铝型材拉直机的设计研究

马福全 朱卫波

摘 要：为解决铝型材的拉直问题，对拉直机整机结构及细节进行研究。以满足功能、参数、性能为前提，设计了在铝型材自动化生产线中应用的拉直机，该设备由固定轨道、主拉伸头、挡料装置、输送装置和副拉伸头等组成，配合液压系统、自动化控制系统、辅助人工操作，实现来料的定位、提升、夹持、拉伸和输送等功能，以满足铝型材的拉直要求。

关键词：铝型材；拉直机；自动化；液压系统；轨道

中图分类号：TH69 文献标志码：A

0 引言

科学技术的不断进步，机械设计制造自动化技术也在不断进步。铝及铝合金型材具有耐蚀、质轻、表面处理色彩丰富和可满足不同场合对机械强度的不同要求等特性，使其在许多领域得到广泛应用。如何保证铝型材的高质量是摆在生产企业面前的重要问题。

鋁型材的直线度是一项关键参数。通常情况下，铝型材由重型挤压机挤出后直线度较差，需要专用设备将其拉直方能投入下一道。在此前提和背景下，本文着重对拉直机的整机和结构细节进行了设计研究。

1 整机系统及结构设计

1.1 设计要求

拉直机在生产中配合大型挤出机使用，是铝型材挤出机的关键后工序设备。本设计主要参数及技术特征要求为：最大拉伸力20kN，带旋转功能，行走速度30m/min，拉伸轨道长45m，夹持时不抖动，行走足够平稳。

通常情况下，拉直机的分类按照结构方式有可旋转式、固定式两种，行走固定方式有插销式、挂钩式等。按照动力来源可分为液动式、电动式等。

按照以上整体要求，本设计确定选用液压拉伸方式，旋转头选用电机驱动，行走为电机驱动，行走固定方式为插销式。

1.2 具体结构分析

1.2.1 主拉伸头驱动设计

首先设备需满足最大拉伸力要求，此拉伸力由液压油缸提供，因此按照此拉伸力需选用合适的液压油缸。此处结构的关键在于可靠的机械连接方式。为使结构简洁，液压缸采用倒装固定方式，其与主机的连接采用两根长导柱，导柱的一头连接在主机侧面，另一头连接在活塞杆头部的连接板上。活塞杆伸出时主拉伸头后退，活塞杆缩回时主拉伸头前进。详见图1，主拉伸头。主拉伸头的行程由主液压油缸的行程决定，具体视铝型材的拉伸距离和延展率等情况而定。为使结构紧凑、简单，主拉伸头采用“倒装”方式。

1.2.2 旋转头设计

在拉伸之前，当铝型材有明显扭曲时，需要利用钳口将铝型材夹持住，先用旋转头带动铝型材的一端转动一定角度，使之相对平直，然后再进行下一部的拉伸，由此才能达到良好的直线度要求。旋转头由减速电机驱动，减速机输出轴端装有小齿轮，小齿轮带动旋转头上的大齿轮动作，实现头部旋转的功能，同时有降速增扭的效果。大齿轮的心轴固定于车体内，心轴的回转轴承选用推力轴承，以适应拉伸时的轴向力。

1.2.3 钳口设计

钳口的夹紧力来自两个液压油缸。相比主拉伸液压油缸，夹紧液压油缸较小，能满足夹紧力要求即可。钳口选用上下齿板形式，车体内部另有导向装置，在齿板夹紧型材时起到导向作用。

1.2.4 副拉伸头设计

副拉伸头的钳口与主拉伸头有相似之处，都是采用液压油缸驱动齿板夹紧。同样，在满足最大拉伸力的前提下，要保证齿板的强度。两者最大的区别在于行走方式，主拉伸头由主拉伸液压油缸驱动，而副拉伸头由电机或者液压马达驱动。它行走距离长，可在轨道上全行程行走，因此可以适应不同长度的型材。另外，副拉伸头在行走中的固定由插销机构实现，即用包括在副拉伸头车体内的销轴插入路轨侧面的销孔中实现固定，销轴的动作由液压油缸驱动，配合连杆结构完成动作。

1.2.5 路轨及行走轮设计

路轨两侧有等间距的销孔，孔间距为600mm，按照铝型材的不同长度，副拉伸头行走至不同的销孔位置后伸出插销，靠销与销孔之间的径向力固定副拉伸头。路轨的材质选用Q345或以上级别的钢材，整体拼焊后加工，保证行走表面的直线度、平面度及表面粗糙度。因一般膨胀螺栓可靠性相对较差，而预埋件又要求有足够准确的预埋位置，如果现场安装中有临时修改或布局变动时会比较麻烦，因此本设计中路轨采用地脚螺栓固定。

1.2.6 小结

此设计中需要有液压站提供部分动力，副拉伸头在全行程内由滑触线供电。因此除以上结构及驱动形式外，旋转头的旋转驱动装置也可以选用液压马达，而副拉伸头的行走驱动装置也可以选用电机，具体用那种方式可视具体情况而定，关键在于满足使用参数和工况要求。

2 工艺动作流程

另外，本设计中需要包括型材的提升装置、送料装置、挡料装置。当拉伸头主动去夹紧铝型材之前，型材高度需要正好在上下钳口之间，而不同的型材高度并不一样，因此需要用提升装置将其送至合适的高度，以便钳口夹持；送料装置安装在钳口前方，类似于链条输送机构，可将型材输送至合适的位置，从而避免夹持歪斜；配合送料装置使用的是挡料装置，该装置用于将型材限位在固定位置。具体动作流程为提升-副拉伸头夹紧-副拉伸头固定-主拉伸头夹紧-主液压油缸拉伸。具体动作流程如图2所示，工艺动作流程图。

结论

本设计全面考虑了铝型材拉直机结构形式、生产工艺、性能和效率等因素，对整机和细节进行了优化设计。该设备在实际的生产应用中得到检验，大部分工艺过程以自动化方式进行，减少了人工操作和劳动强度，产品质量大幅提升，取得了预期的效果。

参考文献

[1]姚立军.机械设计制造及其自动化发展研究[J].化工管理，2017（32）：24.

[2]唐远景.我国铝型材工业现状及发展动向浅析[J].浙江冶金，1994（1）：16-18.