伸線機の速度を計算するにはどうすればよいですか?

伸線機とは

速度の計算を理解する前に、この業界に参入する多くの初心者が直接検索する、伸線機とは何かという、より基本的な質問に答えるのに役立ちます。伸線機は、開口部が徐々に小さくなる一連のダイスを通して金属棒またはワイヤを引き抜くことによって、金属棒またはワイヤの直径を小さくする金属成形装置です。金属は切断または除去されず、引き伸ばされ、圧縮されるため、断面積は小さくなり、長さは比例して長くなります。これが、伸線加工が機械加工プロセスではなく、冷間成形プロセスとして説明される理由です。

一般的な伸線機は、いくつかのコアコンポーネントを中心に構築されています。つまり、入ってくるロッドまたは粗いワイヤを保持するペイオフスタンド、ダイボックスに取り付けられた一連の伸線ダイス、各ダイを通してワイヤを引っ張り、張力制御に必要なワイヤのループを保管する一連のキャプスタン (ブロックまたはブルブロックとも呼ばれます)、潤滑および冷却システム、完成したワイヤをスプールする巻取りユニットです。機械は通常、シングルブロック、マルチブロック、またはストレートラインに分類され、潤滑剤が粉末として適用されるか液体バスとして適用されるかに応じて、乾式延伸または湿式延伸用に構築できます。

このタイプの機器では速度計算が非常に重要である理由は、チェーン内のすべてのキャプスタンがわずかに異なる回転速度で動作する必要があるためです。いずれかのキャプスタンの速度が隣のキャプスタンと比較して間違っていると、ワイヤが緩んで巻き付きやもつれが発生するか、張力が過剰になりワイヤが伸びたり、不均一に細くなったり、切れたりするかのどちらかになります。機械全体の速度関係を正しく把握することは、伸線オペレーターにとって最も重要なセットアップ作業です。

伸線機の速度を計算するための基本的な式

この計算には実際には 2 つの層があります。最初の層は単一のキャプスタンの機械速度であり、単純なジオメトリです。 2 番目の層はキャプスタン間の速度の関係で、体積の保存に基づいており、定体積規則とも呼ばれます。

1 シングルキャプスタン表面速度

通常の動作ではワイヤが滑ることなくしっかりとキャプスタンに巻き付けられているため、すべてのキャプスタンはその表面速度と同じ線形速度でワイヤを引っ張ります。式は次のとおりです。

V はキャプスタンを離れる線形ワイヤ速度、D はワイヤ ラップの中心まで測定したキャプスタンの有効直径、N は毎分回転数で表したキャプスタンの回転速度です。円周率は約 3.1416 です。

2 描画パス間の一定の体積

ワイヤがダイスを通過すると、その断面積は減少しますが、プロセス中に金属は生成も破壊もされないため、1 秒あたりにラインを移動する金属の体積は変化しません。これにより、任意の 2 つの連続するパス間のボリュームの関係が一定になります。

A1 と V1 は特定のダイの前の断面積と速度、A2 と V2 はそのダイの後の断面積と速度です。丸線の断面積は直径の二乗に比例するため、これを直径で書き直すと次のようになります。

これは、マルチブロック伸線機の最後のキャプスタンが常に最初のキャプスタンよりも劇的に速く回転する理由を説明する公式です。 3.0 ミリメートルから始まり 1.0 ミリメートルで終わるワイヤーは、断面積が 9 分の 1 に減少します。そのため、総伸びを考慮すると、消費される生のロッドのフィートと同じ長さの完成ワイヤーが 1 分あたり生産される場合でも、出口速度は入口速度の 9 倍になります。

3 速度からの出力レート

仕上げ速度がわかれば、ワイヤの線質量を使用して、それを生産速度に簡単に変換できます。

線重量は、ワイヤーの直径と伸線される金属の密度によって異なります。銅線の場合、1 メートルあたりのキログラム単位の線重量は、おおよそ、平方ミリメートル単位の断面積に 0.0089 を乗じたものになります。鋼線の場合、乗数は 0.00785 に近くなります。

ステップバイステップの実際の例

伸線機の速度の計算方法を理解する最も明確な方法は、未加工のロッドから完成したコイルまでの現実的な例を検討することです。

現実世界の伸線速度に影響を与える要因

上の式は理想的なケースを示しています。実際のワークショップでは、いくつかの機械的および材料的要因により、達成可能な速度が理論上の数値よりも上下します。

線径別参考速度表

以下の表は、さまざまな最終線径における中負荷銅線伸線機の一般的な仕上げ速度を示しています。これらはワークショップでの代表的な数値であり、特定の機械のメーカー定格速度の代わりとなるものではありません。

一般に、ターゲットの直径が細くなるほど仕上げ速度が向上することに注意してください。これは、セクション 2 の定容積式から直接得られます。これは、最終断面積が小さくなると、毎分同じ容積の金属を移動させるために比例してより高い線速度が必要になるためです。

キャプスタン直径とモーター回転数の関係

V は pi x D x N に等しいため、目標のライン速度に到達するには常に 2 つの方法があります。1 つは大きいキャプスタンをより遅く回転させるか、より小さいキャプスタンをより速く回転させることです。機械製造業者は、ワイヤ張力の制限と床面積に基づいてキャプスタンの直径を選択し、その後、必要な速度ウィンドウに一致する RPM 範囲を提供できるように駆動モーターとギアボックスのサイズを決定します。

このグラフは、純粋に RPM を変更することによって、ほぼ同じ 700 ～ 900 メートル/分の表面速度範囲に達するように設定された 4 つの異なるキャプスタン直径を示しています。キャプスタンが大きいほど、同じ線形速度に達するために必要な RPM が比例して少なくなり、ベアリングの摩耗と振動が軽減されますが、必要な機械長は長くなります。

伸線機の速度を計算する際のよくある間違い

金属の種類による速度案内

金属が異なれば、加工硬化の仕組みや、加工時に発生する熱の量によって、実際の最大描画速度も異なります。

伸線機の速度を最適化して生産性を向上

計算方法が理解されると、実際的な目標は、理論的に可能な速度から、完全な生産シフト全体にわたって持続可能な速度に変わります。新しい資本設備を必要とせずに、いくつかの調整を行うだけで常に最大の利益が得られます。

機械に関連する他の質問

伸線作業が工場の現場で孤立して行われることはほとんどありません。通常、コイル巻線装置、メッシュ溶接ライン、および一般的な繊維巻線機械に供給、または供給されます。以下の質問は、同じ購買またはエンジニアリングの会話でよく出てくるため、ここで直接回答します。

伸線機と巻線機のサプライヤーの選択

紙の上で速度を正しく計算することは、機械自体が正確なキャプスタン直径、適切な定格のドライブ トレイン、および一貫した金型ツーリングで構築されている場合にのみ役立ちます。これが、機器のサイズを決定するために使用される公式と同じくらい、機器の背後にあるサプライヤーが重要である理由です。

重要なポイント

伸線機の速度の計算は、一緒に使用される 2 つの式に帰着します。単純な表面速度の式 V は、任意の 1 つのキャプスタンの pi 倍 D 倍 N に等しく、もう 1 つは、ライン上のすべての伸線パスにわたって速度と直径をリンクする定容積規則です。これら 2 つの関係が理解されると、新しい機械のサイジング、張力の問題の診断、または生産見積もりの​​生産量の見積もりはすべて、推測ではなく簡単な計算になります。潤滑、金型の状態、モーターのヘッドルームに注意して計算を行うと、このガイドの理論上の数値が工場現場で実際に起こっていることとほぼ一致します。