膠管鋼絲濕拉工藝管控要點(diǎn)

摘 要：濕拉是鋼絲在濕的狀態(tài)下進(jìn)行拉拔，是橡膠軟管增強(qiáng)用鋼絲最后一道生產(chǎn)工序。鋼絲濕拉工序?yàn)槎鄼C(jī)臺(tái)集中式規(guī)?；a(chǎn)，人均看機(jī)量大，但是單機(jī)臺(tái)生產(chǎn)工藝?yán)淄?，需凝練出重要的工藝點(diǎn)即可進(jìn)行很好的管控。在實(shí)際生產(chǎn)中，拉絲設(shè)備的維護(hù)狀態(tài)、潤滑液的組分指標(biāo)、拉絲模具的選用等方面直接關(guān)系著鋼絲品質(zhì)的優(yōu)劣，對(duì)這幾項(xiàng)重要工藝點(diǎn)必須進(jìn)行重點(diǎn)管控。使用自動(dòng)化手段輔助生產(chǎn)，能極大地提高鋼絲產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)能。

關(guān)鍵詞：膠管鋼絲；濕拉；拉絲機(jī)；拉絲潤滑；拉絲配模；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TG356.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）27-0167-04

Abstract： Wet drawing is the last production process of steel wire for rubber hose reinforcement， which is drawn in a wet state. The wet drawing process of steel wire is a multi-machine centralized large-scale production， and the per capita machine capacity is large， but the single machine production process is the same， which needs to be condensed out of important process points to carry out good control. In the actual production， the maintenance state of the wire drawing equipment， the composition index of the lubricant and the selection of the drawing die are directly related to the quality of the steel wire. The use of automation means to assist production can greatly improve the quality and production capacity of steel wire products.

Keywords： rubber hose steel wire; wet drawing; wire drawing machine; wire drawing lubrication; wire drawing die; automation

橡膠軟管增強(qiáng)用鋼絲（以下簡稱“膠管鋼絲或鋼絲”）是以高碳鋼盤條為原料，經(jīng)表面處理-干拉-熱處理-電鍍-濕拉等工序而制成的鋼絲制品，作為骨架支撐材料大量應(yīng)用于液壓橡膠軟管中，行業(yè)前景非?？春谩８鶕?jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11182—2017《橡膠軟管增強(qiáng)用鋼絲》，膠管鋼絲有2種分類方式，按截面形狀可分為圓形鋼絲（代號(hào)：R）和扁形綱絲（代號(hào)：F）；按強(qiáng)度級(jí)別可分為低強(qiáng)度級(jí)（代號(hào)：LT）、普通強(qiáng)度級(jí)（代號(hào)：NT）、高強(qiáng)度級(jí)（代號(hào)：HT）和超高強(qiáng)度級(jí)（代號(hào)：ST）。作為橡膠軟管承壓層的主要材料，鋼絲的質(zhì)量顯得尤為重要，直接影響到膠管的性能[1]。

濕拉因使用潤滑劑溶液拉拔而區(qū)別于干式拉拔，它是利用鋼絲的塑性，在外力的作用下使鋼絲通過拉絲模而獲得一定尺寸、性能的金屬加工方法。作為膠管鋼絲生產(chǎn)流程中的成品工序，其產(chǎn)品直接面向客戶，濕拉工藝的控制也顯得更加關(guān)鍵。

1 生產(chǎn)設(shè)備

濕式拉絲機(jī)（以下簡稱“濕拉機(jī)”）也稱為水箱拉絲機(jī)，鋼絲以一定的圈數(shù)纏繞在不同直徑的塔輪上，通過模架上的拉絲模完成拉拔變形，常用于膠管鋼絲的成品生產(chǎn)工序。濕拉機(jī)具有占地面積小、總壓縮率高、生產(chǎn)效率高和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，模具和鋼絲都浸泡在溶液中，潤滑及散熱條件更加優(yōu)異，所拉鋼絲表面清潔且無扭轉(zhuǎn)[2]。

1.1 導(dǎo)輪狀態(tài)的影響

為了提高鋼絲和橡膠的粘合力，在膠管鋼絲表面鍍有一層黃銅鍍層，這種鍍層比較軟，容易被磨損、刮擦。在拉絲過程中鋼絲要經(jīng)過一系列的導(dǎo)輪、導(dǎo)桿，如果這些過線輪表面有磨損或劃痕，鋼絲表面的鍍層就會(huì)被擦傷或刮傷，形成一個(gè)個(gè)的“亮點(diǎn)“，影響表面質(zhì)量；如果這些導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)不暢或者不轉(zhuǎn)會(huì)與鋼絲產(chǎn)生硬性磨擦，影響到鋼絲的平直度、圈徑、翹距等指標(biāo)，也加快了導(dǎo)輪表面的磨損；如果是記米導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，會(huì)嚴(yán)重影響到鋼絲記米的準(zhǔn)確性，給客戶使用帶來極大的不便和浪費(fèi)。拉絲機(jī)的塔輪、牽引輪在拉絲過程中起到帶動(dòng)鋼絲前進(jìn)的作用，“吃勁“非常大，容易磨損，磨損后對(duì)鋼絲表面質(zhì)量影響非常大，應(yīng)定期的檢查、更換。

拉絲機(jī)各過線導(dǎo)輪的磨損程度、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)應(yīng)作為生產(chǎn)監(jiān)控項(xiàng)目，列出檢查頻次及維護(hù)周期，由專門人員按規(guī)定進(jìn)行有效的檢查、維護(hù)。鋼絲的表面質(zhì)量也要有相應(yīng)的檢查，不僅要用肉眼看，還要借助顯微鏡以便于更加清晰、直觀的檢查，有利于判斷鋼絲拉過程中有無硬磨、刮擦。

1.2 機(jī)床工藝部件的影響

鋼絲在成品模出口處振動(dòng)會(huì)使鋼絲表面產(chǎn)生竹節(jié)狀異常，稱為竹節(jié)絲，這種鋼絲直徑像竹節(jié)一樣連續(xù)性的粗細(xì)不均，用手摸法可以直觀地感覺到[3]?？梢圆捎霉潭ㄈ奖P、鎖緊成品模、加掛壓線鉤的方法解決這個(gè)問題。不建議采用塞毛氈的方式來解決這個(gè)問題，這會(huì)給細(xì)規(guī)格鋼絲的圈徑帶來不好的影響。

擦絲裝置一般是由金屬支架和毛氈組成，起到清潔鋼絲表面臟物的作用，能使鋼絲表面的黃銅鍍層與橡膠更好地粘合。毛氈缺失、毛氈太臟、毛氈和鋼絲不接觸等問題出現(xiàn)較多，鋼絲和毛氈支架硬磨也經(jīng)常能見到。

校直器是拉絲必不可少的。校直器是由水平和垂直的兩組輥輪組成，輥輪分兩排交錯(cuò)平行排列，工作原理是鋼絲通過校直器時(shí)產(chǎn)生反復(fù)彎曲，起到消除拉拔時(shí)的內(nèi)應(yīng)力[4-5]、過濾斷絲、控制圈徑及翹距穩(wěn)定性的作用。輥輪個(gè)數(shù)越多產(chǎn)生的彎曲也就越多，校直效果也就越好。在生產(chǎn)中校直輥輪拉破或卡死、鋼絲沒經(jīng)過輥輪、校直器沒壓緊等異常出現(xiàn)頻次較高，這不僅起不到校直器應(yīng)起的作用，還會(huì)給鋼絲帶來嚴(yán)重的損傷。

2 拉絲潤滑

潤滑是拉絲三要素之一，潤滑液在拉絲過程中起到的主要作用：潤滑作用，在鋼絲和模具之間形成一層很薄的潤滑模，減少拉絲時(shí)的摩擦；冷卻作用，帶走拉絲時(shí)所產(chǎn)生的熱量[6]；沖洗作用，能沖洗掉拉絲時(shí)掉落的銅粉、灰塵等，保持模具干凈。鋼絲在拉拔過程中對(duì)潤滑液的要求很高，好的潤滑狀態(tài)能使鋼絲表面光滑無繰、斷絲減少，能減少模具磨損，增加鋼絲性能的穩(wěn)定性，提高鋼絲和橡膠的粘合力[7]。

2.1 潤滑液相關(guān)指標(biāo)的控制

潤滑液的控制指標(biāo)有溫度、濃度、pH和銅鋅離子濃度等（表1）。

潤滑劑中的脂肪酸含量對(duì)維持潤滑性能起到重要的作用，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。潤滑劑在使用過程中會(huì)滋生細(xì)菌，會(huì)引起潤滑液變質(zhì)，降低脂肪酸的含量，導(dǎo)致潤滑性能下降[9]。細(xì)菌也應(yīng)該定期檢測(cè)，當(dāng)含量高于105 col/mL時(shí)需添加殺菌劑。

2.2 液位及溫度的控制

潤滑液的液位控制也比較重要。如果液位太低不能浸沒拉絲模，拉絲時(shí)會(huì)因缺少潤滑而使鋼絲會(huì)出現(xiàn)超差、表面粗糙、劃傷等缺陷；如果液位太高沒過圈徑盤，潤滑液會(huì)被鋼絲帶出，導(dǎo)致鋼絲生銹。潤滑劑液位主要通過調(diào)整溢流口的高度來調(diào)節(jié)，箱體進(jìn)液流量盡量不做調(diào)整，因?yàn)檫M(jìn)液流量改變之后，溶液流速會(huì)發(fā)生較大變化，如果調(diào)整的度把握不好會(huì)出現(xiàn)箱體溢液、溫度偏高等更大的問題。

鋼絲雖然是在室溫下進(jìn)行拉拔，但是拉拔所耗用的功有90%以上轉(zhuǎn)化為熱量。在水箱拉絲機(jī)上，鋼絲經(jīng)過多道次拉拔后，模芯在局部積累溫升可達(dá)400 ℃左右，拉拔產(chǎn)生的熱量必然會(huì)導(dǎo)致絲材、模具、潤滑劑的溫度隨之升高，當(dāng)鋼絲溫度超過180 ℃時(shí)，鋼絲的抗拉強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)、彎曲等性能會(huì)受到明顯的影響[5]。潤滑系統(tǒng)的溫度通過PLC自動(dòng)控制，受季節(jié)、機(jī)臺(tái)運(yùn)行數(shù)量等因素影響較大。生產(chǎn)中要對(duì)箱體潤滑液的溫度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，溫度異常時(shí)要確定是單機(jī)臺(tái)異常還是批量性異常，所采取的行動(dòng)措施是不同的。

2.3 潤滑液清潔度的保持

在拉絲過程中，鋼絲表面會(huì)有一些銅屑剝落，環(huán)境中的灰塵等也會(huì)落入溶液中，慢慢地會(huì)在潤滑液中產(chǎn)生一些漂浮或沉淀的顆粒物。這些顆粒物對(duì)潤滑是有害的，會(huì)使鋼絲表面粗糙，堵塞?？讜r(shí)會(huì)造成潤滑不良，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低、模耗升高。在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般采用沉淀清淤的方式將其清除。

3 拉絲配模工藝

配模有兩方面的含義：一是根據(jù)拉拔材料及成品的直徑及拉拔設(shè)備的條件選擇每個(gè)道次模具規(guī)格的過程，二是根據(jù)鋼絲產(chǎn)品的性能要求、生產(chǎn)條件選擇合適材質(zhì)、孔型結(jié)構(gòu)的模具。

3.1 模鏈設(shè)計(jì)

濕拉是一種帶滑動(dòng)多模連續(xù)性拉拔方式，滑動(dòng)是濕拉機(jī)器正常工作的必要條件，設(shè)計(jì)模鏈時(shí)道次壓縮率要大于相對(duì)應(yīng)的機(jī)器塔輪壓縮率[10]，否則會(huì)發(fā)生斷絲。從有利于鋼絲拉拔潤滑及成品鋼絲表面質(zhì)量的方面出發(fā)，目前經(jīng)常采取首末道次壓縮率較低，第2道次最大再逐漸降低的壓縮率分配模式[11]。這種分配原則有利于鋼絲韌性，特別是扭轉(zhuǎn)檢測(cè)時(shí)容易獲得平直的斷口，減少后續(xù)使用時(shí)的斷絲，提高耐疲勞性能[12-13]。

鍍銅鋼絲表面相對(duì)不光滑，第一道次拉拔時(shí)尚未建立正常的潤滑狀態(tài)，索氏體組織也沒有發(fā)生形變，所以壓縮率不應(yīng)太大，主要起到對(duì)鋼絲的修圓作用，能改善鋼絲的韌性[13]；但是也不能太小，壓縮率太小會(huì)使鋼絲表層和芯部產(chǎn)生不均勻變形，對(duì)產(chǎn)品影響較大，容易在鋼絲內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，實(shí)際生產(chǎn)中一般取8%～13%的壓縮率。最后道次模具的壓縮率不應(yīng)太高，因?yàn)樽詈蟮来文＞卟皇侵苯咏菰跐櫥褐?，散熱效果要差一些，壓縮率太大發(fā)熱就會(huì)多，容易因?yàn)楦邷囟鴮?dǎo)致潤滑失效；成品鋼絲是在空氣中散熱，高溫會(huì)影響其性能，成品道次在生產(chǎn)中一般取9%～11%的壓縮率為宜（圖1）。

高碳鋼絲的塑性變形是有一定程度的，模鏈設(shè)計(jì)時(shí)既要充分發(fā)揮鋼絲的塑性，又不能超出鋼絲的變形極限。模鏈的總壓縮率最好不超過98%，道次壓縮率也不宜過高，否則鋼絲韌性會(huì)變得很差，容易脆斷[13-14]。

3.2 拉絲模具的選用

鋼絲是通過拉絲模得到所需規(guī)格要求的，其模芯材質(zhì)、孔型結(jié)構(gòu)等都會(huì)對(duì)鋼絲的質(zhì)量、性能產(chǎn)生影響。目前使用較多、拉絲效果較好的是硬質(zhì)合金拉絲模，也就是鎢鋼模，另一種是聚晶拉絲模[15]。拉絲模要求模芯硬度高、耐磨性好、光潔度高，這樣能夠降低拉拔力，也有利于鋼絲表面質(zhì)量。鎢鋼模在拉高強(qiáng)度鋼絲時(shí)，由于材料的限制模芯容易損壞而刮傷鋼絲。聚晶模與鎢鋼模相比，模芯和定徑帶短，模芯硬度高，耐磨性好，所需要的拉拔力小，更適合拉一些對(duì)質(zhì)量要求比較嚴(yán)格的鋼絲，高強(qiáng)度、粗規(guī)格的膠管鋼絲一般采用聚晶模拉拔[10，14-15]。

模具在使用過程中模芯是會(huì)被逐漸磨損的，各部位的尺寸和粗糙度也會(huì)逐漸發(fā)生變化，因此要定期測(cè)量各道次的線徑，將不合適的模子更換掉，套模也要進(jìn)行周期性的更換[16]。模具入口如果被堵塞，鋼絲拉拔時(shí)會(huì)因潤滑不足而產(chǎn)生超差、劃傷、脆斷等缺陷，所以在生產(chǎn)中應(yīng)保持潤滑液及模具入口干凈清潔，例行工藝檢查時(shí)也應(yīng)關(guān)注這一點(diǎn)。

4 其他控制點(diǎn)

4.1 拉絲參數(shù)的設(shè)定

拉拔速度應(yīng)根據(jù)鋼絲材質(zhì)、強(qiáng)度級(jí)別、潤滑狀態(tài)等因素綜合評(píng)判確定，過快會(huì)導(dǎo)致溫度偏高、潤滑膜失效等問題，使鋼絲拉傷；過慢則會(huì)浪費(fèi)產(chǎn)能。排距、收線張力的合理設(shè)定，能使鋼絲收線纏繞緊密，在后續(xù)使用中不松捆、不滑線、不漲盤。

4.2 鋼絲走線的檢查

成品膠管鋼絲相對(duì)來說比較細(xì)，拉絲時(shí)走線路徑錯(cuò)誤會(huì)使鋼絲出現(xiàn)硬磨損傷、彈簧圈、斷線和記米不準(zhǔn)等異常。在生產(chǎn)過程中要有對(duì)鋼絲走線的監(jiān)管措施，浸泡在潤滑液中的塔輪長時(shí)間使用也會(huì)出現(xiàn)起溝、破損等異常，也要有計(jì)劃地檢查塔輪表面的磨損狀態(tài)以及鋼絲繞線是否正確。

4.3 自動(dòng)化輔助設(shè)備

自動(dòng)化輔助設(shè)備的應(yīng)用能提高鋼絲產(chǎn)品的質(zhì)量，能夠提高人均看機(jī)量，并且能夠減輕工人的工作強(qiáng)度。

4.3.1 電子探傷設(shè)備的應(yīng)用

電子探傷設(shè)備用于鋼絲的在線無損探傷，在鋼絲及鋼絲制品行業(yè)中已被廣泛推廣。該設(shè)備能檢測(cè)到鋼絲表面的裂痕、缺口、碎片、毛刺及渣滓等缺陷，這類缺陷用肉眼很難發(fā)現(xiàn)，只能借助相關(guān)的儀器設(shè)備。電子探傷設(shè)備的使用，減少了異常鋼絲的流出，也推動(dòng)了膠管鋼絲產(chǎn)業(yè)的上下游企業(yè)共同提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3.2 自動(dòng)排線補(bǔ)償系統(tǒng)

排線是膠管鋼絲一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，差的排線狀態(tài)會(huì)使鋼絲在客戶使用過程中出現(xiàn)亂線、滑線、斷線等異常。人595cfe190ec7c2b50ca6761c7a906407工控制排線會(huì)調(diào)整不及時(shí)，出現(xiàn)排線差的概率大。自動(dòng)排線補(bǔ)償系統(tǒng)，能根據(jù)相關(guān)信號(hào)的反饋，實(shí)時(shí)對(duì)排線做出調(diào)整，減少了人為干預(yù)程度，提高了鋼絲排線質(zhì)量。

4.3.3 換線自動(dòng)停臺(tái)系統(tǒng)

濕拉是使用鍍銅絲為原料進(jìn)行拉拔，以鍍銅絲工字輪的轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)，當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí)，機(jī)床能夠自動(dòng)停臺(tái)。

5 結(jié)束語

濕拉作為膠管鋼絲生產(chǎn)的成品工序，過程工藝控制點(diǎn)繁多，也尤為重要。生產(chǎn)工藝的管控要從保證鋼絲性能穩(wěn)定、提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量的角度出發(fā)，依據(jù)公司現(xiàn)有條件，建立包含拉絲設(shè)備、潤滑液管理、配模工藝、模具選用等方面在內(nèi)的綜合性、整體性的設(shè)計(jì)、執(zhí)行、監(jiān)督一體化管控體系，保證產(chǎn)品是在受控狀態(tài)下生產(chǎn)。工藝執(zhí)行的日常巡查也非常重要，能保證工藝管控制度貫徹執(zhí)行的嚴(yán)肅性，減少員工操作的隨意性，降低工藝執(zhí)行出錯(cuò)率，保證產(chǎn)品按照設(shè)計(jì)的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。各種自動(dòng)化輔助設(shè)備已大量應(yīng)用，自動(dòng)化生產(chǎn)會(huì)成為企業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

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