铜扁线拉丝生产中清洗装置的设计

胡淑兰， 王志勇， 李雄壮

（保定天威电力线材有限公司，河北保定071051）

铜扁线拉丝生产中清洗装置的设计

胡淑兰， 王志勇， 李雄壮

（保定天威电力线材有限公司，河北保定071051）

利用高压水射流技术瞬间产生高温高压的特点，设计出一种针对铜扁线拉丝生产中产生的粉尘及油污的专用清洗装置。对清洗装置进行了整体设计，包括储水箱的设计、水泵的选择、高压水柱发生器的设计和喷嘴的选择等。

铜扁线；拉丝；清洗装置；设计

0 引 言

铜扁线是制造电机、变压器绕组等大型电力设备不可缺少的导电材料，拉丝是铜扁线生产的一种加工工艺。在生产过程中，由于机械变形以及铜导体与模具之间的摩擦会不断产生细微的铜粉尘，虽然拉丝过程中所使用的润滑剂有不断冲洗模孔、清除铜粉尘的作用，能够去除部分铜粉尘，但拉丝成品表面仍有铜粉尘残留及润滑油污。现阶段铜扁线是由拉丝机拉出所需导体后直接收线完成生产的，残留的铜粉尘及油污附着在导体表面，给产品质量带来了极大隐患，特别是对产品的电气性能及附着性（如果用于漆包线涂漆）等性能指标影响严重；另一方面由于导线的温度较高及导线的抖动，会使部分铜粉尘悬浮在空中，对环境造成严重危害，铜粉尘如果被大量吸入人体，会引起铜中毒，威胁职工的身体健康。

1 拉丝生产工艺

拉丝工艺是一种金属压力加工过程，在外力作用下使金属强行通过模具，金属发生塑性变形，横截面积被压缩、长度增加，并获得所要求的横截面形状和尺寸的加工方法。在原拉丝机后加装导体清洗装置，导体经清洗、擦净后收线完成生产，改进后的铜扁线拉丝生产工艺流程如图1所示。

图1 拉丝生产工艺流程

2 铜扁线清洗装置的组成及原理

2.1 清洗装置的设计依据

因为拉丝成型后的扁线温度较高，附着的铜粉和油污不易清除，同时在清洗的过程中不能对铜扁线的材质和表面质量造成污染，所以结合科学、经济、环保的设计理念，利用高压水射流技术瞬间产生高温高压的特点［1］，设计出一种用于铜扁线拉丝生产中的清洗装置。

清洗装置是通过高压泵对水完成一个吸、排过程，将一定量的水输送到高压管路，使其以很大的能量到达高压喷嘴，经过喷嘴孔加速凝聚的水形成射流的形式。射流打击在铜扁线上时，一方面破坏铜粉、油污与铜扁线表面之间的吸附，另一方面能使油污层疲劳破坏而被剥离。本装置利用高温、高压水射流冲洗铜扁线，当冲击力大于铜粉（油污）与铜扁线之间的附着力时，高压水射流就会将铜粉、油污冲走，从而达到清洗的目的。

2.2 清洗装置的组成及原理

清洗装置由多功能储水箱、调速阀、耐高温高压多级泵、高压水柱发生器、压力表、闸阀等组成，其结构原理如图2所示。

图2 清洗装置结构原理示意图

工作时，多功能储水箱中80～90℃的蒸馏水通过多级高压泵打入高压水柱发生器外腔体，在外腔体内受压力作用通过喷嘴内打入内腔体，在内腔体形成14 MPa的高压水柱，高温高压水柱对导体进行冲刷，表面附着的油污及铜粉被冲洗掉。回水经过回水管流回多功能储水箱，经过滤后循环使用。导线经冲洗后，表面附着的水通过吹气装置吹落在回水槽，导体吹干后再经擦线装置擦拭后在收线机完成收线。

3 清洗装置设计的几个关键问题

3.1 洗线器工艺参数的选择

高压清洗装置工作时，压力越高，对元件的性能和装置密封性的要求也就越高，相应地其制造成本会提高。如果压力过高，当射流喷到清洗对象表面之后，也很有可能导致水花四溅，抵消水压的作用，还会使水雾化，降低清洗效率。经多次对铜导体表面粉尘及污垢的反复清洗试验，发现当水温在80～90℃，喷嘴压力约为14 MPa时清洗效果比较明显。

为节约能源，系统采用蒸馏水循环使用。为保证喷嘴压力，选用功率为1.5 kW的轻型立式多级泵做为高压驱动泵。

3.2 多功能储水箱的设计

储水箱采用不锈钢材料，因起车时清洗水温较低，为保证对产品的清洗效果，水箱内设有加热装置。因采用循环蒸馏水清洗，故在水箱的内部回水管处设有过滤装置，用于铜粉的过滤和收集。

3.3 高压水柱发生器的设计

清洗装置的设计，其关键在于高压水柱发生器（如图3所示）。腔体选用耐高温高压不锈钢管，由于导线在内腔体经过清洗后速度较快，为防止有较多水带出，故在清洗装置内腔体的两端过线孔处加装锥形水堵，同时为防止导体吹干时将水雾吹出过线孔，在过线套四周加装带有一定角度管路的吹干装置，将带出的水雾通过气流吹回管内。

图3 高压水柱发生器

喷淋清洗作为一种有代表性的清洗技术，结合铜扁线的形状和清洗要求，要求喷嘴具有耐高温、高压、抗冲击振动、不易堵塞等特点，图4为几种喷嘴的基本形状［2］。

图4 不同形状的喷嘴

圆锥状喷嘴是应用最广泛的一种，喷出的清洗液以圆锥面形式向四周展开，适宜于平面状工件的清洗，可以用于铜扁线的清洗。扇形喷嘴是在喷嘴顶端形成一个窄缝，使清洗液呈扇形展开，适宜清洗平面状工件，另外，扇形喷嘴在喷射气体时也有很好的吹干效果，因为它可以把清洗对象表面的残留液体吹尽。扇形喷嘴俗称气刀式喷射［3］，因此也适用于扁导体表面的清洗。棒状喷嘴适用于细小通孔的清洗。放射状喷嘴在喷嘴球面上有许多细孔，使清洗液呈放射状喷射出，也称喷雾淋洗，在清洗大工件的内表面时具有较好的清洗效果。

综合考虑各种喷嘴的特点和安装要求，以及铜扁线表面的清洗要求，选用应用最为广泛的圆锥状喷嘴，均设在铜扁线的上下两面，在吹气装置处选用扇型喷嘴，从而进一步保证清洗吹干效果。

4 结束语

该装置已在实际生产中应用，实践证明该装置能对拉丝导体起到良好的清洗效果，解决了拉丝生产过程中铜扁线表面残留铜粉和油污的问题，有效提高了产品的电气性能和附着性（如果用于漆包线涂漆）等技术指标，进一步提高了产品质量。

［1］ 薛胜雄，黄汪平，陈正文，等.高压水射流技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［2］ 王秀军.轴承成品清洗工艺及清洗装置研究［D］.大连：大连理工大学，2005：26-27.

［3］ 张剑波，孙良欣，胡建信，等.清洗技术基础教程［M］.北京：中国环境科学出版社，2004.

Design of the Cleaning Equipment of Flat Copper W ires in Draw ing Process

HU Shu-lan，WANG Zhi-yong，LIXiong-zhuang
（Baoding Tianwei Electric Wire Co.，Ltd.，Baoding 071051，China）

Using the distinctive features that the high pressurewater jet technology instantly generate high temperature and high pressure，design of special cleaning device for dustand oil in copper flatwire drawing process.The cleaning device is designed，including the design of a water storage tank，the choice of pump，high pressure water generator design，the choice of nozzles etc.

flat copper wire；wire drawing；cleaning equipment；design

TM205.2

A

1672-6901（2014）03-0042-03

2013-10-23

胡淑兰（1974-）女，工程师.

作者地址：河北保定市高开区创业路111号［071051］.