠壓輪每轉(zhuǎn)進(jìn)鋁體積的1.82倍。也就是說，在相同牽引速度下，400型擠壓輪輪速是350型擠壓輪輪速1/1.82。

如此，在保證牽引速度不變的情況下原來的輪速為12rpm/min，而現(xiàn)在的輪速只需要達(dá)到6.59rpm/min即可。

同時(shí)擠壓輪所受的交變載荷應(yīng)力的次數(shù)較原來相比減少近2倍，可以大大提高擠壓輪使用壽命，達(dá)到降本增效的目的。

根據(jù)改變擠壓輪尺寸，以達(dá)到增加進(jìn)鋁量，減少擠壓輪疲勞強(qiáng)度這一設(shè)想，本公司于2013年與大連某公司進(jìn)行合作，聯(lián)合開發(fā)，在350的基礎(chǔ)上，對(duì)擠壓輪尺寸由350mm增加到400mm，即使用400型連續(xù)包覆機(jī)進(jìn)行鋁包鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)。

在試生產(chǎn)階段，用直徑6毫米的高碳鋼絲生產(chǎn)20%導(dǎo)電率的鋁包鋼包覆桿時(shí)，輪速為7rpm/ min，牽引速度能達(dá)到為150m/min左右，驗(yàn)證了我們的設(shè)想。

該臺(tái)400型包覆機(jī)經(jīng)過幾個(gè)月的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，對(duì)比350型包覆機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)400型包覆機(jī)的產(chǎn)量、尤其是40%導(dǎo)電率包覆桿的產(chǎn)量是原350型包覆機(jī)的1.5倍。因此400型包覆機(jī)的應(yīng)用對(duì)提高生產(chǎn)效率降低企業(yè)生產(chǎn)升本具有很大的作用。

另外400型包覆機(jī)擠壓輪的損壞更換是在使用了100多噸鋁桿之后，也比350型包覆機(jī)更換擠壓輪時(shí)使用的鋁桿噸位數(shù)有很大提升。

5　結(jié)束語

通過技術(shù)改造，通過實(shí)際生產(chǎn)的對(duì)比，可以得出：400型包覆機(jī)的使用大大提高了擠壓輪的使用壽命，對(duì)降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大企業(yè)的產(chǎn)能，增加企業(yè)在市場的競爭力有很大的促進(jìn)作用。

期待本文對(duì)同行生產(chǎn)工作有所幫助。

［1］《SLJB400鋁包鋼連續(xù)包覆生產(chǎn)線使用說明書》.

［2］《連續(xù)擠壓包覆技術(shù)資料》35.01.002，大連交通大學(xué)連續(xù)擠壓工程研究中心大連康豐科技有限公司.

［3］萬明，《影響鋁包鋼芯生產(chǎn)的幾項(xiàng)關(guān)鍵因素》，湖北紅旗電纜廠，河北晶輝電工有限公司.

［4］牟冰松；樊志新，《力控組態(tài)軟件在連續(xù)包覆生產(chǎn)線中的應(yīng)用》，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012-03-25.

［5］段國權(quán)，王金麟，鄧良，汪捷剛，季漢中，《鋁包鋼線的生產(chǎn)技術(shù)及其在架空輸電線上的應(yīng)用》電信電纜，2005-02-25.

余曉楊（1955-），江蘇省常州市人，常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司總經(jīng)理，長期從事鋁包鋼系列產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)管理工作。

高瞻（1970-），江蘇省常州市人，高級(jí)工程師，常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司研發(fā)部經(jīng)理，從事包鋼系列產(chǎn)品的研發(fā)工作。

湯嘉駿（1992-），江蘇省常州市人，常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司質(zhì)檢部技術(shù)員。

楊青（1988-），江蘇省常州市人，常州特發(fā)華銀電線電纜有限公司研發(fā)部技術(shù)員。

Study 400-type Continuous Coated Machine Application in Aluminum Clad Steel Production

Xiaoyang Yu， Zhan Gao， Jiajun Tang， Qing Yang
（Changzhou SDGI-Huayin Wire and Cable Co.， Ltd.， Changzhou， Jiangsu， 213012， China）

At present，domestic 350-type continuous coated machine is widely accepted for the aluminum clad steel coated production， 400-type machine is mainly used in the production of copper flat wire.We aimed to use 400-type continuous coated machine instead of 350-type continuous coated machine for production of aluminum clad steel wire products.In this paper，we compared the 400-type with 350-type models of the machine accordingly.

Alternating Load； Alternating Stress； Fatigue； Metal Into Aluminum Amount of Volume

TM206

A

2095-8412 （2016） 03-506-04