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【技术】水基拉丝润滑液的管理与优化实践

金属制品行业 2018-11-08 13:49:27


在湿拉过程中,钢丝与拉丝模之间会产生很大的摩擦力和大量热量,使用润滑液可以在钢丝与拉丝模之间形成一层耐压润滑膜,防止钢丝与拉丝模直接接触,从而减少摩擦和磨损,有利于钢丝拉拔。钢丝湿拉时的润滑方式是介于流体润滑与边界润滑的混合润滑。湿拉润滑液一方面具有润滑作用,另一方面具有冷却钢丝和拉丝模、清洗钢丝表面的作用。在金属拉拔加工过程中,润滑液的润滑和冷却效果对拉丝模的使用寿命、钢丝的质量(如表面光洁度等)和拉拔速度等都十分重要,因此,润滑系统的稳定、高效运行是保证湿拉工序正常运转的关键,也是产品质量和成材率的保证。
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生产状况分析

      湿式拉拔生产的主要品种有以锌、铜、磷化膜为镀层的高、中碳钢丝,产品直径0.35~1.0 mm。


1.1 润滑系统存在的不足

        江苏法尔胜泓昇集团有限公司中试车间湿拉润滑系统由3台水箱拉丝机配备一个2 m×2.2 m×1.5 m不锈钢循环槽组成,循环槽中润滑液的装液量为2 m×2.2 m×1 m,约4.5 t。所用润滑液选用日本艾迪科AL-628湿拉润滑液按体积配比,原液﹕水体积比为1﹕10的比例稀释配置而成。采用自然冷却的方式进行循环冷却,未设置过滤净化系统。该循环系统冷却效果不佳,清洁性较差,润滑液使用寿命较短,因润滑不良引起的断线事故及直径公差大、灼伤、发亮等成品质量问题时有发生,成材率低,润滑液、拉丝模消耗高,给企业带来了较大经济损失。同时各种设备故障频繁发生,也给维护工作带来了较大的成本消耗和劳动强度,大大影响生产进度。


1.2 拉拔设备情况介绍

      湿式拉拔中,采用水箱拉丝机,拉拔道次均为21道,通过逐级拉拔将钢丝拉到所需的规格。拉拔材料采用高中低碳钢丝、不锈钢丝、特种合金钢丝、有色金属丝等。生产过程中拉拔设备主要参数见表1。

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影响拉丝润滑液性能的主要因素

       拉丝润滑液是由多种超强功能助剂经科学复合配制而成,同时要具有良好的润滑性能,冷却性能,防锈性能,防腐功能等特点。为最大限度地发挥润滑液的功能,需对影响润滑液使用性能和使用寿命的因素进行系统分析。


2.1 温度

钢丝拉拔过程中,由于变形做功和摩擦做功产生的热使钢丝温度升高,通常可使钢丝温度达200 ℃左右,因而造成强度增高,塑性下降,拉拔脆断,扭转开裂和变形不均匀等问题,这一现象被称为应变时效。若拉丝冷却条件差,则钢丝拉拔产生的热量不能及时带走而积蓄在钢丝内,使钢丝长时间处于较高温度状态而引起时效,则产品合格率将降低,因此,在拉拔过程中,及时降低钢丝拉拔产生的热非常重要,而短时间内降低钢丝拉拔热,最有效的方法是采用钢丝直接水冷方式。


采用水基拉丝润滑液时,温度将直接影响润滑液的润滑性能和冷却性能。温度过低时,润滑液黏度较高,润滑液中有效成分的活动性下降,不利于润滑。温度过高时,拉拔过程中产生的热量不易被带走,钢丝发生应变时效,产品不合格率上升,此外,温度过高会降低拉丝模使用寿命,出现超差现象。而且温度过高时润滑液中油脂易分解,甚至导致油膜破裂,从而影响润滑效果,因此,将润滑液温度控制在合理的范围内,对钢丝的湿式拉拔至关重要。


2.2 润滑液质量浓度

不同的金属丝,不同的线径,所需的润滑液质量浓度不同。润滑液质量浓度过低,润滑、减磨作用不够,容易出现表面被拉毛、模耗高等现象;润滑液质量浓度过高,线材表面易起槽,出现“缩径”等现象。


2.3 杂质含量

润滑液在使用过程中,接触空气会发生氧化,生成羧酸、胶质等氧化产物,这些产物会使润滑液黏度、酸值和界面张力增大,并产生大量沉淀物,在一定条件下,起到催化作用,加速润滑液的老化。再加上拉拔过程中被剥落的金属碎屑,这些杂质悬浮在润滑液中,会造成模孔堵塞,进而引起断线,使模耗增大,废丝率增加。金属粉末等切屑及漂浮油会为细菌提供滋生的环境,加速润滑液的腐败变质,杂质的增加还会影响线材表面的清洁度,造成产品的表面质量下降。


2.4 细菌

细菌进入润滑液中的途径有多种,包括通过配制润滑液的水、空气、工件工序间的运转进入,机床保养不良、润滑液中杂质含量多及车间的清洁度差,也会造成润滑液中细菌增加。细菌的增加一方面会分解一部分润滑液,使其成为自身生长所需的营养料,从而增加润滑液的无形损耗;另一方面,润滑液受到细菌尤其是厌氧菌分解后,会产生难闻的硫化氢气味,加速润滑液的腐败变质,缩短润滑液使用寿命。

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优化润滑系统改进措施及效益分析

3.1 改进措施

3.1.1 加大润滑液循环冷却量和散热面积并增设温控系统

针对中试分厂润滑系统循环冷却效果不佳的问题,通过增加润滑液的循环冷却量,加大循环槽散热面积的方式进行温度控制。将原有2 m×2.2 m×1.5 m不锈钢循环槽更换为2.2 m×4 m×1.5 m不锈钢循环槽,配液量由4.5 t增加至6 t,则循环槽中所装载润滑液的体积为2.2 m×4.0 m×0.68 m,散热面积扩大了2倍。此外,在循环槽内置冷却器和加热器,冷却方式采用间接水冷却,保持恒温(40±5) ℃。


3.1.2 增设润滑液在线过滤系统

针对润滑系统杂质多,严重影响润滑液清洁性和稳定性,影响产品质量的问题,增设润滑液在线过滤系统。该系统由烟台云帆过滤系统有限公司提供,由一次水池、二次水池、转鼓式磁性分离器、真空纸袋过滤机、废渣箱、循环水泵、电气控制系统组成。润滑液由泵输送至各水箱车台进行加工作业,加工完成后的润滑液带着切屑及其他杂物分别经转鼓式磁性分离器去除亲磁性颗粒,再经真空纸袋过滤机除去其他沉淀物、浮油等杂质后,清洁的润滑液回到循环槽进行循环使用。


3.1.3 加强日常维护与管理

为了保持水基拉丝润滑液的性能和延长使用寿命,规范润滑液的日常维护非常重要。水基润滑液维护的重点在于浓度、pH值的控制和防腐管理。配备专职润滑液管理人员统一配制润滑液,掌握液箱容量、消耗量、补给量,并做好记录。配备专业化验人员,定期对使用中润滑液的浓度、pH值、细菌总量等指标进行检测,并及时将检测结果告知润滑液管理人员,为新液、纯水、杀菌剂、pH调整剂等的添加提供依据。为了便于工艺人员解决实际问题,针对润滑液常见的问题,制定润滑液问题对策表,分析问题产生的原因并列出对应的措施。


3.2 效益分析

通过对车台数为3台的润滑循环系统的优化与改进,解决了润滑液系统冷却性能差、清洁度差、系统不稳定等问题,润滑环境大大改善,从润滑液的颜色来看,灰黑色变成了乳白色,其他优化改造后的对比见表2。


由表2可以看出,润滑液循环冷却量和散热面积加大后,润滑液温度得到了有效控制,平均温度稳定在润滑液的最适拉拔温度(40±2)℃,因高温而分解的油脂量减少,循环槽表面几乎没有浮油覆盖,使得润滑液中有效油成分的利用率得到了提高,吨钢丝润滑液损耗下降了31.7%;增设润滑液在线过滤系统后,润滑液中的杂质得到了有效控制,保证了使用中润滑液的清洁度,减少了细菌的滋生,延长了润滑液的使用寿命。


通过对润滑液循环系统的优化,润滑液的冷却性、清洁度得到了提高,拉拔速度可以提高约36%,从而提高了成品钢丝的产量,减少了拉丝模的超差现象,保证了成品钢丝的质量,同时模耗下降了45.5%。此外,润滑液使用寿命延长,减少了废润滑液的产生量,也减轻了环境压力和企业的环保成本。


经济效益方面,润滑循环系统经过优化,减少了拉丝模损耗和润滑液消耗,提高了产品质量和产量,降低了工艺管理难度,并且每年可节约湿拉成本13万元以上。

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结论

水基拉丝润滑液的使用寿命受温度、浓度、杂质、细菌等因素的影响,针对以上影响因素进行润滑系统的优化与改造,既能提高成品质量,提高成材率,同时可以有效降低物料和能源的消耗,为企业创造经济效益,实现“节能、减排、降耗”。


目前国内对于拉丝润滑液并没有完善的标准,各指标缺乏明确的标准,不利于润滑液的质量控制。针对这个问题,各企业应根据自身的实际情况,针对润滑液使用的环节,建立明确的流程规范和技术要求,不仅有助于提高机械加工水平,而且可以降低生产成本,减少环境污染。(摘自金属制品2016年第3期)