سیم کشی چیست و ماشین های کشش سیم چگونه کار می کنند

سیم کشی چیست؟

سیم کشی فرآیند کاهش میله یا سیم فلزی به قطر کمتر با کشیدن آن از طریق یک سری قالب های مخروطی تحت کشش است. نتیجه سیمی با تلورانس های ابعادی بیشتر، پوشش سطحی بهبود یافته و خواص مکانیکی افزایش یافته در مقایسه با میله اصلی است. این فرآیند سرد کاری برای تولید سیم برق مسی، کابل فولادی، هادی های آلومینیومی، فنرهای فولادی ضد زنگ و محصولات بی شمار دیگری که در صنایع ساختمانی، خودروسازی، الکترونیک و مخابرات استفاده می شود، اساسی است.

از نظر عملی، میله فولادی با قطر 6.5 میلی متر می تواند از طریق گذرهای متوالی تا 0.10 میلی متر کشیده شود و به کاهش سطح کل بیش از 99٪ دست یابد. این فرآیند به این دلیل کار می‌کند که فلز انعطاف‌پذیر است – هنگامی که با زاویه و سرعت کنترل‌شده از درون قالب کشیده می‌شود، بدون شکستگی تغییر شکل می‌دهد.

نحوه گام به گام فرآیند کشیدن سیم کار می کند

فرآیند کشیدن سیم از یک توالی کاملاً تعریف شده پیروی می کند که استوک میله خام را با مشخصات دقیق به سیم تمام شده تبدیل می کند:

1. آماده سازی میله: میله ورودی (معمولاً 5.5 تا 13 میلی متر) با ترشی اسید یا رسوب زدایی مکانیکی تمیز می شود تا رسوب آسیاب و اکسیدهایی که به قالب ها آسیب می رسانند پاک شود.
2. اشاره کردن: یک انتهای میله مخروطی (نیز) است، بنابراین می توان آن را از طریق قالب اول عبور داد و توسط بلوک کششی آن را گرفت.
3. روغن کاری: سیم از یک جعبه روان کننده (پودر صابون خشک، امولسیون روغن یا روان کننده مرطوب) عبور می کند تا اصطکاک و سایش قالب را کاهش دهد.
4. طراحی قالب: سیم از طریق یک قالب سخت کشیده می شود - معمولاً کاربید تنگستن برای اندازه های سنگین و الماس پلی کریستالی (PCD) برای سیم ریز - که سطح مقطع را 10 تا 30٪ در هر عبور کاهش می دهد.
5. بازپخت متوسط (در صورت نیاز): پس از کار سرد قابل توجه، سیم در یک کوره (600-900 درجه سانتیگراد برای فولاد) نرم می شود تا قبل از کشیدن بیشتر، شکل پذیری را بازیابی کند.
6. قرقره کردن: سیم تمام شده روی سیم پیچ ها یا قرقره ها با کشش کنترل شده برای حمل و نقل یا پردازش پایین دست پیچیده می شود.

هر پاس کاری فلز را سخت می کند و استحکام کششی را افزایش می دهد. به عنوان مثال، سیم فولادی با کربن بالا که تا 2 میلی متر کشیده شده است، می تواند به مقاومت کششی برسد 1800-2200 مگاپاسکال - بسیار بالاتر از 600-900 مگاپاسکال میله نورد گرم اصلی.

ماشین کشش سیم چیست؟

دستگاه سیم کشی تجهیزات صنعتی است که فرآیند کشش را مکانیزه و خودکار می کند و سیم را از طریق یک یا چند قالب با سرعت کنترل شده با استفاده از کاپستان های موتوردار یا بلوک های کشش می کشد. ماشین‌های مدرن طیفی از بلوک‌های گاو نر یک‌جانبه که برای شکستن میله‌های سنگین استفاده می‌شوند تا ماشین‌های کشش سیم ریز پیوسته 25 دای که قادر به تولید سیم نازک‌تر از موی انسان در سرعت‌های بیش از 3000 متر در دقیقه هستند، هستند.

ماشین‌های سیم کشی بر اساس مواد (فولاد، مس، آلومینیوم)، محدوده قطر سیم، تعداد پاس‌های کشش (مرده)، و پیکربندی درایو طبقه‌بندی می‌شوند. انتخاب نوع ماشین مناسب مستقیماً بهره وری، کیفیت سیم و مصرف انرژی را تعیین می کند.

انواع اصلی ماشین های سیم کشی

برنامه های مختلف به پیکربندی های مختلف ماشین نیاز دارند. جدول زیر رایج ترین انواع را خلاصه می کند:

ماشین های ترسیم خشک در مقابل مرطوب

روش روانکاری ماشین ها را به دو خانواده اصلی تقسیم می کند. ماشین های کشش خشک از روان کننده های پودری (صابون، آهک، بوراکس) استفاده کنید و برای سیم فولادی تا حدود 0.5 میلی متر استاندارد هستند. ماشین های ترسیم مرطوب هم قالب ها و هم کاپستان ها را در یک امولسیون روغن-آب غوطه ور کنید و امکان کشیدن سیم ریز و فوق العاده ظریف را با سرعت های بسیار بالا با خنک کننده و عمر قالب عالی فراهم می کند.

اجزای اصلی یک ماشین کشش سیمی

درک آناتومی دستگاه به اپراتورها کمک می کند مشکلات را عیب یابی کرده و عملکرد را بهینه کنند:

• ترسیم قالب: ابزار اصلی - یک نوک (کاربید تنگستن یا الماس PCD) که در یک پوشش فولادی نصب شده است. هندسه قالب (زاویه رویکرد معمولاً 6-15 درجه، طول یاتاقان) کیفیت تغییر شکل و عمر قالب را تعیین می کند.
• رسم capstan/block: یک درام چرخان که برای کشیدن سیم از درون قالب کشش اعمال می کند. قطر و پرداخت سطح بر روی سیم پیچی و لغزش تأثیر می گذارد.
• جایگاه پرداخت: قرقره تغذیه را نگه می دارد و کنترل می کند، کشش پشتی صحیح را حفظ می کند تا از ریزش سیم پیچ یا پیچ خوردن سیم در هنگام ورود جلوگیری کند.
• سیستم روغن کاری: جعبه های قالب برای ماشین های خشک یا مخزن امولسیون چرخشی با فیلتراسیون برای ماشین های مرطوب. روان کننده های آلوده باعث عیوب سطحی و شکستگی سیم می شوند.
• برداشت / اسپولر: بادها با کشش کنترل شده، سیم را روی بوبین ها یا سیم پیچ ها می فرستند. پیمایش دقیق سیم پیچ یکنواخت لایه را تضمین می کند.
• سیستم درایو: درایوهای فرکانس متغیر AC (VFD) امکان کنترل دقیق سرعت کاپستان و همگام‌سازی سرعت را در چندین بلوک ترسیمی فراهم می‌کنند که برای جلوگیری از شکستگی سیم بسیار مهم است.
• سیستم خنک کننده: کاپستان ها یا نگهدارنده های قالب که با آب خنک می شوند گرمای ایجاد شده در اثر تغییر شکل و اصطکاک را دفع می کنند و از خواص سیم و هندسه قالب محافظت می کنند.

طراحی قالب سیم کشی و کاهش مساحت

قالب حیاتی ترین ماده مصرفی در سیم کشی است. هندسه آن راندمان تغییر شکل، کیفیت سطح و خواص مکانیکی سیم را کنترل می کند.

مناطق مرگ

یک قالب رسم استاندارد چهار ناحیه مجزا دارد:

• منطقه ورودی/زنگ: سیم را بدون تماس تیز به داخل قالب هدایت می کند.
• منطقه رویکرد/کاهش: سطح زاویه دار (معمولاً 2α = 12-24 درجه مجموع شامل زاویه برای فولاد) که در آن کاهش قطر واقعی رخ می دهد.
• منطقه باربری/زمینی: یک بخش موازی کوتاه که سیم را به قطر نهایی اندازه می دهد و گرد بودن را بهبود می بخشد. طول معمولی 25-35٪ قطر خروجی است.
• منطقه امداد خروج/پشت: از ایجاد سیم در هنگام خروج جلوگیری می کند و حذف فیلم روانکاری را تسهیل می کند.

کاهش مساحت در هر گذر

کاهش مساحت (r) به صورت زیر محاسبه می شود: r = (A₀ - A1) / A0 × 100% ، که در آن A₀ مقطع ورودی و A1 مقطع خروجی است. مقادیر معمولی عبارتند از:

• مس و آلومینیوم نرم: 20-35٪ در هر پاس
• فولاد کم کربن: 15-25٪ در هر پاس
• فولاد با کربن بالا یا ضد زنگ: 10-18٪ در هر پاس
• سیم بسیار ریز (فلزات گرانبها): 5-12٪ در هر پاس

کاهش بیش از حد در هر گذر، خطر نقص مرکز ترکیدگی و شکستن سیم را افزایش می دهد، به ویژه در مواد با کربن بالا.

سرعت و خروجی تولید ماشین کشش سیم

سرعت ماشین یکی از مهمترین پارامترهایی است که هم بر بهره وری و هم بر کیفیت سیم تأثیر می گذارد. سرعت کشش بسته به متریال و اندازه سیم بسیار متفاوت است:

ماشین‌های پرسرعت برای حفظ کیفیت ثابت به مواد روان‌کاری، خنک‌کننده و قالب‌های پیشرفته به نسبت پیشرفته نیاز دارند. افزایش سرعت فقط 20 درصد بدون خنک کننده کافی می تواند دمای قالب را 80 تا 120 درجه سانتی گراد افزایش دهد. ، سایش سریع تسریع می شود.

عیوب متداول سیم کشی و نحوه جلوگیری از آنها

حتی ماشین‌هایی که به خوبی نگهداری می‌شوند می‌توانند سیم معیوب تولید کنند اگر پارامترهای فرآیند تغییر کنند. تشخیص نقص باعث تسریع اقدامات اصلاحی می شود:

• شکستگی سیم: معمولاً به دلیل کاهش بیش از حد در هر پاس، قالب های فرسوده یا با اندازه نادرست، درزهای سطح در میله ورودی، یا روغن کاری ناکافی ایجاد می شود. نرخ شکست بیش از 1 شکست در هر تن نشانه یک مشکل سیستمیک است.
• تغییر قطر (بیضی): نتایج ناشی از فرسوده بودن ناحیه یاتاقان قالب، کشش ناهموار کاپستان، یا لرزش. سیم آهنربایی مسی با بیضی بالای 0.5 درصد باعث خرابی عایق در موتورها می شود.
• خراش و درزهای سطحی: ناشی از شکاف های قالب، روان کننده های آلوده یا زباله های موجود در جعبه قالب است. برای فولاد ضد زنگ و سیم درجه پزشکی بسیار مهم است.
• ترکیدن مرکز (شورون ترک می‌خورد): شکستگی های داخلی نامرئی بر روی سطح، ناشی از زوایای قالب بالا همراه با کاهش کم. به ویژه در سیم های رشته ای بتنی پیش تنیده خطرناک است.
• ترک خوردگی تنش پسماند: سرد کاری بیش از حد بدون بازپخت میانی، تنش های داخلی زیادی ایجاد می کند که باعث ایجاد ترک با تاخیر در سیم پیچ ها پس از کشیدن می شود.

موادی که معمولاً توسط ماشین های سیم کشی پردازش می شوند

ماشین‌های سیم کشی طیف وسیعی از فلزات را پردازش می‌کنند که هر کدام با چالش‌های متفاوتی روبرو هستند:

• فولاد کم کربن (≤0.10% C): برای میخ، توری، سیم خاردار و مهندسی عمومی استفاده می شود. شکل پذیری بالا باعث کاهش زیاد در هر پاس می شود.
• فولاد پر کربن (0.60-0.95% C): برای سیم فنر، مهره لاستیک، رشته کامپیوتر و طناب استفاده می شود. به کنترل دقیق ثبت اختراع (عملیات حرارتی) قبل از ترسیم برای دستیابی به ریزساختار مورد نیاز نیاز دارد.
• فولاد ضد زنگ: کار بسیار سریع سخت می شود. نیاز به بازپخت مکرر و روان کننده های تخصصی (روغن های کلردار یا پوشش اگزالات) دارد.
• مس و آلیاژهای مس: بیشترین حجم سیم غیر آهنی کشیده شده در سطح جهان. مس نرم برای کاهش متوسط ​​نیاز به بازپخت بین پاسی ندارد، اما برای حفظ رسانایی برای گریدهای الکتریکی باید آنیل شود.
• آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم: برای خطوط برق هوایی (هادی های AAC، AAAC، ACSR) و سیم ساختمان کشیده شده است. استحکام کم نیاز به زوایای قالب ملایم تر و کنترل کشش دقیق دارد.
• تنگستن و مولیبدن: طراحی شده برای رشته های لامپ و کاربردهای در دمای بالا. نیاز به کشیدن دمای بالا دارد و الماس می میرد.

انتخاب ماشین کشیدن سیم: عوامل کلیدی برای ارزیابی

خرید یا تعیین دستگاه سیم کشی بیش از محدوده قطر مطابقت دارد. این پارامترها را قبل از انجام به دقت ارزیابی کنید:

• حداکثر نیروی کششی (kN): باید از قدرت تسلیم سطح مقطع سیم در اولین خروجی قالب تجاوز کند. ماشین‌های کم‌اندازه سیم‌ها را می‌شکنند یا در زیر بار متوقف می‌شوند.
• تعداد پاس های نقاشی: پاس های بیشتر باعث می شود قطر نهایی ظریف تر و توزیع بهتر کار در هر قالب انجام شود، اما ردپای ماشین و هزینه سرمایه افزایش می یابد.
• نوع و کنترل درایو: درایوهای AC کنترل شده با VFD افزایش سرعت و همگام سازی نرمی را ارائه می دهند. سیستم‌های کلاچ لغزشی قدیمی‌تر مستعد ضربه‌های کششی هستند که سیم‌های ظریف را می‌شکنند.
• ظرفیت خنک کننده: بررسی کنید که خنک‌کننده کاپستان و خنک‌سازی روان‌کننده می‌توانند دما را در محدوده حداکثر سرعت تولید حفظ کنند.
• زمان تغییر قالب: در ماشین چند قالبی که سیم فولادی 3 میلی متری با سرعت 10 متر بر ثانیه تولید می کند، تغییر قالب 10 دقیقه ای تقریباً نشان دهنده 6000 متر تولید از دست رفته . نگهدارنده های قالب با تعویض سریع به طور قابل توجهی زمان خرابی را کاهش می دهند.
• اتوماسیون و نظارت: ماشین‌های مدرن از قطر سنج‌های لیزری، سنسورهای تنش و کنترل‌های PLC استفاده می‌کنند که شکستگی‌ها و جابه‌جایی پارامترها را در زمان واقعی تشخیص می‌دهند و نرخ ضایعات را 15 تا 30 درصد در مقایسه با ماشین‌های نظارت دستی کاهش می‌دهند.

سیم کشی در مقابل سایر فرآیندهای شکل دهی فلز

کشیدن سیم گاهی اوقات با فرآیندهای مرتبط اشتباه گرفته می شود. درک تفاوت ها زمانی که هر روش اعمال می شود روشن می شود:

• کشش سیم در مقابل اکستروژن: در اکستروژن، فلز از طریق یک قالب رانده می شود. در طراحی، کشیده می شود. طراحی دقت ابعادی بهتر و سخت شدن کار را ایجاد می کند. اکستروژن برای آلیاژهای غیر انعطاف پذیر و پروفیل های توخالی ترجیح داده می شود.
• کشیدن سیم در مقابل نورد: نورد از فشرده سازی بین رول ها استفاده می کند که برای محصولات تخت و میله های بزرگ مناسب است. طراحی برای سیم های گرد زیر حدود 8 میلی متر ترجیح داده می شود که در آن محفظه قالب گردی دقیق را تضمین می کند.
• کشیدن سیم در مقابل تاب دادن: Swaging از ضربات چکش شعاعی برای کاهش قطر استفاده می کند که برای محصولات مخروطی یا مواد حساس به تنش کششی در طول کشش قالب ترجیح داده می شود.

برای تولید سیم های بلند با تحمل قطر محکم (0.005± میلی متر قابل دستیابی بر روی مس ریز)، کشیدن سیم از طریق قالب های پیش رونده کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین روش شکل دهی سرد موجود است.