拉丝机塔轮组合式绕线方法
阅读说明：本技术 拉丝机塔轮组合式绕线方法 (Combined winding method for tower wheel of wire drawing machine ) 是由 孙浩鑫 张显国 时文辉 杨庆松 胡静 郑晓丹 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本申请属于金属线材生产技术领域,具体涉及一种拉丝机塔轮组合式绕线方法。该方法适用于线材在同一根轴上的五个塔轮上的缠绕,五个塔轮沿轴的轴向依次为直径增大的1号塔轮、2号塔轮、3号塔轮、4号塔轮以及5号塔轮,该方法包括：线材依次在1号塔轮、2号塔轮、3号塔轮上缠绕两圈半后,在4号塔轮以及5号塔轮缠绕一圈半后输出。本发明可极大的减轻了塔轮的磨损,增加塔轮的使用寿命,进而提高生产效率以及产品质量,具有很好的实用性。(The application belongs to the technical field of metal wire production, and particularly relates to a tower wheel combined winding method of a wire drawing machine. The method is suitable for winding the wire on five cone pulleys on the same shaft, wherein the five cone pulleys are a No. 1 cone pulley, a No. 2 cone pulley, a No. 3 cone pulley, a No. 4 cone pulley and a No. 5 cone pulley which are increased in diameter along the axial direction of the shaft, and the method comprises the following steps of: the wire is sequentially wound on the No. 1 cone pulley, the No. 2 cone pulley and the No. 3 cone pulley for two and a half circles and then is output after being wound on the No. 4 cone pulley and the No. 5 cone pulley for one and a half circles. The invention can greatly reduce the abrasion of the cone pulley, prolong the service life of the cone pulley, further improve the production efficiency and the product quality and has good practicability.)
技术领域
本申请属于金属线材生产技术领域，具体涉及一种拉丝机塔轮组合式绕线方法。
背景技术
在金属线材生产领域，生产细丝
拔制铁铬铝、镍铬类合金丝的塔轮在使用过程中采用缠绕式绕线方式，原绕线方式采取每种塔轮塔轮上绕线1圈的方式，直接体现出线材与塔轮之间的张力减小，从而线材的线速度V1远大于塔轮表面的圆周速度U1，增大了塔轮与线材之间的相对摩擦，在使用了1个月时在塔轮表面就已经出现深度0.05-0.1mm的沟痕，使用至2-3个月后，沟痕逐渐增大，最深的已经有0.4-0.8mm的深度，生产中经常性出现卡线、断丝、表面擦伤等情况，极大的影响了生产效率以及产品质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种拉丝机塔轮组合式绕线方法，以解决现有技术中的绕线方式在实际生产过程中，经常性出现卡线、断丝、表面擦伤等情况，极大的影响了生产效率以及产品质量的技术问题。
实现本发明目的所采用的技术方案为：
一种拉丝机塔轮组合式绕线方法，所述方法适用于线材在同一根轴上的五个塔轮上的缠绕，五个所述塔轮沿所述轴的轴向依次为直径增大的1号塔轮、2号塔轮、3号塔轮、4号塔轮以及5号塔轮，其特征在于，所述方法包括：
所述线材依次在所述1号塔轮、所述2号塔轮、所述3号塔轮上缠绕两圈半后，在所述4号塔轮以及所述5号塔轮缠绕一圈半后输出。
进一步地，所述1号塔轮的直径为60mm，所述2号塔轮的直径为82mm，所述3号塔轮的直径为112.5mm，所述4号塔轮的直径为153.5mm，所述5号塔轮的直径为210mm。
进一步地，所述线材的直径为L，单位mm，所述线材的线速为V，单位为(m/s)，所述L和V的关系为：
1.5≥L≥0.6，V为3-4m/s；
0.6＞L≥0.4，V为3-4m/s；
0.4＞L≥0.3，V为4.5-5.5m/s；
0.3＞L≥0.2，V为5.5-6m/s。
进一步地，所述塔轮的制备方法包括：
提供用于制备所述塔轮的钴高速钢；
将所述钴高速钢依次进行奥氏体化工序、气冷工序、盐浴冷工序和回火工序，获得拉丝机塔轮用钢。
进一步地，所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15，Si≤0.65，Mn≤0.40，P≤0.030，S≤0.030，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述奥氏体化工序中，所述奥氏体化温度为1170～1180℃，加热至所述奥氏体化的时间为t＝KD，其中，K为10～15s/mm，D为钴高速钢的厚度。
进一步地，所述气冷工序在9.95～10.05KPa真空压强下进行，所述气冷工序的结束温度为500～550℃。
进一步地，所述盐浴冷工序的开始温度为500～550℃，所述盐浴冷的冷却速率为10-15℃/s。
进一步地，所述回火工序的温度为500～550℃，保温和冷却总时间为1-1.5小时，所述回火次数为3～4次。
优选地，所述1号塔轮、所述2号塔轮以及所述3号塔轮采用权利要求4所述塔轮的制备方法制备而成，所述4号塔轮以及所述5号塔轮采用轴承钢喷涂碳化钨工艺制备而成。
本发明的有益效果为：
本发明所提供的一种拉丝机塔轮组合式绕线方法，相比于现有技术中的绕线方式，其通过增加在塔轮绕丝的圈数，以提高塔轮对线材的摩擦力，增大塔轮对线材的张力，从而实现塔轮通过转动带动线材进行拔制生产，这也时一定程度减少塔轮和丝材之间的相对滑动，从而起到“不减车速但实际减速”的目的，可极大的减轻了塔轮的磨损，增加塔轮的使用寿命，进而提高生产效率以及产品质量，具有很好的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的拉丝机的结构示意图；
图2是本发明实施例中的塔轮的制备方法的工艺步骤图。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
图1为本发明实施例的拉丝机的结构示意图，参见图1，该拉丝机包括传动箱体1，传动箱体1上设置有主电机2以及多个轴3，每个轴3上均沿该轴的轴向依次设置有直径增大的1号塔轮4、2号塔轮5、3号塔轮6、4号塔轮7以及5号塔轮8，各个塔轮可以通过键连接的方式固定在对应的轴上，主电机2通过传动箱体1内的传动机构带动多个轴转动，进而驱动安装在该轴上的塔轮同步转动。
按照拉丝机拉丝机塔轮的梯度比设计，同一根轴上的小直径塔轮与线材的相对线速度是小于大直径塔轮与线材的相对线速度的，但是线材在拔制过程中的线速度在没有调速的情况下是恒定不变的，所以此时按照现有技术中绕线一圈的缠绕方式，小直径的塔轮表面的圆周速度与线材的线速度相差较大，所以在使用过程中，小直径塔轮的磨损程度要远超过大直径塔轮的磨损。当塔轮的材质选用一致时，不可避免地造成塔轮的浪费，对企业的降本增效造成一定的影响。如果拉丝机的塔轮通过更换材质、改进绕丝工艺，虽然能满足了小塔轮的正常使用，寿命也得到了极大的提升，但价格也要比耐磨性差的塔轮昂贵了很多，如果此时大塔轮也采取此类材料，那么将造成不必要的经济浪费，对企业的经营成本也造成了极大的影响。
基于此，本发明实施例首先对现有技术中的绕线方式进行改进，以提高各个塔轮的使用寿命。
本发明实施例中，拉丝机塔轮组合式绕线方法为：所述线材依次在所述1号塔轮4、所述2号塔轮5、所述3号塔轮6上缠绕两圈半后，在所述4号塔轮7以及所述5号塔轮缠绕一圈半8后输出。
本发明实施例中，通过增加在塔轮绕丝的圈数，提高塔轮对线材的摩擦力，增大塔轮对线材的张力，从而实现塔轮通过转动带动线材进行拔制生产，这也时一定程度减少塔轮和丝材之间的相对滑动，从而起到“不减车速但实际减速”的目的，可极大的减轻了塔轮的磨损，增加塔轮的使用寿命，进而提高生产效率以及产品质量，具有很好的实用性。
另外，本发明实施例中，1号塔轮的直径可以为60mm，2号塔轮的直径可以为82mm，3号塔轮的直径可以为112.5mm，4号塔轮的直径可以为153.5mm，5号塔轮的直径可以为210mm。
还有，本发明实施例中，线材的直径为L，单位mm，线材的线速为V，单位为(m/s)，L和V的关系为：
1.5≥L≥0.6，V为3-4m/s；
0.6＞L≥0.4，V为3-4m/s；
0.4＞L≥0.3，V为4.5-5.5m/s；
0.3＞L≥0.2，V为5.5-6m/s。
通过上述绕线方式，同塔轮直径、，线材的塔轮和限速的配合，可以极大的减轻了塔轮的磨损，较市场上常见工艺塔轮的使用寿命提高5倍以上。
另外，本发明实施例还对塔轮的制备方法进行改进，以进一步提高塔轮的使用寿命。
图2是本发明实施例中的塔轮的制备方法的工艺步骤图，结合图2，该方法包括，
S1，将钴高速钢加热至1170～1180℃进行奥氏体化，获得奥氏体化高速钢。
奥氏体化温度时是影响热处理后的高钴韧性高速钢性能的敏感工序，在1170～1180℃范围内奥氏体化，可以获得韧性和硬度良好的拉丝机塔轮。奥氏体化温度过高，合金碳化物分解越多，会使材料的晶粒粗大，奥氏体化温度过低，碳化物溶入量少，奥氏体化程度低，不利于提高钢的硬度。
钴高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，因为加入钴，其韧性较好，由于其含有较多的合金元素，导致高速钢的导热性差，因此需要经过三级预热，将其进行三级预热，是为了使钢中索氏体向奥氏体转变在较低的温度范围预先进行，以减少相变应力和热应力，防止出现炸裂问题。高钴韧性高速钢加热奥氏体化可以采用三级预热进行，首先将高估韧性高速钢加热至600～650℃，保温后再加热至850～900℃，再次保温后加热至1000～1050℃，保温一段时间加热到1170～1180℃。
进一步地，所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15，Si≤0.65，Mn≤0.40，P≤0.030，S≤0.030，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述加热时间为t＝KD，所述D为钴高速钢的厚度，所述K为10～15s/mm。根据加热材料的厚度控制时间加热系数K，防止加热过程出现炸裂问题。
S2，对所述奥氏体化高速钢气冷至500～550℃。
进一步地，所述气冷在9.95～10.05KPa真空压强下进行。
在9.95～10.05KPa的真空压强下可实现可快速冷却，不会出现内应力，避免出现裂纹。防止在奥氏体化温度到550℃冷却的过程中析出碳化物，从而降低二次硬化能力和强韧性，甚至发生少量珠光体转变，显著降低硬度。气冷结束温度过高，可能会析出碳化物，降低奥氏体和进度，从而影响钢的硬度，如果碳化物沿晶界析出，还会降低钢的韧性；气冷结束温度过低，会产生较大残余应力，提高钢芯部脆性，降低了含钴韧性，增加了开裂的可能。
S3，将所述气冷后的奥氏体高速钢置于500～550℃盐溶液中以10-15℃/s的速率进行冷却，获得去应力高速钢。合适的盐浴冷却温度能有效控制该钢种的晶粒度，温度过高或过低都会造成晶粒度过大或过小，均降低了材料的韧性。
本申请中盐溶液的溶质包括但不限于如下任意一种：氯化钠、氯化钾、氯化钡、***、***、硝酸钠、硝酸钾。
S4，将所述去应力高速钢进行3～4次温度为500～550℃的回火，获得拉丝机塔轮用钢。
经过3～4次回火，可以消除残留的奥氏体，转变为体积分数为80～95％的马氏体，逐步提高材料的硬度；同时可以使二次碳化物弥散分布，进一步的提高硬度。若回火温度过高，将造成组织内残留奥氏体在回火中析出碳化物，该组织压力松弛，成不稳定状态，并且温度过高使晶粒重新长大，造成硬度以及红硬性降低，回火温度过低，会导致组织内奥氏体向马氏体转化不充分，导致硬度降低。
进一步地，所述回火中，保温和冷却总时间为1-1.5小时。
经过保温和冷却，使材料转变为马氏体组织，提高硬度。本发明实施例中的冷却是随炉空冷。
本发明实施例公开的塔轮的制备方法，其采用钴高速钢作为原料，经过特定的奥氏体化温度配合特定的冷却和回火工艺，使机械加工后的拉丝机塔轮具有80～95％的马氏体组织和5～20％的奥氏体组织，这种处理工艺使拉丝机塔轮硬度达到HRC68～70，表面粗糙度为0.4～0.8μm，耐磨性良好，应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中拔制铁铬铝、镍铬类合金丝，其和上述改进方式配合，使用时间由原2000-3000个小时提升至10000-13000小时，大大提高了生产效率和产品质量。相较于碳化钨塔轮、氧化锆陶瓷塔轮、轴承钢塔轮，本发明实施例的高钴韧性高速钢拉丝机塔轮在成本费用上吨钢消耗下降了5～10倍，效果直观，经济效益高。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用进行详细说明。
表1
实施例1
实施例1是对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用650℃，900℃，1050℃三级预热，加热总时间为65-70min(含保温时间)，加热至1180℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至550℃，然后置于550℃的氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后550℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例2
实施例2是对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo8Cr4V2Co8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用630℃，880℃，1030℃三级预热，加热总时间65-70min(含保温时间)，加热至1175℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至530℃，然后置于530℃***盐溶液中以10℃s/s速率冷却至25℃。随后530℃回火4次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例3
实施例3是对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用610℃，860℃，1010℃三级预热，加热总时间65-70min(含保温时间)，加热至1173℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至520℃，然后置于520℃氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后530℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例4
实施例4是对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo8Cr4V2Co8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用625℃，865℃，1025℃三级预热，加热总时间65-70min(含保温时间)，加热至1178℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至530℃，然后在530℃的氯化钾盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后550℃回火4次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例5
实施例5是对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用630℃，870℃，1020℃三级预热，加热总时间65-70min(含保温时间)，加热至1173℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至520℃，然后置于550℃的氯化钾盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后530℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
对比例1
使用45号钢为拉丝机塔轮原料，淬火处理后进行回火，并在表面喷涂碳化钨，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例2
用模具钢作为拉丝机塔轮原料，在真空状态下淬火处理后进行回火，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例3
采用M2高速钢(国内牌号W6Mo5Cr4V2)为拉丝机塔轮原料，在真空状态下淬火处理后进行回火，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例4
采用不锈钢1Cr13作为原料，在950℃渗硼处理15h后，随炉冷却。再在真空状态下加热至1020℃保温2h，在高压下气冷。随后进行200℃回火处理，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例5
采用模具钢DC53作为原料，在真空1020℃温度下淬火处理后，在600-650℃高温回火，再进行HSK-G皮膜处理和抛光，机械加工后制得拉丝机塔轮。(HKS-G皮膜技术是由日本神户制钢所株式会社综合研究所—山本兼司博士团队历经十余年对合金皮膜的研究，开发而成的针对模具表面改质处理的专利技术。HKS-G覆层具有PVD法特有的低变形，同时具有高硬度，高承载荷重，耐高温氧化性，强结合力皮膜，能极大地提高模具精度。
对比例6
以45号钢为原料，将烧结后的二氧化锆(ZrO2)陶瓷镶在45号钢作为拉丝机塔轮进行使用。
对比例7
采用45号钢为原料，对其进行淬火、回火和表面喷涂碳化钨处理后，进行机械加工制得拉丝机塔轮。
对比例8
以轴承钢GCr15为原料，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例9
为了研究奥氏体化温度超过本申请保护范围最大值的影响，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
对比例10
为了研究奥氏体化温度低于本申请保护范围最小值的影响，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用650℃，900℃，1050℃三级预热，加热时间65-70min(含保温时间)，加热至1100℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至430℃，然后置于430℃的氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后430℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
对比例11
为了研究本申请保护范围外的高速钢制作拉丝机塔轮的使用效果，以实施例1为参照，采用表1中化学成分的高速钢(其余为Fe及不可避免的杂质)替代实施例1中化学成分的高速钢，其余与实施例1相同。
对本申请实施例1到实施例5、对比例10到对比例11制备的拉丝机塔轮用钢进行轮槽磨削加工，加工至表面粗糙度0.4以上，最后以表面为基准进行内孔的线切割，加工精度并对其采用洛氏硬度计以及粗糙度测量仪设备进行硬度和粗糙度检测，硬度和粗糙度检测均为多点检测，并计算平均值，结果如表1所示。对比例1到对比例9的拉丝机塔轮采用洛氏硬度计以及粗糙度测量仪设备进行硬度和粗糙度检测，硬度和粗糙度检测均为多点检测，并计算平均值，结果如表1所示。将实施例1到实施例5，对比例1到对比例8的拉丝机塔轮应用至拉丝机中进行铁铬铝合金丝拔制，观察塔轮的使用情况。具体结果如表2所示。
结合实际生产过程中的效益测算，本发明实施例的拉丝机塔轮在使用1年的情况下，在成本费用上相较市面上常见的碳化钨塔轮、氧化锆陶瓷塔轮、轴承钢塔轮吨钢消耗下降了5-10倍，效果直观，经济效益高。
另外，还需要说明的是，由于小直径塔轮的磨损程度要远超过大直径塔轮的磨损程度，因此，本发明实施例中，直径较小的1号塔轮、2号塔轮、3号塔轮可以采用上述制备工艺进行，而直径较大的4号塔轮、5号塔轮可采用现有技术中常用的轴承钢，通过喷涂碳化钨工艺制备，在保证塔轮使用寿命的同时，进一步降低成本。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
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