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1、1 前言1.1 选题背景和意义拉丝机在机械加工中有着广泛的应用， 拉丝机按其用途可分为金属拉丝机 准件和塑料拉丝机以及竹木拉丝机等。我国拉丝机的发展可追溯到五六十年代， 由于发展时间短暂，在机器性能，产品质量等方面较发达国家有很大的差距。在 七八十年代有不少企业引进的先进的拉丝设备，然而多数的拉丝机还是普通的滑 轮式拉丝机为主，仍然达不到性能先进的要求。二十世纪末，我国的拉丝机设备 有了很大的发展，拉丝机的性能有了很大的提高。大部分都能满足国内的基本需 求，但仍很难跟上市场的快速扩大和国民经济的发展。与工业发达国家相比，在 工艺技术、机器性能、产品质量方面仍有较大差距。而且金属线材在机械制造行
2、 业中占有很重要的的地位，覆盖了生产生活的很多方面，目前我国的拉丝机行业 虽然有一定的规模而且发展迅速，但和一些工业发达国家相比还有一定的差距， 因此做此方面的设计，有助于加深对金属线材制造行业的认识和最新发展情况， 了解拉丝机实在际生产生活中的作用，增加自己的实践知识正确认识国内外的差 距所在等方面有着许多重要的意义1.2 设计中的拉丝机概述此次毕业设计的对象具体属于水箱式拉丝机，水箱拉丝机采用液体降温、润 滑，相比于干丝拉丝机总压缩率高，生产效率高，拉拔钢丝时冷却条件好，没有 时效脆化现象，而且水箱拉丝机价格便宜，维修方便，费用少，在金属制品行业 细丝拉拔工序 应用广泛。以在毕业实习中的所
3、接触到的水箱拉丝机位设计原型 （如图1所示），并参考JCJXB24水箱拉丝机（如图2所示）的结构性能，来 进行水箱拉丝机的设计。设计的主要内容为拉丝机的主体设计，包括拉丝机传动 机构拉丝机构，进线机构和收线机构进行描述性的设计，而考虑到自身的专业， 拉丝机的电器控制部分不再毕业设计的范围内。I图1实习工厂内的拉丝机图2 JCJXB24型水箱拉丝机2 拉丝机方案的确定2.1 水箱拉丝机的主要设计要求最大进线直径：2.0mm最小出线直径：0.8mm最大线速 600m/min机械减面率 12.27%主机功率 7.5KW拉丝道次为142.2 拉丝机的功能和结构分析1.拉丝机的功能分析经整体分析拉丝机的
4、主要功能可分为：送线功能、拉拔功能、收线功能。其 中送线功能里面还包括一个矫直功能用来矫直即将进入拉拔模的钢丝。拉拔功能 里面还包括对拉拔模的润滑、降温功能。收线空能里又包括一个排线功能，使经 拉拔后的钢丝均匀的缠绕在收线卷筒上。功能分解图如图 3 所示：拉丝机矫直润滑、降温排线图 3 拉丝机功能分解图2.拉丝机的结构分析及确定所设计的拉丝机为水箱式拉丝机，起拉拔作用的有拉拔模、拉丝塔伦，起传 动作用的是电动机，电动机通过皮带传动，将动力传动到主传动轴，然后主传动 轴通过齿轮传动，分别传递给主动拉丝塔轮，主动拉丝塔轮则再经过带传动传递 给被动拉丝塔伦，在主被动拉丝塔轮的配合下，将钢丝拉过个拉拔
5、模，完成整个 拉丝过程。所以该拉丝机的主要结构有:送线机构、模盒、拉丝机支架（箱体）、 拉丝卷筒、主体减速箱、排线机构、收线机构等。2.3 拉丝机拉拔部分的设计2.3.1 拉丝机工作原理为了更好的理解拉丝机工作原理,有必要了解一些基本的概念.首先了解拉 模,如图一所示,拉模的结构!形状尺寸.表面质量和材质,对制品的质量,产量,能 耗以及成本等有很大的影响。模孔分成下面几个入口区。模孔最宽截面大的部分,通过入口区,坯料易于进 入模孔,润滑剂易于送入工作区润滑区和工作区一被拉金属实现变形的部分,即 实现塑性变形的主要部分,并获得所需形状和尺寸定径区一被拉金属得到精确的 最终尺寸和形状的部分倒圆锥区
6、，防止了线材，棒材，管材表面上形成划道和擦 伤，出口区，防止被拉金属出模子时被损伤，擦伤，划伤的模孔部分。在拉拔过程中,拉模受到较大的摩擦,特别在拉线时,由于拉拔速度很高,工 具的磨损很快；因此,拉模的材料要求具有高硬度，高抗磨性和足够的强度,常用 的模具材料有金刚石，硬质合金，钢，铸铁和刚玉陶瓷。最后是拉拔力。坯料尖端受到拉拔作用后,其内部产生了应力,施加到坯料尖 端上引导坯料进入模孔的力叫做拉拔力,与制品在模子出口处的横截面之比称为 拉拔应力拉拔应力不能超过钢丝的强度极限,否则就要断丝。2.3.2 拉拔路线的确定钢丝生产,从线材到成品,要经过数次的拉拔,每次拉拔都需要一只拉丝模, 并按拉拔
7、顺序排好。这些模子的配置路线,就叫拉丝模路线（简称拉模路线）。制 订拉模路线,要根据总压缩率!部分压缩率和拉拔道次。2.3.3 总压缩率的确定总压缩率是指从毛坯到成品，总的压缩百分比,Q表示为钢丝拉拔前、后的截 面面积缩小的绝对量压缩量与拉拔前钢丝的截面面积之比,见公式（2-1）。由于截 面压缩量总是小于拉拔前钢丝的截面积,因此压缩率总是小于1,故压缩率的数 值常用百分比表示。2-1)(D)2兀-(9)2兀Q 二 2 D 2 xlOO% ()2兀2上述公式可以简化为下述公式,即Q 二 D2-d2 x100%D2-2)式中Q总压缩率D进线直径d出线直径2.3.2 部分压缩率的确定部分压缩率及道次
8、压缩率,是指在总压缩不变的情况下,拉拔的道次和压缩 量的大小。也就是上下相邻的两只模子直径压缩的百分比。通常以ql, q2, q3 qn来表示，计算公式与总压缩率相似。d 2 -d 2q =+ 一 x100%n d 2n-l（2-3）式中qn第n道次的部分压缩率dn-1第n-1道次的直径dn第n道次的直径部分压缩率的大小对产量!断头率和钢丝的性能等，都有影响。一般中、高碳 钢丝的部分压缩率范围为1030%。具体确定，要考虑以下一些因素：（1）线材的含碳量这是最主要的因素，含碳量越高，变形越困难，因此其部 分压缩率应偏小。（2）制品的机械性能部分压缩率的大小，对高强度钢遨则影响很大。部分 压缩率
9、过大，会加速钢丝的硬化，而使其塑性下降，变形不均匀，尤其在扭转试验 时容易产生裂纹因此拉拔高强度钢丝时，一般均采用偏低的部分压缩率。（3）拉拔速度。为了使低碳钢丝高速拉拔时减少断头，应选择偏小的部分压 缩率。（4）金属的硬化。钢丝经过拉拔逐渐硬化，塑性不断下降，因此其部分压缩 率不能平均地配置。应该开始时偏大，以后逐渐递减。(5) 拉拔道次。第一道次拉拔,因线材有直径超公差和不圆正等因素,并为 了形成较厚的润滑膜,故应选择偏小的压缩率,以保证顺利拉拔。因此在具体分配 部分压缩率时,一般第一模应该偏小,第二模最大,然后再逐步减小。(6) 其它因素。线材夹杂多,扎制质量差,部分及总压缩率应偏小,以
10、减少断 头。钢丝的润滑和冷却条件不良时,部分压缩率亦应偏小。2.3.3 拉拔路线的确定 以压缩率为依据进行计算 根据总压缩率!部分压缩率和拉拔道次三者的关系可得到下式：(1-q )2 =1-Q平(2.4)式中q平一平均部分压缩率Q总压缩率n拉拔道次从公式(2-4)推导下面各式求拉拔道次：n= ig (1 - Q)n=ig(i- q平(2.5)求总压缩率：Q=1-(1-q ) n平(2.6) 求平均压缩率：q =1-n1-Q平匚(2.7) 根据上述部分压缩率的确定方法第一模小,第二模最大,以后逐模递减将已 求出的平按道次酌情增减,并令增减值的代数和等于零,然后按下式验证左右两 边是否相等,如有出
11、入略为调整即可。1-Q=(1-q )(1-q )(1-q )123(2.8)根据设计任务的要求，水箱拉丝机进线直径为2mm,出线直径为0.8mm，拉 丝道次为14，由式(2-2)计算总压缩率为：D2 -d222 -0.82Q 二 x100% 二x100% 二 84%D222（2.9）根据式（2-7），求平均部分压缩率为：q 平=1-琲KQ = Wl-0.84 = 12.27%根据第一模小,第二模最大,以后逐模递减将已求出的平按道次酌情增减的 原则，拉模路线入下表所示：表1拉模路线计算道次平均压缩率 （%）实际压缩率 （%）拉模直径 （mm）进线2.00112.27101.90212.27151
12、.75312.2714.61.62412.2714.21.50512.2713.81.39612.2713.41.29712.27131.21812.2712.61.13912.2712.21.061012.2711.80.991112.2711.40.931212.2710.60.881312.279.80.841412.2790.80根据式(2-8)验算拉模路线：1-Q = (1-q )(i-q )(i-q )(i-q )1 2 3 n右边等于：(1-q )(1-q )(1-q )(1-q )=12314(l-10%)(1-15%)(1-14.6%)(1-9%)=0.1602左边等于：1-
13、84%=0.16两边近似相等，拉模路线适合。2.4 拉拔力、转速及负载力矩的确定在进行滑轮式拉丝机设计之前,除了有必要确定拉模路线之外,还要计算出 拉拔力、转速及其负载力矩。精确地确定钢丝的拉拔力,对设计和改进滑轮式拉 丝机提供必要的设计参数,为下面的设计工作提供依据。2.4.1 拉拔力的确定计算拉拔力的方法和公式较多,由于很多公式考虑的因素和条件不同,计算 出来的数据差别较大,所以要确定拉拔力为了计算拉拔力,国内外学者提出了很多公式,主要是因为影响拉拔力的因 素很多而且复杂,又为了简化计算,只能把某些影响因素假设为不变,故而提出了 很多公式来计算拉拔力。计算拉拔力的理论公式都是从按塑性度形理
14、论按变形区 静力平衡条件或按断面变化的功能条件导出。在通常的设计中,经常忽略一些影响因数,而采用较为简便的经验公式进行 设计!计算,例如,拉拔力的计算可用克拉西里希柯夫公式计算,或用一个简易公 式进行估算：I d 2 d 2F =0.6d 2ni- X cn(2.10)n-1 d 2n-1b平F=0.6SCnnb平(2.11)式中Fn第道次拉拔力(N)ob平 线材的平均抗拉强度（N/mm2）改进后表达式为：, I d 2 d 2F =d 2n1n C Knn 1nbn1(2.12)对于圆形碳素钢丝。b可由的屠林科夫公式计算:Cnbd(n1 )0.5( n1)bd2.13)查钢丝强度手册，2mm钢丝强度为1470MPa。根据（2-12）和（2-13）,其中K 取经验值 0.7，计算出各直径钢丝强度和拉拔力表：表 2 抗拉强度和拉拔力表道次线径 (mm)强度 (MPa)拉力(N)进线2.00147011.901508659.3021.751571813.9631.621633756.7641.501697727.0351.391763695.9361.291830663.2971.211890591.6381.131
