EnO prezentare practică, bazată pe formule, pentru ingineri, manageri de atelier și cumpărători care trebuie să dimensioneze viteza capstanului, să prezică producția și să înțeleagă ce anume determină rata de producție pe o linie de trefilare.
Metoda de bază pentru calcularea vitezei mașinii de trefilare a sârmei este formula vitezei de suprafață a capstanului. Pentru orice cabestan sau bobină de preluare, viteza liniară a firului este egală cu circumferința capstanului înmulțită cu viteza sa de rotație în rotații pe minut.
Unde V este viteza firului în metri pe minut, D este diametrul cabestanului în metri și N este viteza de rotație a cabestanului în rotații pe minut. Deoarece firul devine mai subțire și mai lung pe măsură ce trece prin fiecare matriță, viteza la fiecare stație de tragere este diferită, iar viteza reală de finisare trebuie calculată utilizând regula de conservare a volumului descrisă în secțiunea a treia de mai jos.
Mașină de trefilat viteza este unul dintre cele mai greșit înțelese numere de pe un etaj de producție. Operatorii citează adesea o singură cifră, cum ar fi 800 de metri pe minut, fără a specifica ce etapă a mașinii îi aparține acel număr. În realitate, o mașină de trefilare cu mai multe matrițe funcționează cu o viteză liniară diferită la fiecare cabestan, deoarece secțiunea transversală a firului se micșorează la fiecare trecere, în timp ce volumul de metal care se deplasează prin linie pe unitate de timp rămâne constant. Acest ghid descompune calculul pas cu pas, oferă exemple lucrate cu numere reale, explică factorii mecanici care limitează viteza realizabilă și, de asemenea, răspunde la câteva întrebări strâns legate despre mașinile de bobinat, echipamentele de sudură din plasă de sârmă și mașinile de bobinat textile, care apar adesea în aceeași conversație de cumpărare sau de inginerie.
Ce acoperă acest ghid
- Ce este o mașină de trefilare
- Formula Core Speed
- Exemplu lucrat pas cu pas
- Factoruli care schimbă viteza lumii reale
- Graficul vitezei de referință în funcție de diametrul firului
- Diametrul capstanului și RPM motorului
- Greșeli frecvente de calcul
- Ghidarea vitezei după tipul de metal
- Optimizarea vitezei de ieșire
- Întrebări legate de utilaje
- Alegerea unui furnizor de mașini
Ce este o mașină de trefilare
Înainte ca calculul vitezei să aibă sens, vă ajută să răspundeți la o întrebare mai elementară pe care mulți nou-veniți în industrie o caută direct: ce este o mașină de trefilat. O mașină de trefilare este o piesă de echipament de formare a metalului care reduce diametrul unei tije sau sârme metalice trăgând-o printr-o serie de matrițe cu deschideri progresiv mai mici. Metalul nu este tăiat sau îndepărtat, este întins și comprimat, astfel încât aria secțiunii transversale devine mai mică, în timp ce lungimea devine proporțional mai lungă. Acesta este motivul pentru care trefilarea este descrisă mai degrabă ca un proces de formare la rece decât ca un proces de prelucrare.
O mașină de trefilare tipică este construită în jurul câtorva componente de bază: un suport de plată care ține tija de intrare sau sârmă grosieră, o serie de matrițe de tragere montate în cutii de matriță, un set de capstane (numite și blocuri sau blocuri de taur) care trag sârma prin fiecare matriță și stochează bucla de sârmă necesară pentru controlul tensiunii, un sistem de lubrifiere și răcire care preia unitatea de sârmă care finisează unitatea de sârmă și un bazin de sârmă. Mașinile sunt, în general, clasificate ca bloc unic, bloc multiplu sau linie dreaptă și pot fi construite pentru trefilare uscată sau udă, în funcție de dacă lubrifiantul este aplicat sub formă de pulbere sau ca baie lichidă.
Motivul pentru care calculul vitezei contează atât de mult pe acest tip de echipament este că fiecare cabestan din lanț trebuie să ruleze la o viteză de rotație ușor diferită. Dacă viteza la orice cabestan este greșită în raport cu vecinii săi, firul fie se va slăbi, ceea ce provoacă înfășurare și încurcare, fie va fi supratensionat, ceea ce face ca firul să se întindă, să se subțieze neuniform sau să se rupă. Obținerea relației de viteză pe întreaga mașină este cea mai importantă sarcină de configurare pentru orice operator de trefilare.
Formula de bază pentru calcularea vitezei mașinii de trefilare
Există într-adevăr două straturi la acest calcul. Primul strat este viteza mecanică a unui singur cabestan, care este o geometrie simplă. Al doilea strat este relația de viteză dintre cabestane, care se bazează pe conservarea volumului, numită uneori regula volumului constant.
1 Viteza de suprafață cu un singur cabestan
Fiecare cabestan trage sârmă la o viteză liniară egală cu viteza de suprafață, deoarece sârma este înfășurată strâns în jurul lui, fără alunecare în condiții normale de funcționare. Formula este:
V este viteza liniară a cablului care părăsește acel cabestan, D este diametrul efectiv al cabestanului măsurat până la centrul învelișurilor de sârmă și N este viteza de rotație a cabestanului în rotații pe minut. Pi este de aproximativ 3,1416.
2 Volum constant între trecerile de desen
Pe măsură ce firul trece printr-o matriță, aria secțiunii sale transversale scade, dar volumul de metal care se mișcă prin linie pe secundă nu se poate schimba, deoarece metalul nu este nici creat și nici distrus în acest proces. Aceasta oferă relația de volum constant între oricare două treceri consecutive:
A1 și V1 sunt aria secțiunii transversale și viteza înainte de o matriță dată, A2 și V2 sunt aria și viteza după acea matriță. Deoarece aria secțiunii transversale a firului rotund este proporțională cu pătratul diametrului, aceasta poate fi rescrisă în termeni de diametru:
Aceasta este formula care explică de ce ultimul cabestan de pe o mașină de trefilat cu mai multe blocuri se învârte întotdeauna dramatic mai repede decât primul. Un fir care începe de la 3,0 milimetri și se termină la 1,0 milimetru are secțiunea transversală redusă cu un factor de nouă, astfel încât viteza de ieșire este de nouă ori mai mare decât viteza de intrare, chiar dacă aceeași lungime de sârmă finită este produsă pe minut ca picioarele de tijă brută consumate, odată ce luați în considerare alungirea totală.
3 Rata de ieșire de la viteză
Odată ce viteza de finisare este cunoscută, transformarea acesteia într-o rată de producție este simplă folosind masa liniară a sârmei:
Greutatea liniară depinde de diametrul sârmei și de densitatea metalului trasat. Pentru sârmă de cupru, greutatea liniară în kilograme pe metru este aproximativ aria secțiunii transversale în milimetri pătrați înmulțită cu 0,0089. Pentru sârmă de oțel, multiplicatorul este aproape de 0,00785.
Exemplu lucrat pas cu pas
Cea mai clară modalitate de a înțelege cum să calculați viteza mașinii de trefilare a sârmei este să lucrați printr-un exemplu realist de la tija brută la bobina finită.
Definiți condițiile de intrare și de ieșire
Să presupunem că o mașină de trefilare a sârmei de cupru ia tijă cu un diametru de 2,6 milimetri și cabanul final trage sârmă finită cu un diametru de 0,8 milimetri. Diametrul primului cabestan este de 0,32 metri și se rotește cu 45 de rotații pe minut.
Calculați viteza de intrare la primul cabestan
V1 = pi x 0,32 x 45 = aproximativ 45,2 metri pe minut. Aceasta este viteza cu care tija este trasă prin primul zar.
Aplicați regula volumului constant la diametrul final
V2 = V1 x (2,6 / 0,8) pătrat = 45,2 x 10,56 = aproximativ 477 metri pe minut. Aceasta este viteza de ieșire teoretică la ultimul zar dacă întreaga reducere a avut loc într-o singură trecere.
Verificați geometria ultimului cabestan față de acea țintă
Dacă diametrul final al capstanului este de 0,22 metri, viteza de rotație necesară este N = V2 / (pi x D) = 477 / (pi x 0,22) = aproximativ 690 de rotații pe minut. Acest lucru îi spune operatorului ce setare a motorului și a cutiei de viteze are nevoie de ultimul bloc pentru a se potrivi cu linia.
Convertiți la o rată de ieșire
La un diametru de 0,8 milimetri, aria secțiunii transversale este de aproximativ 0,503 milimetri pătrați, dând o greutate liniară de aproximativ 0,00448 kilograme pe metru pentru cupru. Ieșire = 477 x 60 x 0,00448 = aproximativ 128 de kilograme pe oră de la această mașină de trefilare unică.
Notă practică. Mașinile reale rareori ating exact viteza teoretică a unei singure treceri, deoarece factorii de alunecare între unu și trei procente sunt normali la cabestanele intermediare pentru a menține tensiunea corectă a spatelui și fiecare matriță introduce, de asemenea, o mică pierdere de tensiune pe care un setter calificat o compensează cu viteză puțin mai mare pe blocurile ulterioare.
Factori care afectează viteza de trage din lumea reală
Formulele de mai sus descriu cazul ideal. Într-un atelier real, mai mulți factori mecanici și materiale împing viteza realizabilă în sus sau în jos de la acel număr teoretic.
Program de reducere a matrițelor
O reducere superficială pe matriță permite o viteză mai mare cu un risc mai mic de rupere. Un program de reducere agresiv forțează o viteză mai mică pentru a controla căldura și stresul în fir.
Calitatea lubrifierii
Ungerea slabă crește frecarea și uzura matriței, ceea ce limitează viteza maximă de siguranță. Mașinile de desenat umed pot funcționa în general mai repede decât mașinile de desenat uscat pe același material.
Ductilitatea materialului
Metalele moi, foarte ductile, cum ar fi cuprul recoacet și aluminiul, tolerează viteze de tragere mai mari decât aliajele mai dure, cum ar fi oțelul inoxidabil sau sârma de oțel cu conținut ridicat de carbon.
Evaluare motor și cutie de viteze
Puterea instalată a motorului și raportul cutiei de viteze stabilesc un plafon dur pentru viteza de rotație a capstanului, indiferent de ceea ce sugerează formula teoretică că este posibil.
Capacitatea de racire
Desenarea generează căldură prin frecare și deformare. Dacă răcirea nu poate ține pasul cu viteza, sârma și matrițele se supraîncălzesc, ceea ce scurtează durata de viață a matriței și poate schimba structura cerealelor.
Starea matriței și alinierea
Matricele uzate sau nealiniate cresc rezistența și vibrațiile, forțând operatorii să reducă viteza pentru a evita defectele suprafeței sau ruperea firelor.
| Factor | Efect asupra vitezei realizabile | Ajustare tipică |
|---|---|---|
| Reducere pe zar | Reducerea mai mare scade viteza de siguranță | Mențineți reducerea aproape de 15 până la 22 la sută pe trecere pentru majoritatea metalelor |
| Tip de lubrifiant | Lubrifiantul lichid suportă viteze mai mari decât săpunul uscat | Treceți la tragere umedă peste aproximativ 400 de metri pe minut |
| Duritatea firului | Aliajele mai dure necesită viteză mai mică și mai multe treceri | Adăugați recoacere intermediară pentru oțel dur sau sârmă inoxidabilă |
| Uzura matriței | Motoarele uzate cresc riscul de frecare și defect | Inspectați și rotiți matrițele pe un program fix pe oră |
| Răcire caban | Răcirea slabă forțează reducerea vitezei pentru a evita supraîncălzirea | Adăugați jachete de caban răcite cu apă pe liniile de mare viteză |
Graficul vitezei de referință în funcție de diametrul firului
Tabelul de mai jos oferă viteze tipice de finisare pentru mașinile de trefilare de cupru cu capacitate medie la diferite diametre finale ale sârmei. Acestea sunt cifre reprezentative ale atelierului, nu un substitut pentru viteza nominală de producător a unei anumite mașini.
Observați că viteza de finisare crește în general pe măsură ce diametrul țintă devine mai fin. Aceasta rezultă direct din formula de volum constant din secțiunea a doua, deoarece o secțiune transversală finală mai mică necesită o viteză liniară proporțional mai mare pentru a deplasa același volum de metal pe minut.
Cum interacționează diametrul capstanului și turația motorului
Deoarece V este egal cu pi ori D ori N, există întotdeauna două moduri de a atinge viteza liniei țintă: un cabestan mai mare care se rotește mai lent sau un cabestan mai mic care se rotește mai repede. Constructorii de mașini aleg diametrul capstanului pe baza limitelor de tensiune a firului și a spațiului pe podea, apoi dimensionează motorul de antrenare și cutia de viteze pentru a furniza intervalul de turații care se potrivește cu fereastra de viteză dorită.
Acest grafic prezintă patru diametre diferite de cabestan configurate pentru a atinge aproximativ același interval de viteză de suprafață de 700 până la 900 de metri pe minut doar prin schimbarea RPM. Capstanele mai mari au nevoie proporțional de mai puține turații pe minut pentru a atinge aceeași viteză liniară, ceea ce reduce uzura și vibrațiile lagărelor, dar ocupă mai multă lungime a mașinii.
Sfat de design. Când un constructor de mașini mărește diametrul capstanului pentru a scădea RPM de funcționare pentru o anumită viteză țintă, nu uitați să recalculați fiecare diametru și RPM din aval folosind aceeași relație de volum constant, altfel echilibrul de tensiune dintre blocuri va fi greșit, chiar dacă viteza finală a liniei pare corectă pe hârtie.
Greșeli frecvente la calcularea vitezei mașinii de trefilare
Folosind diametrul exterior capstan
Măsurați întotdeauna la linia de pas a învelișurilor de sârmă, nu diametrul tamburului gol, sau viteza va fi constant prea mică.
Ignorarea uzurii matriței în timp
O matriță uzată trece firul cu un diametru puțin mai mare decât dimensiunea sa nominală, ceea ce modifică în liniște raportul de reducere și viteza reală de ieșire.
Uitând alocația de alunecare
Tratarea fiecărui cabestan ca alunecare zero duce la erori de tensiune, deoarece mașinile reale sunt de obicei setate cu o mică diferență de viteză planificată între blocuri.
Unități de amestecare
Diametrul în milimetri trebuie convertit în metri înainte de a fi utilizat în formula metri pe minut, un pas care este ușor de ratat sub presiunea timpului.
Ghidarea vitezei după tipul de metal
Diferitele metale au viteze de tragere maxime diferite, datorită modului în care lucrează, se întăresc și a căldurii pe care procesul o generează în ele.
| Metal | Interval tipic de viteză | Note |
|---|---|---|
| cupru | 300 până la 900 de metri pe minut | Ductilitate excelentă, suportă cele mai mari viteze de rutină |
| Aluminiu | 250 până la 800 de metri pe minut | Similar cu cuprul, dar mai sensibil la lustruire și căldură |
| Oțel cu conținut scăzut de carbon | 150 până la 500 de metri pe minut | Necesita recoacere intermediara mai frecventa la calibre fine |
| Oțel cu conținut ridicat de carbon | 80 până la 300 de metri pe minut | Sunt necesare treceri mai lente și control mai apropiat al temperaturii |
| Oțel inoxidabil | 60 până la 250 de metri pe minut | Rata mai mare de întărire prin lucru limitează viteza și reducerea pe matriță |
Optimizarea vitezei mașinii de trefilare pentru productivitate
Odată ce metoda de calcul este înțeleasă, scopul practic trece de la ce viteză este posibilă teoretic la ce viteză este sustenabilă pe parcursul unui schimb complet de producție. Câteva ajustări oferă în mod constant cele mai mari câștiguri fără noi echipamente de capital.
Echilibrați programul de reducere
Răspândiți reducerea totală în mod egal pe toate matrițele, în loc să faceți o tăietură grea devreme și tăieturi ușoare mai târziu, ceea ce permite fiecărui cabestan să se apropie de maximul practic.
Potriviți lubrifiantul cu viteza țintă
Trecerea de la lubrifierea cu săpun uscat la un lubrifiant lichid circulat cu filtrare adecvată este adesea singura schimbare care deblochează următorul nivel de viteză.
Păstrați inventarul de matrițe proaspăt
Un program structurat de înlocuire a matrițelor bazat pe lungimea trasă, mai degrabă decât pe timpul calendaristic, menține întreaga linie să ruleze la viteza nominală, în loc să încetinească în liniște pe măsură ce matrițele se uzează.
Verificați spațiul motorului înainte de a împinge viteza
Recalculați cuplul și puterea necesare la noua turație țintă înainte de a crește RPM, deoarece depășirea valorii nominale a motorului duce la declanșări neplăcute și la scurtarea duratei de viață a motorului.
Alegerea unui furnizor de mașini de bobinat și trefilare
Calcularea corectă a vitezei pe hârtie este utilă numai dacă mașina în sine este construită cu diametre precise de cabestan, un tren de transmisie evaluat corespunzător și unelte de matriță consistente. Acesta este motivul pentru care furnizorul din spatele echipamentului contează la fel de mult ca formula folosită pentru a-l dimensiona.
Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd.
Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd. furnizează mașini de trefilare, mașini de înfășurare a bobinelor și echipamente aferente de prelucrare a sârmei construite în jurul unei geometrii consistente a capstanului și a unor sisteme de antrenare fiabile, ceea ce face ca calculele vitezei din acest ghid să se traducă direct în rezultate previzibile în atelier. Echipa lor de ingineri sprijină clienții pe parcursul întregului proces de dimensionare, de la selectarea diametrului cabestanului și a capacității motorului până la potrivirea programelor de reducere a matrițelor la aliajul specific desenat.
Recomandări cheie
Calcularea vitezei mașinii de trefilare se reduce la două formule utilizate împreună: formula simplă a vitezei de suprafață V este egală cu pi ori D ori N pentru orice cabestan și regula volumului constant care leagă viteza și diametrul pe fiecare trecere a desenului pe linie. Odată ce aceste două relații sunt înțelese, dimensionarea unei noi mașini, diagnosticarea unei probleme de tensiune sau estimarea producției pentru o cota de producție devin toate aritmetice simple, mai degrabă decât presupuneri. Asociați calculul cu atenția la lubrifiere, starea matriței și înălțimea motorului, iar numerele teoretice din acest ghid vor corespunde îndeaproape cu ceea ce se întâmplă de fapt la nivelul fabricii.
