摘 要 钛丝材加工因加工硬化需多次去应力退火，传统的收线机不能方便卸料进行中间退火，需多次复绕费时费力，且多采用变频调速，很不经济，本次实用新型设计采用三维实体设计，进行虚拟装配，传动系统采用力矩电机实现不同线径不同强度丝材的恒张力控制，收线卷筒采用曲柄滑块原理实现卷筒的张缩功能，实现丝材中间卷绕及退火卷绕两种工况，自定中心结构方便实现卷筒的装卡与拆卸，同时采用简单的结构实现料头的装卡以及配套的排线及保护装置。
关键词 加工硬化;去应力退火;三维实体设计;虚拟装配
1 应用概况
收线机是将薄膜、带材、单丝、软管及包覆电线等用辊筒进行收卷的机械[1]，在丝材和带材生产过程中应用十分普遍，比如作为拉丝机的下线设备，如果采用工字轮收线机后，成品丝材连同工字轮可直接用于下一道工序上，从而省去了倒换丝材的工序，提高了工作效率。
张力控制是收线机在生产过程中极其重要的一环，良好的张力控制能够确保产品质量，提高生产效率，尤其是尺寸精度要求高的丝材产品，张力的变化可能会引起线径的公差波动。因为线材越收越满,重量加大，直径变大，转速恒定，实际上速度逐渐增大，张力同时也会增大。因此工字轮的转速应该逐渐变小，变频电机通过频率调整将转速降低，可以满足速度要求，但是电机在低速运转时发热量大，而且价格上变频电机相对比较昂贵。
有的收线机在收线前加个缓冲，缓冲池满开始收，缓冲池即将空，停止收，但是相对设计比较复杂，整体成本同样会增多，力矩电机很好的恒张力性能非常适应收卷机对电机的性能要求，所以本次设计动力系统采用力矩电机[3]。
传统的收线机只是将丝材收在工字轮上于下一道工序放卷，但是钛及其合金材料因为在拉丝过程中产生加工硬化[3]，需要中间退火，所以传统的收线机需要在收线机之外配套复绕机将丝材单独绕成卷进行退火，或者工字轮采用耐热钢材料直接和丝材同时退火，这样不但成本高，而且有可能影响产品退火质量，不可取。
所以，主要针对如何高效便捷的实现钛及钛合金丝材中间卷绕及退火卷绕两种工况，提高生产效率，本次设计就这一领域设计了新型的收线机，很好的解决了本公司丝材生产效率的问题，在收线机的其他结构上也做了相应的优化，希望能给相关行业提供参考。
2 收线机的设计
2.1 功能原理设计
此收线机针对钛丝材加工因加工硬化需多次去应力退火的要求，设计目的是实现丝材中间卷绕及退火卷绕两种工况，同时优化普通收线机的其他功能，它包括上料机构、张缩卷曲机构、传动机构，排线机构和压线保护装置。
2.2 结构设计
排线机构1动力来自于主传动系统，排线速度基值同卷筒转速，然后可根据线径的大小对排线速度进行调整以达到整齐排线。
张缩卷筒2可以张缩，采用的曲柄滑块结构[4]，在安装完工字轮后，摇紧手柄带动轴向滑块向里运动，卷筒的六个瓦圈沿径向向外张紧，实现工字轮或者物料的装卡。针对需要进行退火的工序，将卷筒初始状态置于张开工位，拉紧卸料端弹性挡板，旋转定位于挡板工位，收线结束后，捆扎物料，卷筒收缩以便取下物料直接退火。中间不需要退火时，将工字轮装在卷筒上实现收卷功能循环更换工字轮即可。卷筒瓦圈及工字轮上均刻有两对对称的梯形槽孔，尺寸同产品尺寸规格，选择方向合适的孔型即可实现丝材料头的自锁装卡。
压线装置3由V型弹性尼龙压头和推力气缸组成，工字轮安装完，气缸伸出将弹性压头置于工字轮槽中，弹性压头随物料厚度增加弹性增大，一方面保证排线的整齐，另一方面保证丝尽或丝断情况下物料不会弹出。
传动系统4选择的是力矩电机作为动力，通过皮带传动带动排线器排线，通过链传动驱动收线卷筒，力矩电机的优点是可以实现恒张力收线，力矩调节迅速而且平稳，有效保证了丝材的线径公差的稳定。
上料机构5主要由上料小车及简单的定位板组成，工字轮通过斜面滚动到小车上，通过与工字轮同直径的定位板在竖直方向实现自动对中，缩紧的卷筒顶端略低于放在小车上的工字轮的顶端，推动小车将工字轮置于卷曲工位，摇动手柄张紧卷筒，工字轮中心点上移，脱离小车实现无约束转动。
本次实用新型设计采用三维实体设计，进行虚拟装配，确保安装尺寸无误，然后转化为二维加工图纸进行加工，缩短设计周期，提高设计效率。设计的产品很好的实现配套拉丝机进行收卷工序的功能，同时适应钛及钛合金丝材生产过程中间卷绕及退火卷绕两种工况，此外，巧妙的悬臂结构和自定中心结构方便实现卷筒的装卡与拆卸，以及配套的排线及保护装置，简单实用，很大程度上降低了操作工人的劳动强度，提高生产效率。
参考文献
[1]尚久浩.自动机械设计[M].中国工业出版社，2002：23.
[2]赵永庆，张喜燕，白晨光.钛合金应用[M].化学工业出版社，2005：10-15.
[3]金绪曾.电机的选型[M].中国电力出版社，2003：36.
[4]李树军.机械原理[M].东北大学出版社，2000：16.
[5]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社. |
