【電纜寶dianlanbao】回顧拉絲發(fā)展的歷史，介紹國內(nèi)外鋼絲拉拔所用拉絲機、收放線設(shè)備、原輔材料及工藝的現(xiàn)狀，提出為更快更好地拉絲，應綜合地考慮原料、表面準備、潤滑劑、模具、設(shè)備的速度及冷卻能力，在控制溫度和確保表面質(zhì)量的前提下，應優(yōu)化工藝，盡量發(fā)揮其他因素的潛力。

金屬線是一種常見的產(chǎn)品形式，通常是指絲、線或桿。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，需求和生產(chǎn)也空前繁榮。在競爭越來越激烈的時代，以最低的成本生產(chǎn)出讓顧客滿意的產(chǎn)品的競爭壓力，促進了拉絲技術(shù)的持續(xù)進步。盡管最細的金屬線已經(jīng)達到了幾微米，最高的鋼絲強度已經(jīng)超過了4000MPa，如鋼簾線鋼絲，但我們還面臨著不斷變化的需求及非金屬材料的競爭，所以我們需要更憐快、更好的拉絲技術(shù)。

1、拉絲技術(shù)的歷史回顧

已知最早的金屬線是由埃及人在大約公元2750年做的多線。在我國西安秦始皇兵馬俑的考古中發(fā)現(xiàn)大量的石甲衣中采用了銅線，這也許是中國最早的金屬線實證。公元400-1100年，金屬線技術(shù)開始在很多國家發(fā)展起來，開始用手或馬拉的方式拉絲，慢慢地，后來發(fā)明了一些技術(shù)，如絞盤、秋千、棘輪，并利用了重力。17世紀歐洲人開始采用水力拉絲。1769年蒸汽發(fā)動機的發(fā)明取代了人力拉絲技術(shù)以及水力拉絲。20世紀電機技術(shù)的推廣，為拉絲技術(shù)的飛躍提供了新動力。

1632年，開發(fā)出鋼絲制針的工匠偶然發(fā)現(xiàn)，鋼絲上的人尿殘留層起到了潤滑鋼絲的作用，并且發(fā)現(xiàn)潤滑可以減少動力需要。

早期有人嘗試石模，后來有了鐵模。從明朝江西人宋應星1637年在分宜所著《天工開物》中所做的描述中，可以發(fā)現(xiàn)用鐵模拉絲：“凡針先錘鐵為細條。用鐵尺一根，錐成線眼，抽過條鐵成線，逐寸斷為針……”。1970年，新余仍有老工人在臺虎鉗上手工拉鐵絲。貴州的首飾工匠現(xiàn)在還用手工拉銀線。

1834年德國人WilhelmAlbea發(fā)明了鋼絲繩，同期在英國架起了電報線，并開始做海底電報線。

電機的發(fā)明促使了單卷筒拉絲機的出現(xiàn)。為了提高效率和質(zhì)量，在單拉機實現(xiàn)了2道，甚至3道拉拔(滑動拉絲)，采用了騎馬式起線器和水冷技術(shù)，模具技術(shù)不斷提高。1993年，筆者參觀堪薩斯州的聯(lián)合鋼絲繩公司時，仍看見他們在用單拉機，不過一個人開6臺，盤重大約1 t，效率還是不低。倒立式單拉機和水平卷筒的拉絲機仍得到了大量的使用，適合加工道次少和中大尺寸的鋼絲產(chǎn)品，并且很容易實現(xiàn)大盤重生產(chǎn)。 隨著交流電機及控制技術(shù)的發(fā)展，20世紀初發(fā)明了連續(xù)式拉絲機，降低了人工成本，并提高了拉絲速度。MORGAN是早期主要的拉絲機生產(chǎn)企業(yè)之一。20世紀30年代后期Marchal Richard Barcro公司發(fā)明了B—B拉絲機(雙積線)，改善了冷卻，并減少了扭轉(zhuǎn)問題。該設(shè)備特別受鋼絲繩廠的歡迎，到1976年該公司停業(yè)時，已有上千臺這樣的設(shè)備投入使用。

后來出現(xiàn)的拉絲機是活套式，20世紀70年代末德國的KOCH公司發(fā)明了直線式調(diào)諧輥式SEN-SOR ARM拉絲機。大約1970年發(fā)明的窄縫式冷卻技術(shù)為拉絲速度的提高提供了非常有利的條件。改進卷筒設(shè)計、卷筒外風冷、旋轉(zhuǎn)模、直接水冷的采用都是提高拉絲機性能的技術(shù)。20世紀90年代起出現(xiàn)了臥式連續(xù)拉絲機，主要是出于降低勞動強度的需要，且便于維修。拉細絲時可以兩排布置，降低了占地面積，大型的已經(jīng)發(fā)展到直徑為1 270mm的卷筒。

在避免鋼絲扭轉(zhuǎn)的同時，直線式拉絲機獲得了優(yōu)秀的道次與速度協(xié)調(diào)能力。速度更快、質(zhì)量更好，易操作和維護，可靈活配模，因電氣技術(shù)的發(fā)展使得能耗下降了。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，可以通過一臺計算機監(jiān)控一組拉絲機的工作狀態(tài)。

干式連續(xù)拉絲機的卷簡直徑是350-1200mm，直流或交流的電機功率為17-110kW。小型干式拉絲機工作速度達到12m/s以上，大型拉絲機的產(chǎn)能已突破1萬t/a。

基于滑動拉絲技術(shù)的濕拉設(shè)備在有色金屬及小尺寸鋼絲上得到了大量的應用，如銅線、鋁線、鋼簾線、鋼絲繩用鋼絲、細彈簧絲等，采用水性或油性的潤滑液體。有色線早就已經(jīng)出現(xiàn)了多根同時拉拔的技術(shù)。水箱拉絲機的速度很高，拉拔道次從幾次到二十幾次，可以實現(xiàn)很大的壓縮量，重型水箱可使φ5.5mm的高碳鋼線材直接㈩產(chǎn)品，但是鋼絲在水箱中有一些扭轉(zhuǎn)，需要調(diào)整平整度的技術(shù)和經(jīng)驗。

2、突破速度障礙

拉絲機技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步，一些速度記錄可以反應當前的成就：進線φ9.5mm拉拔電工鋁線時的速度可以達到20m/s以上，拉拔高碳鋼細絲也可接近這樣的速度;進線φ11mm的82B盤條，出線φ4.22mm的速度記錄是10m/s。高速度生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼絲需要全面綜合的條件。以下總結(jié)和分析了幾種影響高速拉拔的因素及突破方向。文中未特別說明時，線材指鋼線材。

原料

大盤重可減少接頭所需的停機時間，對于提高拉絲設(shè)備的作業(yè)效率非常重要。有色金屬工業(yè)在20世紀70年代就引進了先進設(shè)備，而鋼鐵工業(yè)的線材大盤重生產(chǎn)開始于80年代的后半期。在1988年以前，盤重300kg線材在中國已經(jīng)屬于大盤重了，有些產(chǎn)品每件甚至只有大約80kg，金屬制品企業(yè)少量的引進設(shè)備只有使用進口大盤重線材時才能發(fā)揮效益。1988年在馬鞍山出現(xiàn)了第一個盤重約2t的高速線材廠，后來2t左右的盤重逐漸成為國內(nèi)主流，大盤重線材的出現(xiàn)使得我國有了發(fā)展高速拉絲的條件。國外已有了約3t盤重的線材。

原料品質(zhì)也相當重要。好的線材極少斷線，可以拉得更快，確保拉絲機的作業(yè)效率;另外，好的線材是優(yōu)質(zhì)鋼絲的質(zhì)量基礎(chǔ)，可以降低產(chǎn)品成本。拉拔PC鋼絲時，好的材料每百口屯斷線次數(shù)不到一次。鋼簾線由于加工工序多，產(chǎn)品直徑細，對斷線問題更加敏感?，F(xiàn)代冶金和軋鋼技術(shù)改善了金屬組織和線材質(zhì)量，使拉絲更容易，降低了生產(chǎn)成本。

線材表面的準備

線材熱軋時表面都會產(chǎn)生氧化鐵皮，個別鋼鐵企業(yè)提供酸洗服務，特別是不銹鋼線材。多數(shù)情況下，拉拔前的表面準備是由鋼絲企業(yè)完成的。好的表面準備可以確保金屬變形時與模具間摩擦正常，對于確保順利、高速的拉拔非常重要。

最普遍的工藝仍然是酸洗+磷化+硼化(或皂化，或在石灰液中浸泡)。采用振動、超聲波和電解等技術(shù)，結(jié)合一些其他技術(shù)，在保證質(zhì)量的前提下，減少了污染物排放。法國有代替磷化的非反應涂層材料，可減少污染問題。為了解決環(huán)保問題，越來越多人采用機械除鱗技術(shù)，但實踐中也遇到了一些困難，尤其是生產(chǎn)成品鋼絲時。

德國的ECOFORM公司推出了在線涂覆技術(shù)，采用類似擠塑的技術(shù)，將潤滑劑涂在鋼絲表面，大大改善潤滑效果，提高模具壽命和拉拔速度。在應用中，拉拔W(C)=0.83%的碳素鋼絲時，

進線直徑5.5mm，出線直徑2.2mm，成品速度由12m/s提高到了20m/s。將發(fā)生在模具里的被動過程變成了易控制的主動過程。

收放線技術(shù)

成品出線速度提高后，放線速度自然也要跟上去，但是放線速度快到一定程度以后容易出現(xiàn)亂線、卡線現(xiàn)象，從而制約速度的提升。

選擇放線技術(shù)的時候要同時考慮前道的收線技術(shù)，放線可看作是前道收線的一個逆過程。選擇收線技術(shù)應進行系統(tǒng)地考慮，主要考慮下道工序的需要。如果是成品就得研究最適合顧客的方式，通常收線技術(shù)影響顧客的成本及效率。

盤條一般采用水平叉或豎筒放線，水平叉的鴨舌起到了減少線圈過快跑出的問題，但因容易亂線，水平叉放線速度很難提高。對小直徑的鋼絲使用工字輪是最理想的高速放線方法。

工字輪可以高速收線，且排線較整齊，有利于再放線。主動式工字輪放線可以實現(xiàn)精確張力控制，不過很少用在拉絲上。有的設(shè)備實現(xiàn)了自動換盤，如KOCH的一些鋼絲拉絲機和其他公司的一些鋁線拉絲機，明顯提高了生產(chǎn)效率。

象鼻子(鵝頸)收線也是一種可以實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)的技術(shù)，鋼絲有一些扭轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)大盤重收線或小盤重不停機收線。GCR此類設(shè)備設(shè)計速度達到了28 m/s，直徑為400-760mm。采用倒立式收線沒有扭轉(zhuǎn)問題，國外最高設(shè)計速度達25 m/s，且可實現(xiàn)大盤重生產(chǎn)。

收放線的張力控制很重要。設(shè)備通過張力可判斷速度是否協(xié)調(diào)正常，張力也影響收線的排線質(zhì)量。被動式放線主要靠制動產(chǎn)生張力，主動放線可采用如力矩電機、活套和張力感應輥等技術(shù)。散卷放線被動放線沒有張力控制，但需要水平叉的鴨舌產(chǎn)生適當?shù)淖枘帷?

潤滑

拉拔離不開潤滑，潤滑失效的可能出現(xiàn)是限制速度的重要原因之一。潤滑失效使得鋼絲溫度劇升，被拉拔金屬與模具粘連，導致模具壽命縮短及產(chǎn)品表面損壞等問題。

常用的潤滑材料有鈣基或鈉基的硬脂酸鹽(拔絲粉)、潤滑油和油脂等。同樣的潤滑材料在不同廠有時候表現(xiàn)不同，這是因為其他因素導致模具內(nèi)壓力和溫度的不同，使得潤滑劑的表現(xiàn)不同。

除了2.2所述的潤滑技術(shù)外，壓力模也可實現(xiàn)類似的干涂。無酸拉拔時，在拉絲機前加在線硼化裝置是有效果的，且降低了對涂粉技術(shù)的要求。在拉絲機的拔絲粉盒里增加一個攪拌器，可避免隧道效應。粉夾是一種卡在鋼絲上使拉絲粉更容易帶進模具中的工具，有時效果很好，但也可能導致帶進模具的粉過多。粉夾的壓力和接觸形式會影響到使用效果。

潤滑失效可根據(jù)出粉狀態(tài)判斷，正常時不結(jié)焦，塑化的粉粘附在鋼絲上，出現(xiàn)問題時出粉很硬，結(jié)塊顯示出高溫的黑色。嚴重時會出現(xiàn)劇烈摩擦，鋼絲表面磷化膜破損，甚至出現(xiàn)拉拔馬氏體及橫向裂紋。

拉絲機

拉絲機的機電特性、冷卻能力以及前面講到的收放線技術(shù)都影響到拉絲的速度和質(zhì)量。高速拉絲需要電機、傳動機構(gòu)、速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)卷筒的動平衡效果的支持。

拉絲系統(tǒng)的熱平衡能力也是關(guān)鍵因素，金屬拉拔變形過程中的摩擦及變形都產(chǎn)生熱量，現(xiàn)代的拉絲機通過模具水冷、卷筒內(nèi)部水冷及外部鋼絲風冷帶走熱量，速度越快，單位時間產(chǎn)生的熱量越多，而拉絲機的冷卻能力是有限的。高溫導致時效脆性，一般建議出模溫度不能高出180℃，220℃以上會出現(xiàn)嚴重的脆化。

意大利線材技術(shù)有限公司提出如下拉絲卷筒冷卻水量計算方法：

每個卷筒每分鐘冷卻水量(20℃)：W20=f·Pinst，其中/是0.7-1.0的系數(shù)，Pinst是裝機功率。如安裝8臺75kW電機的連續(xù)拉絲機，系數(shù)取0.85，其冷卻水總供應量(未包括模盒)應為8*75*60*0.85=30.6 t/h。

卷筒內(nèi)壁的銹蝕對冷卻傳熱影響很大，WAI的鋼絲手冊[2]上可以查到，0.25mm厚的銹蝕使傳熱能力下降50%。采用適當?shù)姆冷P技術(shù)應該是有益的，但應注意避免采用低導熱性的涂層。

窄縫式冷卻已經(jīng)成為全球流行的技術(shù)，也有公司制造直接水冷的V形槽拉絲機，直接水冷法做的成品鋼絲呈溫熱狀態(tài)，韌性好，強度略低。溫度較高時，雖然拉出的拉絲強度更高，但同時有塑韌性損失，即使沒到嚴重的程度，其強度也不能穩(wěn)定保持。做預應力鋼絞線的經(jīng)驗表明，在絞線穩(wěn)定化后，直接水冷的低溫低強度鋼絲強度會回升，而很高強度的熱鋼絲其強度會有一個明顯的損失。神戶制鋼于20世紀70年代研究出模后鋼絲直接水冷，用了兩年時間才將此技術(shù)實用化。也有企業(yè)曾在卷筒旁進行噴水霧的嘗試。

斜卷筒設(shè)計是改善冷卻、提高速度潛力的有效手段。因為斜卷筒增加積線高度，即增加鋼絲在卷筒上的冷卻時間。增加卷筒數(shù)量也是一種設(shè)計思路，這可以減少每道的壓縮率，即減輕每道次冷卻系統(tǒng)的負荷。為高速生產(chǎn)，也有公司研究出不停機的鋼絲拉拔技術(shù)，采用3 t盤重防亂線放線技術(shù)，前4道高積線，打軸機自動換盤，工字輪的容量達3t。

改進拉拔工藝

韓國的研究者采用了等溫度的壓縮率分配原則，即將各道出模預測溫度都控制在166℃，避免了傳統(tǒng)分配方法第一道冷卻能力利用不足的問題。這樣的分配結(jié)果是壓縮率從第一道起逐步下降，充分利用了每道次的冷卻能力。一般的經(jīng)驗做法是將第一道壓縮率控制在較低水平，這可以在第一道實現(xiàn)較好的潤滑劑涂覆效果，但此效果同時受潤滑劑特性、壓縮量、速度和冷卻能力的影響。更理想的是應綜合考慮拔絲粉的特性和表現(xiàn)、設(shè)備性能、冷卻能力、材料變形能力和總壓縮率，在保證質(zhì)量的前提下發(fā)揮設(shè)備潛力。采用壓力模可以提高潤滑效果，并提高材料拉拔變形時的塑性，有利于提高速度。

在拉絲機上裝輥模進行拉拔也可以實現(xiàn)高速拉拔，采用輥拉方法生產(chǎn)鋼絲時，比固定模獲得更加強烈的織構(gòu)，變形均勻，發(fā)熱更少，具有較高的強度指標和塑性指標[4]。一種注冊商標為MICROROLLING的技術(shù)已經(jīng)應用于加工銅、鋅、鋁、鈦、銅合金、鋁合金、碳素鋼、不銹鋼、工具鋼絲及氣保焊絲和藥芯焊絲等。加工φ1.8mm的中、高碳鋼絲時，出線速度達到了12m/s，同規(guī)格的軟線速度可達20m/s。

為了更快更好地拉絲，我們應注意以下幾點：

(1)采用盤重盡量大的優(yōu)質(zhì)原料;

(2)做好適合后續(xù)高速加工技術(shù)的表面準備，甚至可與拉絲機整合在一條線上;

(3)采用適當?shù)氖辗啪€技術(shù)，防止亂線和斷線，適應相應的拉絲速度;

(4)采用適當?shù)臐櫥瑒?，適應預期的加工條件;

(5)采用控制穩(wěn)定、無扭轉(zhuǎn)、冷卻優(yōu)良的高速拉絲機，甚至可用輥拉方式實現(xiàn)變形過程;

(6)綜合地考慮表面準備、潤滑、冷卻、模具及材料特性在拉絲過程的影響，在控制溫度和確保表面質(zhì)量的前提下充分利用設(shè)備的冷卻及速度潛力。

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