【正文】 1 前言 選題背景和意義 拉絲機(jī)在機(jī)械加工中有著廣泛的應(yīng)用， 拉絲機(jī)按其用途可分為金屬拉絲機(jī)準(zhǔn)件 和塑料拉絲機(jī) 以及 竹木拉絲機(jī)等。 我國拉絲機(jī)的發(fā)展可追溯到五六十年代，由于發(fā)展時(shí)間短暫，在機(jī)器性能，產(chǎn)品質(zhì)量等方面較發(fā)達(dá)國家有很大的差距。在七八十年代有不少企業(yè)引進(jìn)的先進(jìn)的拉絲設(shè)備，然而多數(shù)的拉絲機(jī)還是普通的滑輪式拉絲機(jī)為主，仍然達(dá)不到性能先進(jìn)的要求。二十世紀(jì)末，我國的拉絲機(jī)設(shè)備有了很大的發(fā)展，拉絲機(jī)的性能有了很大的提高。大部分都能滿足國內(nèi)的基本需求，但仍很難跟上市場的快速擴(kuò)大和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。與工業(yè)發(fā)達(dá)國家 相比，在工藝技術(shù)、機(jī)器性能、產(chǎn)品質(zhì)量方面仍有較大差距。而且金屬線材在機(jī)械制造行業(yè)中占有很重要的的地位，覆蓋了生產(chǎn)生活的很多方面，目前我國的拉絲機(jī)行業(yè)雖然有一定的規(guī)模而且發(fā)展迅速，但和一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，因此做此方面的設(shè)計(jì)，有助于加深對金屬線材制造行業(yè)的認(rèn)識(shí)和最新發(fā)展情況，了解拉絲機(jī)實(shí)在際生產(chǎn)生活中的作用，增加自己的實(shí)踐知識(shí)正確認(rèn)識(shí)國內(nèi)外的差距所在等方面有著許多重要的意義 設(shè)計(jì)中的拉絲機(jī)概述 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的對象具體屬于水箱式拉絲機(jī)，水箱拉絲機(jī)采用液體降溫、潤滑，相比于干絲拉絲機(jī)總壓縮率高 ，生產(chǎn)效率高，拉拔鋼絲時(shí)冷卻條件好，沒有時(shí)效脆化現(xiàn)象，而且水箱拉絲機(jī)價(jià)格便宜，維修方便，費(fèi)用少，在金屬制品行業(yè)細(xì)絲拉拔工序 應(yīng)用廣泛。以在畢業(yè)實(shí)習(xí)中的所接觸到的水箱拉絲機(jī)位設(shè)計(jì)原型（如圖 1 所示），并參考 JCJX— B24 水箱拉絲機(jī)（如圖 2 所示）的結(jié)構(gòu)性能，來進(jìn)行水箱拉絲機(jī)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為拉絲機(jī)的主體設(shè)計(jì)，包括拉絲機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拉絲機(jī)構(gòu)，進(jìn)線機(jī)構(gòu)和收線機(jī)構(gòu)進(jìn)行描述性的設(shè)計(jì)，而考慮到自身的專業(yè)，拉絲機(jī)的電器控制部分不再畢業(yè)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。 圖 1 實(shí)習(xí)工廠內(nèi)的拉絲機(jī) 圖 2 JCJX— B24型水箱拉絲機(jī) 2 拉絲機(jī)方案的確定 水箱拉絲機(jī)的主要設(shè)計(jì)要求 最大進(jìn)線直徑： 最小出線直徑： 最大線速 600m/min 機(jī)械減面率 % 主機(jī)功率 拉絲道次為 14 拉絲機(jī)的功能和結(jié)構(gòu)分析 經(jīng)整體分析拉絲機(jī)的主要功能可分為：送線功能、 拉拔功能、收線功能。其中送線功能里面還包括一個(gè)矯直功能用來矯直即將進(jìn)入拉拔模的鋼絲。拉拔功能里面還包括對拉拔模的潤滑、降溫功能。收線空能里又包括一個(gè)排線功能，使經(jīng)拉拔后的鋼絲均勻的纏繞在收線卷筒上。功能分解圖如圖 3所示： 圖 3 拉絲機(jī)功能分解圖 所設(shè)計(jì)的拉絲機(jī)為水箱式拉絲機(jī)，起拉拔作用的有拉拔模、拉絲塔倫，起傳動(dòng)作用的是電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)，將動(dòng)力傳動(dòng)到主傳動(dòng)軸，然后主傳動(dòng)軸通過齒輪傳動(dòng)，分別傳遞給主動(dòng)拉絲塔輪，主 動(dòng)拉絲塔輪則再經(jīng)過帶傳動(dòng)傳遞給被動(dòng)拉絲塔倫，在主被動(dòng)拉絲塔輪的配合下，將鋼絲拉過個(gè)拉拔模，完成整個(gè)拉絲過程。所以該拉絲機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有 :送線機(jī)構(gòu)、模盒、拉絲機(jī)支架（箱體）、拉絲卷筒、主體減速箱、排線機(jī)構(gòu)、收線機(jī)構(gòu)等。 拉絲機(jī)拉拔部分的設(shè)計(jì) 拉絲機(jī)工作原理 為了更好的理解拉絲機(jī)工作原理 ,有必要了解一些基本的概念 .首先了解拉模 ,如圖一所示 ,拉模的結(jié)構(gòu) !形狀尺寸 .表面質(zhì)量和材質(zhì) ,對制品的質(zhì)量 ,產(chǎn)量 ,能耗以及成本等有很大的影響。 ?？追殖上旅鎺讉€(gè)入口區(qū)。?？鬃顚捊孛娲蟮牟糠?,通過入口區(qū) ,坯料易于進(jìn)入 ?？?,潤滑劑易于送入工作區(qū)潤滑區(qū)和工作區(qū)一被拉金屬實(shí)現(xiàn)變形的部分 ,即實(shí)現(xiàn)塑性變形的主要部分 ,并獲得所需形狀和尺寸定徑區(qū)一被拉金屬得到精確的最終尺寸和形狀的部分倒圓錐區(qū)，防止了線材，棒材，管材表面上形成劃道和擦傷，出口區(qū)，防止被拉金屬出模子時(shí)被損傷，擦傷，劃傷的?？撞糠帧? 在拉拔過程中 ,拉模受到較大的摩擦 ,特別在拉線時(shí) ,由于拉拔速度很高 ,工具的磨損很快；因此 ,拉模的材料要求具有高硬度，高抗磨性和足夠的強(qiáng)度 ,常用的模具材料有金剛石，硬質(zhì)合金，鋼，鑄鐵和剛玉陶瓷。 拉絲機(jī) 送線 拉拔 收線 矯直 潤滑、降溫 排線 最后是拉拔力。坯料尖端受到拉拔作用后 ,其內(nèi)部產(chǎn)生 了應(yīng)力 ,施加到坯料尖端上引導(dǎo)坯料進(jìn)入模孔的力叫做拉拔力 ,與制品在模子出口處的橫截面之比稱為拉拔應(yīng)力 拉拔應(yīng)力不能超過鋼絲的強(qiáng)度極限 ,否則就要斷絲。 拉拔路線的確定 鋼絲生產(chǎn) ,從線材到成品 ,要經(jīng)過數(shù)次的拉拔 ,每次拉拔都需要一只拉絲模 ,并按拉拔順序排好。這些模子的配置路線 ,就叫拉絲模路線（簡稱拉模路線）。制訂拉模路線 ,要根據(jù)總壓縮率 !部分壓縮率和拉拔道次。 總壓縮率的確定 總壓縮率是指從毛坯到成品 ,總的壓縮百分比 ,Q表示為鋼絲拉拔前、后的截面面積縮小的絕對量壓縮量與拉拔前鋼絲的截面面積之比 ,見公式 (21)。由于截面壓縮量總是小于拉拔前鋼絲的截面積 ,因此壓縮率總是小于 1,故壓縮率的數(shù)值常用百分比表示。 （ 21） 上述公式可以簡化為下述公式 ,即 （ 22） 式中 Q— 總壓縮率 D— 進(jìn)線直徑 d— 出線直徑 部分壓縮率的確定 部分壓縮率及道次壓縮率 ,是指在總壓縮不變的情況下 ,拉拔的道次和壓縮量的大小。也就是上下相鄰的兩只模子直徑壓縮的百分比。通常以 q1， q2， q3… qn來表示 ,計(jì)算公式與總 壓縮率相似。 （ 23） 式中 qn— 第 n道次的部分壓縮率 dn1第 n1道次的直徑 222Dd( ) ( )22Q 10 0%D()2?????222D dQ 100%D??22n 1 nn 2n 1d dq 1 0 0 %d??dn第 n道次的直徑 部分壓縮率的大小對產(chǎn)量 !斷頭率和鋼絲的性能等 ,都有影響。一般中、高碳鋼絲的部分壓縮率范圍為 10~30%。具體確定 ,要考慮以下一些因素： （ 1）線材的含碳量 這是最主要的因素 ,含碳量越高 ,變形越困難 ,因此其部分壓縮率應(yīng)偏小。 （ 2）制品的機(jī)械性能 部分壓縮率的大小 ,對高強(qiáng)度鋼遨則影響很大。部分壓縮率過大 ,會(huì)加速鋼絲的硬化 ,而使其塑性下降 ,變形不均勻 ,尤其在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)容易產(chǎn)生裂紋 因此拉拔高強(qiáng)度鋼絲時(shí) ,一般均采用偏低的部分壓縮率。 （ 3）拉拔速度。為了使低碳鋼絲高速拉拔時(shí)減少斷頭 ,應(yīng)選擇偏小的部分壓縮率。 （ 4）金屬的硬化。鋼絲經(jīng)過拉拔逐漸硬化 ,塑性不斷下降 ,因此其部分壓縮率不能平均地配置。應(yīng)該開始時(shí)偏大 ,以后逐漸遞減。 （ 5）拉拔道次。第一道次拉拔 ,因線材有直徑超公差和不圓正等因素 ,并為了形成較厚的潤滑膜 ,故應(yīng)選擇偏小的壓縮率 ,以保證順利拉拔。因此在具體分配部分壓縮率時(shí) ,一般第一模應(yīng)該偏小 ,第二模最大 ,然后再逐步減小。 （ 6）其它因素。線材夾雜多 ,扎制質(zhì)量差 ,部分及總壓縮率應(yīng)偏小 ,以減少斷頭。鋼絲的潤滑和冷卻條件不良時(shí) ,部分壓縮率亦應(yīng)偏小。 拉拔路線的確定 以壓縮率為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算 根據(jù)總壓縮率 !部分壓縮率和拉拔道次三者的關(guān)系可得到下式： （ 1q平 ） 2 =1Q () 式中 q平 — 平均部分壓縮率 Q— 總壓縮率 n— 拉拔道次 從公式 （ 24）推導(dǎo)下面各式 求拉拔道次： n=）平qQg ??1lg( )1(l () 求總壓縮率： Q=1（ 1q平 ） n () 求平均壓縮率： q平 =1n Q1 () 根據(jù)上述部分壓縮率的確定方法第一模小 ,第二模最大 ,以后逐模遞減將已求出的平按道次酌情增減 ,并令增減值的代數(shù)和等于零 ,然后按下式驗(yàn)證左右兩邊是否相等 ,如有出入略為調(diào)整即可。 1Q=(1q1 )(1q2 )(1q3 )…… () 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，水箱拉絲機(jī)進(jìn)線直徑為 2mm，出線直徑為 ，拉絲道次為 14，由式（ 22）計(jì)算總壓縮率為： () 根據(jù)式（ 27），求平均部分壓縮率為： 根據(jù)第一模小 ,第二模最大 ,以后逐模遞減將已求出的平按道次酌情增減的原則，拉模路線入下表所示： 表 1 拉模路線 計(jì)算道次 平均壓縮率 （ %） 實(shí)際壓縮率 （ %） 拉模直徑 （ mm） 進(jìn)線 1 10 2 15 3 4 5 6 7 13 8 9 10 11 12 13 14 9 根據(jù)式（ 28）驗(yàn)算拉模路線： 右邊等于： 1414q 1 1 Q 1 1 0. 84 12 .2 7%? ? ?平2 2 2 222D d 2 0 .8Q 1 0 0 % 1 0 0 % 8 4 %D2? ? ? ? ?1 2 3 n1 Q ( 1 q ) ( 1 q ) ( 1 q ) ( 1 q )? … 左邊等于： 184%= 兩邊近似相等，拉模路線適合。 拉拔力、轉(zhuǎn)速及負(fù)載力矩的確定 在進(jìn)行滑輪式拉絲機(jī)設(shè)計(jì)之前 ,除了有必要確定拉模路線之外 ,還要計(jì)算出拉拔力、轉(zhuǎn)速及其負(fù)載力矩。精確地確定鋼絲的拉拔力 ,對設(shè)計(jì)和改進(jìn)滑輪式拉絲機(jī)提供必要的設(shè)計(jì)參數(shù) ,為下面的設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。 拉拔力的確定 計(jì)算拉拔力的方法和公式較多 ,由 于很多公式考慮的因素和條件不同 ,計(jì)算出來的數(shù)據(jù)差別較大 ,所以要確定拉拔力 為了計(jì)算拉拔力 ,國內(nèi)外學(xué)者提出了很多公式 ,主要是因?yàn)橛绊懤瘟Φ囊蛩睾芏喽覐?fù)雜 ,又為了簡化計(jì)算 ,只能把某些影響因素假設(shè)為不變 ,故而提出了很多公式來計(jì)算拉拔力。計(jì)算拉拔力的理論公式都是從按塑性度形理論按變形區(qū)靜力平衡條件或按斷面變化的功能條件導(dǎo)出。 在通常的設(shè)計(jì)中 ,經(jīng)常忽略一些影響因數(shù) ,而采用較為簡便的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì) !計(jì)算 ,例如 ,拉拔力的計(jì)算可用克拉西里?？路蚬接?jì)算 ,或用一個(gè)簡易公式進(jìn)行估算： Fn = 1?n2 122 1?? ?nnnd dd 平b? () Fn = 平b? () 式中 Fn— 第道次拉拔力（ N） σ b平 — 線材的平均抗拉強(qiáng)度（ N/mm2） 改進(jìn)后表達(dá)式為： Fn =d21?n2 122 1?? ?nnnd dd nb? K () 對于圓形碳素鋼絲σ b可由的屠林科夫公式計(jì)算： )1( )(nnbnnb dd ??? ?? （ ） 1 2 3 1 4( 1 q ) ( 1 q ) ( 1 q ) ( 1 q ) =( 1 1 5 % ) ( 1 1 4 . 6 % ) ( 1 9 % ) = 0 . 1 6 0 2…（ 110% ） …查 鋼絲強(qiáng)度手冊， 2mm 鋼絲強(qiáng)度為 1470MPa。根據(jù)（ 212）和（ 213），其中 K 取經(jīng)驗(yàn)值 ，計(jì)算出各直徑鋼絲強(qiáng)度和拉拔力表： 表 2 抗拉強(qiáng)度和拉拔力表 道次 線徑 （ mm） 強(qiáng)度 (MPa) 拉力 (N) 進(jìn)線 1470 1 1508 2 1571 3 1633 4 1697 5 1763 6 1830 7 1890 8 1956 9 2022 10 2089 11 2156 12 2216 13 2268 14 2324 拉拔速度的確定 根據(jù)拉拔過程中 ,通過各道次的金屬秒流量必須相等的關(guān)系 ,有 (214) 式中 n1S — 第 n1 道次被拉金屬出模處截面積 (mm2) n1? — 第 n1道次被拉金屬出模速度（ m/s） nS — 第 n道次被拉金屬出模處截