直进式拉丝机拉拔工艺及电机功率的计算

摘要 以进线直径φ14mm、成品钢丝直径φ7mm，最大拉拔速度6m/s，进料钢丝抗拉强度1300MPa的预应力钢丝拉拔为例，介绍直进式拉丝机的拉拔工艺及电机功率的计算。根据钢丝进出线直径计算出总压缩率。依据线材拉拔特性及成品要求，初步设定平均压缩率，计算出拉丝机拉拔道次。然后利用拉拔真伸长法计算出各道次压缩率，计算出各拉拔道次的钢丝直径，依据秒流量相等原则推导出各道次拉拔速度。根据经验公式对各拉拔道次的钢丝强度和拉拔力进行计算，而后由拉拔力和拉拔速度计算出电机功率。

关键词拉丝机；拉拔工艺；功率计算；压缩率；真伸长值；拉拔力

中图分类号：C35文献标识码： A

AbstractLine diameter φ14mm, finished wire diameter φ7mm, the maximum drawing speed 6m / s, feed wire drawing 1300MPa tensile strength of prestressing steel for example, describes a straight wire drawing machine drawing process and electrical power calculations. According to the wire diameter of the inlet and outlet to calculate the total compression rate. Wire drawing based on the characteristics and requirements of the finished product, initially set the average compression ratio, calculated drawing machine drawing pass. Then use to calculate the compression ratio of each pass drawing really elongation method, calculated for each drawing pass the wire diameter, according to the principle of equal mass flow is derived for each pass drawing speed. According to the empirical formula is calculated for each pass wire drawing strength and pulling force, then the drawing force and drawing speed to calculate the motor power.

Keywordsdrawing machine; drawing process; power calculation; compression ratio; true value of elongation; pulling force

拉丝机对线材或棒材的预处理质量直接关系到标准件等金属制品生产企业的产品质量。较为合理的拉拔工艺能有效的提高生产效率及成品质量，合理选择电机功率能有效的减少制品企业电耗、降低生产成本。

以进线直径φ14mm、成品钢丝直径φ7mm，最大拉拔速度6m/s，进料钢丝抗拉强度1300MPa的预应力钢丝拉拔为例，介绍直进式拉丝机的拉拔工艺及电机功率的计算。

1.拉拔工艺路线计算

1.1钢丝压缩率

1.1.1 钢丝总压缩率

钢丝总压缩率计算公式

Q=（1）

式（1）中：Q ─钢丝总压缩率；

─钢丝拉拔前直径，取进料钢丝直径；

─钢丝拉拔后直径，取成品钢丝直径；

将=14mm，=7mm，带入式（1）

Q==75%

1.1.2平均部分压缩率及拉拔道次

钢丝平均部分压缩率计算公式

=1-（2）

式（2）中： ─钢丝平均部分压缩率；

n ─钢丝拉拔道次；

由式（2）可推出

n= （3）

因预应力钢丝成品要求，为确保钢丝韧性、获得较好的表面及综合力学性能，采用多道次较小道次减面率拉拔工艺，初步设定=15%。带入式（3）中得n=8.53。拉拔道次为整数，分别取n=7，n=8，n=9带入式（2）中得=17.97%，=15.91%，=14.28%。这里取拉拔道次n=8，=15.91%。

1.1.3计算各道次压缩率

利用道次真伸长之代数和等于总真伸长数值，然后根据钢丝连续拉拔时道次变形量的分布规律，通过预先设定发生最大变形程度的道次,假设相邻道次钢丝变形程度之差恒定, 这样只需考察最大及最小变形程度是否合适 (因为前面道次的变形程度既应使设备安全运行 , 又要充分利材料的塑性 , 而成品道次变形程度应最小 ,这更有利于保证成品的尺寸精度、表面质量及韧性 )。在假设变形程度时先采用压缩率 ,再换算成真伸长，从而迅速准确地制定出钢丝连续拉拔工艺路线。

道次真伸长值（即钢丝截面积比的对数）计算公式

=lg （4）

=（5）

即=lg （6）

式（4）、式（5）及式（6）中，─第n道次真伸长值

─第n道次压缩率

─ 第n道次拉拔后钢丝直径，即第n道次出线直径

─第n-1道次拉拔后钢丝直径，即第n道次进线直径

假定最大变形程度发生在第一道次，逐道递减，假设相邻道次钢丝变形之差恒定，则：

=+（n-1）（7）

=+（n-2）（8）

............

=+（n-i）（9）

............

=+ （10）

由于：

++・・・・+= （11）

故：

n*+=（12）

将带入式（7），结合式（12），计算出：

= *-（13）

=（14）

将=14mm，=7mm，带入式（6），得=0.60206

取=18.5%，n=8带入式（4），得=0.08884

将=0.6020，=0.0888，n=8，带入式（13），得=0.06168

将=0.0888，=0.0616，n=8，带入式（14），得=0.00388

通过计算可得，=0.08884，=0.08496，=0.08108，=0.07720，=0.07332，=0.06944，=0.06556，=0.06166。

将计算出的道次真伸长值分别带入式（4），得各道次压缩率，=18.50%，=17.77%，=17.04%，=16.29%，=15.54%，=14.78%，=14.02%，=13.24%

1.1.4各道次钢丝直径计算

根据各道次压缩率可以计算出各道次钢丝的直径。

由

=1-（15）

可得

= （16）

将=7.0mm，=13.24%带入式（16）得

===7.52mm

依次类推，计算出=8.10mm，=8.78mm，=9.55mm，=10.44mm，=11.46mm，=12.64mm

2.电机功率计算

2.1拉拔力的计算

根据屠林科夫简化公式计算

（17）

式（17）中，─第n道次钢丝抗拉强度

─第n-1道次钢丝抗拉强度

K─增强系数（取经验值1.065）

将原料钢丝抗拉强度=1300 MPa带入式（17）中，得

=1300 MPa ××1.065=1457 MPa

依次类推，=1561 MPa，=1668 MPa，=1779 MPa，=1892 MPa，=2010 MPa，=2127 MPa，=2249 MPa

根据克拉希里什科夫公式，可计算出各道次拉拔力。

=0.6・・・ （18）

式（18）中，─第n道次钢丝拉拔力，N；

将=1457 MPa，=18.50%，=12.64mm带入式（17），得=60074.6 N

依次类推，=51852.2 N，=45028.1 N，=39291.2 N，=34497.5 N，=30419.7 N，=27022.7 N，=24059.2 N

2.2 各道次拉拔速度的确定

根据各拉拔道次钢丝体积秒流量相等的原则，即

（19）

得出

（20）

式（19）、式（20）中，─第n-1道次拉拔速度

─第n道次拉拔速度

将=6 m/s，代入式（20），得=3.466 m/s

依次类推，计算出=2.987 m/s，=2.543 m/s，=2.149 m/s，=1.798 m/s，=1.492 m/s，=1.227 m/s

2.3电机功率的计算

根据各道次钢丝的拉拔力和速度，计算出各道次电机所消耗的功率。

（21）

式（21）中，─第n道次钢丝拉拔功率

k ─电机空载系数，通常取0.1

η─拉丝机传动机构与电动机的效率，约0.85～0.92，通常取0.85

将=60074.6 N，=1.227 m/s，η=0.85带入式（20），得=95.39 kw

依次类推，计算出=100.12 kw，=104.77 kw，=109.27 kw，=113.53 kw，=117.59 kw，=121.21 kw，=124.54 kw

上述计算结果，未考虑卷筒启动扭矩、电机过载及发热的影响，由于拉丝机启停频繁，引起的发热及电机功率的标准等级，因此，所选取的电机功率要适当大于计算的电机功率，根据实际情况选择该拉丝机电机实际功率为132 KW.

参考文献

[1] 李志深，钢丝生产工艺[M].郑州：冶金部金属制品情报网，1992；25.

[2] 秦万信，一种利用真伸长快速制定钢丝连续拉拔工艺的方法，鞍钢技术，1994（7）：47-59.

[3] 杨立东、顾全忠.直进式拉丝机功率的计算[J].金属制品，2008（3）：32-33.