钨丝“烧青”设备的设计与制作

施娟娟，顾伟

（江苏省启东中等专业学校，江苏南通，226220）

1 传统钨丝“烧青”设备

通过对钨丝企业的调研，发现现在钨丝加工到“烧青”环节时，会使用电动机传到带动钨丝，使钨丝绕在排丝轴上。该钨丝抽丝机的生产自动化程度较高。但由于该设备的研制时间在20世纪90年代，所以该设备还存在着许多的不足，主要有以下几个方面不足地方：

（1）由于三相鼠笼式异步电动机的转速和电压有关，所以抽丝时，电动机的角速度恒定，随着钨丝绕在轴上的半径不断增大，钨线在“烧青”时，经过烧青炉时的速度会越来越快（如图1所示）。钨丝“烧青”炉中温度是恒定的，1150℃至1200℃，钨丝在“烧青”炉中需要加热15S左右，时间过短或过长，钨丝的韧性和钢性值会不一致。所以要求钨丝通过“烧青”炉中的时间恒定，否则会导致钨丝过韧或过钢，形成废品。

图1 高温“烧青”炉

（2）在一些小型的企业的传统“烧青”设备中，抽丝装置简单，没有自动化检测装置（如图2所示），当钨丝加工过程中出现钨丝断丝或者钨丝生产完成后，钨丝“烧青”设备不会停止工作或报警，需要生产工人现场操作，增加了劳动成本。

图2 传统钨丝“烧青”炉设备

（3）钨丝“烧青”炉设备的外壳和工作台是由铁管和铁板制成的，因此，在钨丝加工过程中，若通电导线在高温情况下，绝缘层破损发生漏电，容易发生安全事故。

2 钨丝“烧青”炉设备的设计

针对传统钨丝“烧青”抽丝机在生产中存在的功能不足和生产不方便，根据企业的要求，在功能上进行了重新设计。设计后的钨丝“烧青”炉设备，提高了钨丝生产的自动化程度，降低了钨丝生产过程中废品的产生，极大地提高了生产效率。图3所示改进后的钨丝“烧青”炉设备。

图3 改进后的钨丝“烧青”炉设备

现我从以下几个方面对钨丝“烧青”炉设备进行技术改进。

2.1 钨丝“烧青”炉设备操作台设计

因原来的设备的操作台由圆钢管和钢板焊接而成，现在操作台改为不锈钢框架，外面覆盖一层亚克力板。不锈钢金属框架具有较强的强度，而亚克力板的绝缘性能较好，也具有一定的耐磨性。这样的操作台，既美观，又结实，而且安全。原来裸露在外面的控制电路，现在放到箱体里面，这对于PLC等一些电气元件来说，可以防尘防振动。

2.2 钨丝“烧青”炉设备中抽丝电路的设计

根据前面对钨丝“烧青”炉设备中的抽丝机进行技术改进，设计了一个钨丝“烧青”炉设备的电路框架图，如图4所示。整个电路分为三大部分，用三菱FX3U-48MR型的PLC来控制。第一部分是控制恒速度装置。主要由测长（速）传感器组成。钨丝由抽丝同步电动机拉动，进入高温“烧青”炉进行高温“烧青”炉粹火处理，这个环节要控制钨丝在高温“烧青”炉中通过的时间恒定。所以通过测长（速）传感器检测钨丝的传动速度，把检测的传动速度反馈到PLC进行，形成负反馈的闭环控制系统。第二部分是钨丝卷绕装置。该部分由三菱E740变频器、三菱PLC和汇川步进电机组成。步进电机由PLC来控制传动速度。随着钨丝轴上的钨丝越绕越多时，钨丝轴的直径也会逐渐变大。所以钨丝传动的线速度也会加快，这个线速度由测长（速）传感器检测送到PLC，经PLC处理后，由PLC降低输送脉冲给步进电动机，从而降低步进电动机的转速，达到恒线速度的目的。第三部分是报警电路。由一个电子控制电路组成。电路通过钨丝形成一个闭合回路，当电路中有钨丝时，电路会正常工作，当钨丝断丝时或钨丝绕丝结束，电路检测不到钨丝，报警电路会发出报警信号，若无人处理，2分钟后会把信号送到PLC，由PLC停止整个电路。

图4 钨丝“烧青”炉设备的框架图

2.3 钨丝“烧青”炉设备排丝装置的设计

钨丝“烧青”炉设备中的排丝装置分为控制系统、排丝系统两个部分。

（1）控制系统设计

排丝系统是电路的核心部分，这个电路由一个步进电动机和两个24V的接近开关等电气元器件组成。原来的设备中排丝电动机我们采用55ZYT54型号的直流电动机，由SKZ-02型号的直流电机调速器来控制直流电动机的速度。但在生产中发现，直流电动机控制的正反转电路在运行时，容易受到外界的影响，如供电电压、负载大小等。因此，在钨丝“烧青”炉的排丝装置中，我们采用86BYG250H的步进电动机和MA860H的控制器来控制排丝系统。

（2）排丝系统设计

在设计排丝系统时，为了使钨丝均匀的绕在钨丝轴上，我们需要设计一个摆丝系统。因为摆丝系统把精度的要求不高，为了节省成本，我们使用一台单相的交流电机。交流电动机由调压器控制运行。把单相交流电动机和丝杆座固定在一起，当丝杆作正反转运行时，摆丝系统也会左右摆动，使钨丝均匀地绕在钨丝轴上。摆丝系统的正反转由两个接近开关来控制。在丝杆的两个限位处装在两个感应头，当感应头到达接近开关位置时，就会改变电路的正反转，从而会自动实现正反控制。电路中采用LJ12A系列三线常开NPN金属感应的接近开关。

导轮是控制钨丝运行方向的一个装置，设计不好会使得钨丝在排丝时，卷绕在钨丝轴上不均匀或重叠。原有的导轮是用一个金属的凹轮装在金属架上作为钨丝的导轮，好处是钨丝绕丝时在导轮中传动，但由于金属导轮比较硬，传动中容易被磨损。安装时导轮和金属架接触比较紧，当出现卷绕需要偏移一定的角度时，不够灵活，钨丝在传动时会有磨损，较细的钨丝容易断丝。为了使钨丝在摆丝时有一定的角度偏移，我们在电路中设计有导轮，钨丝摆丝通过导轮，能很好实现钨丝缠绕在钨丝轴上，而不会出现乱丝。设计导轮时，采用胶木材料，导轮安装在一个轴承上，能实现较好的旋转。为了防止导轮磨损钨丝和防止高温的钨丝损坏导轮，在导轮的中间加入高温石棉材料，这样，从“烧青”炉中出来的高温钨丝，不会对导轮造成损坏。

工作时，因不同规格的钨丝绕线时，绕丝的角度也不完全相同，所以绕线时偏转角度会有一定期微调。导轮角度可以自由偏转和人工调整。通过导轮架上的螺丝，来调节导轮的偏转角度。

2.4 钨丝“烧青”炉设备中报警装置的设计

钨丝“烧青”炉设备能对各种规格的钨丝进行“烧青”加工。在加工比较细的钨丝时，容易发生断丝故障。设计后的钨丝“烧青”过程，自动控制程度较高，没有工人现场操作，如发生钨丝断丝，设备不会报警，这样会影响生产效率。

在钨丝“烧青”炉设备上设计了一个断丝报警装置。在钨丝绕丝时，发生断丝故障，设备会自动报警，发出报警声音，若2分钟内无人操作设备，设备会自动停止生产。该电路利用钨丝“烧青”炉设备中加入一个获特不锈钢圆柱，利用其导电性能和铝盘、钨丝形成一个回路。钨丝通与断相当于一个开关，钨丝断丝时，这个回路就断开，此时把断丝信号传输到PLC，由PLC控制电路发出报警信号和切断电路的信号，从而实现电路的自动控制。

2.5 钨丝“烧青”炉设备的编程设计

PLC是整个电路的控制核心。根据整个电路工作需求，进行电路的功能编程设计。在电路中，先确定PLC的输入/输出地址分配表，再来设计输入/输出的PLC接线图，根据PLC的输入/输出地址分配表和接线图来编程。

3 钨丝同步抽丝机的安装

3.1 箱体材料的选用和制作

钨丝同步绕线机设计完成后，接下来就要对它进行安装。我选用40mm×40mm×3mm的角铁，焊接了一个120cm×70cm×65cm的长方体。再选用4mm厚的亚克力板做操作台面和箱体的面板。用钻头在亚克力板和角铁上打孔，用螺栓固定住。为了安装和维修方便，工作柜用对开门，对开门用30mm×30mm的方管焊成一个门框，再把亚克力板固定在上面，用铰链固定在操作台上。

3.2 排丝装置系统材料的选用和安装

排丝机构包括了一台排丝用的步进电动机和步进电动机支架、来回运动的滑块和滑块支架、丝杆、接近开关、导轮和导轮支架。

3.3 电动机的选择和安装

排丝装置的电动机选用了汉鼎电机厂生产的型号为57BYGH5601步进电动机。该种电机的基本步距角为1.8°/步，额定电流为3A。为了使得步进电动机能牢固地安装在操作台面上，用万能安装铝架做为电动机的安装支架。步进电动机的尺寸为55mm×55mm×54mm，万能安装铝架的尺寸为57mm×80mm×805mm。在万能铝块上用手枪钻打直径为φ8的孔，用内六角螺栓把电动机固定在支架上。

3.4 滑块和滑块支架材料的选择和安装

导轮的往返运动装置，采用丝杆顺时针和逆时针旋转来带动滑块作往返运动。滑块的尺寸为50mm×90mm×35mm，材料为铝。因为铝的质量比较轻，易加工。在滑块的中心位置钻有φ20的内螺纹，和丝杆形成螺纹传动。滑块下端两侧钻有φ20.6的孔，由两根直径为φ20的光滑不锈钢金属杆穿过，以保证滑块能用较小阻力滑动。不锈钢金属杆固定在整个排丝装置两端的万能铝块上。

3.5 丝杆材料的选用和安装

丝杆的材料和选用φ25的圆钢加工而成。因考虑到钨丝的线轴尺寸宽度为380mm，所以选择的丝杆长度为400mm，丝杆直径为φ20。为了使速度适合抽丝工作需要，做了多次实验，确定丝杆螺纹间距为2.4mm。丝杆穿过滑块的内螺纹孔，带动滑块作往返运动。丝杆一端固定在万能铝块上，可以作旋转运动，另一端和步进电动机的转轴固定在一起，由步进电动机带动丝杆作正反转运动。

排丝电路的调试整时，先调整接近开关的间距。由于钨丝绕线盘的宽度在400mm左右，所以两个接近开关的间距我也调整为400mm。接近开关安装时，是通过两个螺母固定在塑料片上，而接近开关上面的螺纹长度在50mm，接近开关间距我也可以通过调节整固定螺母来调整。

3.6 导轮材料的选用和安装

导轮有两个，一个是钨丝经测速传感器导轮过来的排丝导轮，另一个是绕丝盘的导轮。两个导轮通过固定支架用螺丝固定在滑块上，其上下角度可调整。经测速传感器导轮过来的排丝导轮由一个直径φ40塑料凹圆轮组成，凹圆轮中间为耐磨橡胶，槽深3mm，以保证钨丝卡在里面不会滑出。导轮装在金属螺杆上，由弹簧固定，保证在钨丝抽丝可以转动一定的角度。绕丝盘的导轮由两个φ40，厚3mm的圆铁盘组成。导轮中间是耐磨石棉，抽丝时，钨丝夹在耐磨石棉中间经过，由弹簧紧固在金属螺杆上，在抽丝时可以旋转一定的角度。两个导轮由可调节角度的金属片固定在滑块上。

导轮高度的调整。先调整发线盘导轮的高度。发线盘导轮的高度要根据发线盘的高度和报警接触装置的高度来调整。

3.7 接近开关的选用和安装

接近开关的型号有很多种，通过比较，选择了德力西型号为LJ12A3-4-2/EX的接近开关，是一个常开的接近开关。接近开关固定安装在万能铝块上端。在滑块上装有挡铁，当滑块靠近接近开关时，挡近距接近开关0.5cm后，接近开关工作。

3.8 抽丝电动机装置的选用和安装

（1）电动机的选择和安装

抽丝电动机选用了汉鼎电机厂生产的型号为57BYGH5601步进电动机。抽丝电动机和排丝电动机型号相同。固定时，直流电动机固定在一个7字型的角铁支架上，支架用多孔金属片固定在操作台上。

（2）线轴及支架材料的选择和安装

根据钨丝企业中线轴的实际情况，线轴的尺寸为宽130mm，直径为65mm。线轴中心有一个直径为6mm的圆孔，生产时套在步进电动机的转轴上。另一端用万能金属片固定在操作台上。

（3）PLC、测速传感器、步进电动机控制器和电源的安装

测速传感器在安装时，导轮的测速传感器的距离为18mm，导轮的尺寸为4mm×18，由两个导轮组成，每个导轮中间有一个1mm的凹槽，导轮由弹簧固定住，保证两个导轮紧密地接触在一起。整个装置用万能金属片固定在操作台面上。

PLC、测速传感器、步进电动机控制器和电源安装在一块配电板上，放入操作台的柜子中，并用木螺丝固定。

4 小结

本文是对钨丝企业中的钨丝“烧青”炉设备技术改进，通过控制恒线速度、自动摆丝、报警等技术改进，实现钨丝“烧青”炉的自动生产。在钨丝企业的使用中，极大了节约劳动成本，取得了较好的经济效益。新设计的钨丝“烧青”炉设备虽然解决了钨丝企业在钨丝“烧青”和绕丝生产过程中的不足，但该设备在钨丝企业中刚试用，需要在生产中不断完善。