3000T鋁型材擠壓線拉直機設計與應用

胡 升，蘇柱海，胡建國，藍恩輝

（廣亞鋁業(yè)有限公司，廣東 佛山528200）

伴隨著鋁型材在各個領域的應用越來越廣泛，對擠壓鋁合金型材質量提出了越來越嚴格的要求。因此，提高鋁合金型材制造工藝水平是工程師們迫切需要解決的問題[1]。

鋁型材的直線度是一項重要的技術指標。直線度不良主要是熱加工或熱處理時冷卻速度不均，收縮不一致造成的。因此，鋁型材的校直是提高其品質必不可少的工藝環(huán)節(jié)。在此條件下，本文針對產線產品特點，設計研制了鋁型材拉直機，重點分析其結構及技術特點。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

圖1所示為拉直機整體結構圖，主要由固定導軌、移動拉伸頭、旋轉頭、固定拉伸頭、拉伸桿、主拉伸油缸、液壓站等部件組成。

圖1 鋁型材拉直機

1.2 工作原理

拉直機作業(yè)時，移動拉伸頭與固定拉伸頭分別夾持住鋁型材兩端，固定拉伸頭通過插銷固定在導軌上。在液壓缸的作用下，移動拉伸頭向后移動，材料產生塑性變形，大小不一、長短不齊的組織在塑性拉伸后長度一致，卸掉加載拉力后，材料便以相近的變形量恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 拉直機設計要求

根據線體所生產鋁型材的大小、形狀，得到拉直機的設計要求如下：

（1）校直方式及拉力：機械拉伸，1.58*106 N。

（2）行走速度：30 m/min。

（3）工件夾持最大尺寸：高260 mm。

（4）液壓壓力：24 MPa±5%。

（5）最大型材拉直長度：45 m。

（6）旋轉頭轉速：10°/s。

（7）旋轉頭輸出扭曲：130 N·m

2 關鍵零部件設計

2.1 旋轉頭傳動系統的設計分析

在進行鋁型材的拉直之前，若鋁型材存在明顯的扭曲、彎曲問題，需要預先進行型材的扭轉，保證其相對平直。本方案采用渦輪蝸桿的傳動提供旋轉扭矩。根據拉直機旋轉頭的尺寸大小，選取渦輪、蝸桿、直齒輪的參數如表1所示。

表1 渦輪、蝸桿及齒輪參數表

則傳動比i=60/1=60，渦輪蝸桿中心距：a=1/2*（d1+d2）=1/2*（300+63）=181.5 mm

直齒輪中心距：a=1/2*（d1+d2）=1/2*（150+150）=150 mm。旋轉頭轉速為 10°/s，即 1/36圈，則蝸輪每秒鐘轉動的齒數為：60/36=1.7個，蝸桿的轉速為1.7圈/s（102圈/min）。蝸桿的輸出扭矩可表示為：

式中：T1為蝸桿的輸出扭矩，N·m；T2為蝸輪的輸出扭矩，N·m；i為傳動比；η 為總效率，取 0.7。

由（1）得出蝸桿輸出扭矩為3.09 N·m。因電機與蝸桿之間的傳動采用相同的直齒輪進行傳動，因此，電機的輸出扭矩也為3.09 N·m。綜合以上因素，選擇臺灣精工GH臥式三相電機，額定減速比為15，額定頻率為50 Hz，額定功率為0.75 kW，額定輸出轉數為100 r/min，額定輸出扭矩為6.8 N·m。見圖2。

圖2 旋轉頭傳動系統圖

2.2 夾鉗系統的設計分析

拉直機的型材的夾緊采用的是夾指式自鎖結構，在開始階段，氣缸需要給予一個初始的預壓力F預，隨著型材的拉動，夾指逆時針轉動，液壓缸F拉逐漸增大，作用點到軸心的距離逐漸增大，對型材的夾緊力也隨著增大。見圖3。

圖3 夾鉗系統結構圖

對夾指受力點O進行受力分析，對型材的拉力F拉可分解為對型材的壓力F壓及對夾指的徑向力F徑，經過可推算出夾指產生自鎖時，α的大小的公式為：

式中：夾指的擺角為α；型材與鉗夾指間摩擦系數為μ。見圖4。

圖4 夾指受力分析圖

從式1可得，夾指的擺角與夾指與型材的摩擦系數μ有關，α越大，自鎖性就越好，但也會對夾鉗系統產生較大的沖擊力。鋁型材與夾指之間的摩擦系數按照鋁與鋼的摩擦，取μ=0.3[2]，代入式（1）得出α≥59°。為了減小α，將夾指與鋁型材的接觸面加工為鋸齒狀，使得摩擦系數μ趨于1，代入式（1）得出α≥27°。因此，當夾指擺動角度大于27°后，夾鉗系統產生自鎖。

3 現場的應用

通過對其他裝置如型材的提升裝置、送料裝置等進行設計，使得拉直機在功能上更加完善，并將其轉化為了現場實際應用的產品。圖5為移動拉伸頭的現場實物圖。

圖5 移動拉伸頭實物圖

鋁型材經擠壓、淬火后，型材出現扭曲、彎曲（如圖6所示），使用自行設計開發(fā)的拉直機拉直后，型材的直線度顯著提高，使得生產成品率顯著提升，增加了企業(yè)的生產效益。見圖7。

圖6 鋁型材拉直前

圖7 鋁型材拉直后

4 結束語

鋁型材拉直機有效地改善了型材的彎曲變形問題，并對整機結構、功能優(yōu)化改進，在整個生產工藝過程中，各個環(huán)節(jié)動作都是用了自動化的生產方式，不僅降低了工人了勞動強度，提高了生產效率，而且產品質量、成品合格率大幅度上升。