第４６卷 第６期金 属 制 品２０２０年１２月 Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ６ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｅｃｅｍｂｅｒ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０６．００３
赵海凤， 张远庆， 谭振宇， 于毫勇
（北京铁科首钢轨道技术股份有限公司， 北京 １０２２０６）
摘要：检测钢丝连续拉拔过程中的拉拔力需要使用压力传感器，但现有的模盒结构无法满足要求，因此对模盒进行了改进，设计出一种实际拉拔力检测装置。基圆 １０．０ｍｍ螺旋肋钢丝的拉拔，通过设计３种不同的拉拔方案并检测各道次的拉拔力，对该装置有效性及准确性进行评价。根据检测结果得出该装置可准确有效检测拉拔力，同时得出了拉丝速度在３０～７０ｍ／ｍｉｎ时，高速拉拔力的检测结果略低于低速拉拔力的；比较每道次拉拔力及成品性能，拉拔方案ＳＹ０１是３个方案中最优的。 硅钢片密度
关键词：螺旋肋钢丝；拉拔力；拉拔速度；道次压缩率
中图分类号：ＴＧ３５６．４６ 文献标识码：Ａ
Ｔｅｓｔｏｆｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｉｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｃｏｌｄｄｒａｗｉｎｇ
ＺｈａｏＨａｉｆｅｎｇ，ＺｈａｎｇＹｕａｎｑｉｎｇ，ＴａｎＺｈｅｎｙｕ，ＹｕＨａｏｙｏｎｇ
（ＢｅｉｊｉｎｇＴｉｅｋｅＳｈｏｕｇａｎｇＲａｉｌｗａｙ ＴｅｃｈＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔｅｓｔｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｂｕｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｄｉｅｂｏｘｃｏｕｌｄｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｏｔｈｅｄｉｅｂｏｘｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄａｄｅｖｉｃｅｆｏｒａｃｔｕａｌｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｄｒａｗｉｎｇｏｆｄｉａｍｅｔｅｒ１０．０ｍｍｓｐｉｒａｌｒｉｂｂｅｄｓｔｅｅｌｗｉｒｅ，ｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒａｗｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｅａｃｈｐａｓｓｗａｓｔｅｓｔｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔ硬质合金加工
ｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ａｃ ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｅｔｅｃｔｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｗｈｅｎｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓ３０～７０ｍ／ｍｉｎ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅ．ＤｒａｗｉｎｇｓｃｈｅｍｅＳＹ０１ｉｓｔｈｅｂｅｓｔｏｆｔｈｒｅｅｓｃｈｅｍｅｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅａｃｈｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｒｉｂｓｔｅｅｌｗｉｒｅ；ｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄ；ｐａｓｓｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒａｔｉｏ
对钢丝在拉拔过程中拉拔力的研究，主要为有限元分析［１］、理论计算［２］、通过拉拔电机的功率计算拉拔力［３］等方式，通过这些手段研究了影响拉拔力的因素。在这些研究手段中不可避免地都对拉拔力套用公式，公式中盘条与模具的摩擦因数按固定值计算。
１ 拉拔力检测装置
实际拉拔过程中，盘条表面处理的效果、拉丝润滑粉的润滑效果、拉拔产生热量对润滑效果的影响都是无法定量计算的，因此在做工艺对比试验时就需要一种检测装置，可以检测盘条拉拔时实际产生的
拉拔力并直观显示出来。对原有模盒机构进行改进，在模盒中引入压力传感器，使模具传递的压力能够全部施加在传感器上，改进后的模盒结构示意图如图１所示。该结构已经申请了实用新型专利，专利号为２０１９２２１４８１４２．３
。
１—盘条；２—压紧套；３—腔体隔板；４—第一模垫；５—盖板；
６—喷水嘴；７—隔套；８—第二模垫；９—压力传感器；
１０—通槽；１１—拉拔模具；１２—回水口；１３—密封圈；
止水针头
１４—模具腔；１５—通孔；１６—通道；１７—润滑粉腔；
１８—模盒；１９—穿线孔
图１ 改进后的模盒结构示意图
Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｄｉｅｂｏｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
金 属 制 品第４６卷
模盒的结构：右侧的模垫过盈配合安装在模盒上，传感器与模垫螺栓连接，传感器前端配有隔套，隔套与模具贴合面安装有密封圈；左侧的模垫与模盒螺栓连接，压紧套与模垫螺纹连接，压紧套与模具贴合面安装有密封圈。通过压紧套与模垫的螺纹旋紧配合对拉丝模具施加压力。喷水嘴对准拉丝模具，冷却水从喷水嘴喷出，对模具冷却，冷却水从模盒底部回水口流出。拉丝润滑粉充满模盒润滑粉腔及压紧套喇叭口处，盘条从润滑粉中穿过，润滑粉附着在盘条上起润滑作用，盘条通过拉拔模具直径由大变小。
模盒的测力原理：安装模具时，拉丝模具通过压紧套压紧在隔套上，结构安装后，压力传感器连接的
显示器上显示初始力值Ｆ
０
；盘条开始拉拔时，模具承受的拉拔力通过隔套传递到传感器上，传感器连
接的显示器上显示力值Ｆ
１
，Ｆ
１
即为拉拔力。
基于 １０．０ｍｍ螺旋肋钢丝的拉拔，设计３种不同的拉拔方案检测各道次的拉拔力，对该装置有效性及准确性进行评价。
２ 拉拔方案的选择
试验用原材料为 １５ｍｍ的８２Ｂ热轧盘条，其化学成分见表１，力学性能见表２，盘条经酸洗、磷化、皂化处理后进行拉拔。
表１ ８２Ｂ盘条化学成分涤绒
Ｔａｂｌｅ１ Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ８２Ｂｗｉｒｅｒｏｄｗ／％
ＣＳｉＭｎＰＳＣｒＣｕＮｉＶ０．８００．２００．７３０．０１８０．０１１０．３３０．０１０．０１０．０６
表２ ８２Ｂ盘条力学性能
Ｔａｂｌｅ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ８２Ｂｗｉｒｅｒｏｄ
抗拉强度／
ＭＰａ断后伸长率
Ａ
１００
／％
断面收缩率
Ｚ／％
总脱碳层
深度／ｍｍ
１２６１１１．０４２０．０８
３种拉丝方案相对应的试验编号为ＳＹ０１、ＳＹ０２、ＳＹ０３，３种拉丝方案见表３。分别用检测装置检测３种方案３０ｍ／ｍｉｎ运行时及７０ｍ／ｍｉｎ运行时的拉拔力。
表３ 拉丝方案
Ｔａｂｌｅ３ Ｓｃｈｅｍｅｓｏｆｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇ
盘条拉拔ＳＹ０１ＳＹ０２ＳＹ０３
圆模拉拔第１道ＳＹ０１－１ＳＹ０２－１ＳＹ０３－１第２道ＳＹ０１－２ＳＹ０２－２ＳＹ０３－２第３道ＳＹ０１－３ＳＹ０２－３ＳＹ０３－３第４道ＳＹ０１－４ＳＹ０２－４ＳＹ０３－４第５道ＳＹ０１－５ＳＹ０２－５－机械挖孔桩
螺旋成型拉拔第６道ＳＹ０１－６ＳＹ０２－６ＳＹ０３－５
注：ＳＹ０１－５、ＳＹ０２－５及ＳＹ０３－４模具尺寸相同；３种方案螺旋成型拉拔道次模具尺寸相同；ＳＹ０１的５道圆模拉拔道次压缩率均匀，ＳＹ０２－２道次压缩率在圆模拉拔道次中最大；３种方案的稳定化处理温度相同。
３ 拉拔力检测及分析
分别记录盘条在３０ｍ／ｍｉｎ及７０ｍ／ｍｉｎ稳定运行时的拉拔力，３种方案的拉拔力检测结果如图２所示。
分析图２可得以下２点。（１）道次压缩率相同的情况下，拉拔力随直径的减小而下降。图２（ａ）中显示ＳＹ０１第一道次至第五道次道次压缩率基本相同，其拉拔力随直径的减小而降低。（２）３０～７０ｍ／ｍｉｎ拉丝速度范围内，各道次拉拔力均为低速度下的值高于高速度下的对应值，但差值很小，这与文献［４］中提到的拉拔速度对拉拔力的影响规律一致。
将拉拔力结果进行相同速度不同方案的对比分析如图３所示。
分析图３可得出以下结论。（１）在道次直径相同的条件下，道次拉拔力的大小与道次压缩率成正比。ＳＹ０２的道次压缩率第１道次最小、第２道次最大，因此，其第１道次拉拔力小于ＳＹ０１和ＳＹ０３、第２道次拉拔力大于ＳＹ０１和ＳＹ０３；同样的，３种方案倒数第２道次的直径均相同，该道次的道次压缩率由小到大依次为ＳＹ０２、ＳＹ０１、ＳＹ０３，拉拔力由小到大依次为ＳＹ０２、ＳＹ０１、ＳＹ０３。（２）在拉拔力随着拉拔道次逐渐减小的情况下，增加拉拔道次，拉拔力降低。ＳＹ０１、ＳＹ０３圆模的拉拔力均依次逐渐减小，ＳＹ０３较ＳＹ０１少１道圆模拉拔，因此ＳＹ０３的圆模拉拔力均大于相应道次的ＳＹ０１的拉拔力。（３）拉拔前后尺寸一致，则拉拔力相同。３种拉丝方案最后１道次模具尺寸一致，倒数第２道次模具尺寸一致，因而最后１道螺旋成型拉拔的拉拔力也基本相同。
·
０１·
第６期赵海凤，等：
钢丝拉拔过程中拉拔力检测
ａ）ＳＹ０１
每道次拉拔力
ｂ）ＳＹ０２
每道次拉拔力
ｃ）ＳＹ０３每道次拉拔力
图２ ３种方案不同拉拔速度下每道次的拉拔力Ｆｉｇ．２ Ｅａｃｈｐａｓｓｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｒｅｅｓｃｈｅｍｅ
ｓ
ａ）３０ｍ／ｍｉｎ
速度
ｂ）７０ｍ／ｍｉｎ速度
图３ ３种方案不同拉拔速度每道次的拉拔力对比Ｆｉｇ．３ Ｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅａｃｈｐａｓｓｕｎｄｅｒ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｒｅｅｓｃｈｅｍｅｓ
４ 成品性能
成品的性能包括拉伸力学性能、反复弯曲性能、松弛性能、氢脆敏感性应力腐蚀性能，这些性能均需符合ＧＢ／Ｔ５２２３《预应力混凝土用钢丝》及Ｑ／
ＣＲ５６７—２０１７《高速铁路ＣＲＴＳⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》中的相关要求，钢丝成品拉伸性能及反复弯曲性能检测结果见表４，钢丝成品松弛性能及应力腐蚀性能检测结果见表５。
表４ 钢丝成品拉伸性能及反复弯曲性能检测结果
Ｔａｂｌｅ４ Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｒｅｐｅａｔｅｄｂｅｎｄｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
检验项目最大力Ｆｍ／ｋＮ抗拉强度Ｒｍ／ＭＰａ屈服强度Ｒｐ０．２／ＭＰａ断裂伸长率Ａ１００／％最大力下总伸长率Ａｇｔ
／％弹性模量Ｅ／ＧＰａ反复弯曲次数技术指标１２３．３１～１３９．０２
≥１５７０≥１４２０≥６．０≥３．５２０５±１０≥４ＳＹ０１１３１．３３１６７０１５６０６．０４．０２０１６１２９．６４１６５０１５３０６．０４．５２０２５ＳＹ０２１２９．５７１６５０１５３０６．０３．５１９８６１３１．５１１６７０１５６０６．０３．５１９７８ＳＹ０３
１３０．８１１６７０１５６０６．０３．５２０２６１３１．０６
１６７０
１５６０
６．５
４．０
２０５
８
·
１１·
金 属 制 品
第４６卷
表５ 钢丝成品松弛性能及应力腐蚀性能检测结果
Ｔａｂｌｅ５ Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｒｅｌａｘａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ检验项目松弛性能试验（初始应力７０％Ｒｍ）
氢脆敏感性应力腐蚀性能（初始负荷８６．３２ｋＮ）技术指标１０００ｈ应力松弛≤２．５％
断裂时间最小值≥２．０ｈ，断裂时间中位值平均≥５．０ｈ。ＳＹ０１１．５１％断裂时间分别为：７．５、８．０、９．９、１９．３、７．９、１０．０ｈ；断裂时间中位值９
．０ｈ。ＳＹ０２１．５５％断裂时间分别为：４．２、５．７、８．０、２０．２、６．４、７．８ｈ；断裂时间中位值７．１ｈ。
自动折边机ＳＹ０３
１．７１％
断裂时间分别为：５．８、６．４、６．４、２８．６、１０．２、１６．４ｈ；断裂时间中位值８
．３ｈ。 从检验结果可以看出，ＳＹ０１、ＳＹ０２、ＳＹ０３成品均具有良好的力学性能；松弛性能均符合标准要求，其中ＳＹ０１松弛率最低；三者氢脆敏感性应力腐蚀试验结果均符合要求，其中ＳＹ０１的结果较其他两者都好，ＳＹ０１的样品抗氢脆敏感性应力腐蚀性能更优。５ 结论
本检测装置可以直观有效地检测出拉丝时每道次的拉拔力，为工艺试验提供了有效的检测工具，拉丝速度在３
０～７０ｍ／ｍｉｎ时，高速的拉拔力略低于低速的拉拔力。拉拔方案ＳＹ０１中，盘条受到的拉拔力平稳，且每道次受力较ＳＹ０３小，更有利于控制生产质量；成品性能各方面综合比较，ＳＹ０１性能最优，因此得出ＳＹ０１拉拔方案最优。
参考文献
［１］ 杨祖建，王开坤，杨艳．基于Ｄｅｆｏｒｍ和响应曲面法的钢
丝拉拔工艺优化［Ｊ］．精密成型工程，２０１９，１１（２）：９－１６．
［２］ 肖东平．钢丝拉拔速度对拉拔力的影响因素分析［Ｊ］．
金属制品，１９９６，２２（６）：２７－３０．
［３］ 廖强华，谢永宏．水箱拉丝机配模工艺研究［Ｊ］．机械
制造，２０１８（１０）：８７－９０．
［４］ 邓小民，谢玲玲．金属挤压与拉拔工程学［Ｍ］．合肥：
合肥工业大学出版社，２０１３．
（收稿日期：２０２０－０８－１０）
作者简介
赵海凤 １
９８２年生，北京铁科首钢轨道技术股份有限公司工程师。
张远庆 １９７８年生，北京铁科首钢轨道技术股份有限公司
高级工程师。
谭振宇 １９８３年生，北京铁科首钢轨道技术股份有限公司
工程师。
于毫勇 １９８２年生，北京铁科首钢轨道技术股份有限公司
高级工程师櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢櫢
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《金属制品》征稿启事
《金属制品》创刊于１９７２年，是我国金属制品行业专业科技类学术期刊，是国家新闻出版广电总局第一批认定的学术期刊，中国期刊方阵“双百期刊”，河南省自然科学一级期刊、“二十佳期刊”，多次获得国家、河南省、全国冶金系统优秀科技期刊奖。国际刊号ＩＳＳＮ１００３—４２２６，国内刊号ＣＮ４１—１１４５／ＴＧ。期刊被中国期刊全文数据库、中国核心期刊（遴选）数据库、中文科技期刊数据库等多家数据库收录。本刊为双月刊。
［征稿内容］ 《金属制品》按照ＧＢ／Ｔ４７５４—２０１７《国民经济行业分类》规定的金属制
品业的内容进行报道，主要设置以下栏目：综述、生产工艺技术研究、金属表面处理及热处理加工、产品开发、设备研制与应用、原辅材料生产与应用、标准与检测、弹簧材料与工程、实践与经验、用户论坛与市场、节能·降耗·环保、企业管理、技术讲座、国外金属制品、国内外信息、争鸣研讨园地、简讯、人物专栏等栏目。
［注意事项］ 本刊已加入《中国期刊全文数据库》、《万方数据库》、《中文科技期刊数据库》等，已许可中国知网、北京万方数据、重庆维普以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。本刊支付作者的稿酬已包含著作权使用费及其他所有费用，所有署名作者向本刊提交文章发表之行为视为同意上述声明。如有异议，请在投稿时说明，本刊将按作者说明处理。
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