单丝钢帘线的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种单丝钢帘线的制造方法，包括以下步骤：⑴、盘条表面预处理，⑵、干拉，⑶、热处理电镀，⑷、湿拉，⑸、加捻与解捻，通过对湿拉的钢丝进行加扭转，把拉拔钢丝表面的拉应力或压应力改变为扭转剪切应力，使得钢丝表面应力平衡，来达到校直钢丝的目的，然后对钢丝进行反扭转，来消除钢丝的残余扭转。该方法生产制造的单丝钢帘线具有良好的强度、韧性、抗疲劳性能，并且具有良好的平直度和合适的残余扭转，满足在橡胶帘布的生产要求，并应用于轮胎带束层。
【专利说明】单丝钢帘线的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢帘线的加工制造，尤其涉及一种碳含量为0.65?0.95%、直径为Φ0.15?0.40mm，应用于充气轮胎带束层的单丝钢帘线的制造方法。
【背景技术】
[0002]钢帘线广泛应用于橡胶产品，如汽车轮胎、传送带、高压胶管等，作为橡胶产品的增强材料，需要具有良好的强度、韧性、抗疲劳性能、橡胶渗透性、粘合力等性能。钢帘线更主要的是用作汽车轮胎的增强材料，它可用于带束层，也可用于胎体。用于带束层的钢帘线一般有nX 1、m+n等结构，它们一般由两根或两根以上钢丝组成，然而两根或两根以上的钢丝抢合在一起，总会带来一些其它的影响，比如钢丝之间的点接触或线接触会导致钢丝的疲劳性能降低，钢丝的捻合会使得橡胶的渗透受影响，从而降低与橡胶的粘合力。而且钢丝的捻合容易存在松散、芯线冒出、捻制不均等现象，为了改善这些现象需要投入大量的设备装置进行调整，产品的生产成本高。
[0003]为此可采用一种1X1的钢帘线结构，即单根钢丝的钢帘线。1X1钢帘线由于无点接触或线接触，在轮胎使用中无钢丝间摩擦，且钢丝能实现全渗胶，因此具有良好的抗疲劳性能及粘合性能。单根钢丝可以采用水箱湿拉获得，但是拉拔得到的钢丝，由于拉拔模具的模芯轴向与钢丝轴向很难调整到完全一致，或者随着拉拔一段时间后模具的磨损，导致拉拔得到的钢丝表面残余应力不均匀，钢丝存在圈径或翘距，影响钢丝的平直度。CN203372006 U提供了一种双捻机制造的直钢丝的方法，但是该方法制造的钢丝存在明显的残余扭转。这些情况都会在该钢帘线嵌入橡胶硫化、压延时出现帘布不平整，帘布卷曲、翘头等不良现象，严重影响轮胎帘布的生产质量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有良好的平直度，能够减小或消除钢丝的残余扭转，满足橡胶帘布生产要求，应用于轮胎带束层的单丝钢帘线的制造方法。
[0005]本发明是通过如下技术方案来实现的:
单丝钢帘线的制造方法，包括以下步骤:
(I)、盘条表面预处理:将碳含量为0.65?0.95%、直径为Φ5.50?6.50mm的盘条表面进行机械除鳞、清洗、涂硼、烘干；
⑵、干拉:将表面预处理后的盘条在干拉机上拉拔为Φ0.80?2.0Omm钢丝；
⑶、热处理电镀:首先将Φ0.80?2.0Omm干拉钢丝在900?1100°C加热成为奥氏体，然后在500?60(TC淬火成为珠光体，再对其进行酸洗、水洗、镀铜、水洗、镀锌、热扩散、磷化、7jC洗、烘干；
⑷、湿拉:采用水箱拉丝机对上述热处理电镀后的钢丝进行多道次拉拔，拉拔为Φ0.15?0.40mm的钢丝；本发明中可对湿拉后的钢丝采用校直器进行校直，也可以不采用校直器； (5)、加捻与解捻:将Φ0.15?0.40mm的湿拉钢丝在捻股机上进行加捻，校直钢丝，然后对钢丝进行解捻，减小或消除钢丝残余扭转，获得单丝钢帘线，加捻的捻向与解捻的捻向相反，加捻的扭转次数NI >扭转弹性极限时的扭转次数NO，解捻的反扭转次数N2等于扭转弹性极限时的扭转次数NO，其中NO、NI和N2为相同钢丝长度下的扭转次数。
[0006]加捻的扭转次数NI为扭转弹性极限时的扭转次数NO的2?6倍。
[0007]所述的单丝钢帘线的平直度彡3cm/6m、残余扭转彡3T/6m，满足压延、裁断、成型等轮胎生产需求。
[0008]所述的单丝钢帘线应用于充气轮胎带束层。
[0009]所述的加捻与解捻步骤中涉及的加解捻装置，包括放线装置、加捻机、限扭装置、解捻机、收线装置和过线轮，所述的限扭装置设置在加捻机与解捻机之间，钢丝依次经过放线装置的工字轮、加捻机、限扭装置、解捻机、收线装置的工字轮以及它们之间设置的过线轮。
[0010]所述的加捻机为内放线的双捻机，所述的解捻机为内收线的双捻机。
[0011]所述的限扭装置为限扭导轮。
[0012]所述的加解捻装置还包括虚捻器和校直器，所述的虚捻器和校直器依次设置在解捻机与收线装置之间。
[0013]本发明对湿拉的钢丝进行加捻就是加扭转，通过把拉拔钢丝表面的拉应力或压应力改变为扭转剪切应力，使得钢丝表面应力平衡，来达到校直钢丝的目的；然后对钢丝进行解捻，也就是对钢丝进行反扭转，来消除钢丝的残余扭转。
[0014]湿拉拉拔的钢丝表面有残余拉应力，如果采用校直器进行弯曲变形后，钢丝表面残余应力可能改变为压应力，然而不管残余应力是拉应力还是压应力，由于拉拔模具的模芯轴向与钢丝轴向很难调整到完全一致，或者随着拉拔一段时间后模具的磨损拉拔角度改变，总会导致钢丝表面残余应力不均匀，从而使得钢丝具有圈径或翘距，钢丝的平直度较差，即使通过校直器进行调整，依然无法获得直线性的钢丝。
[0015]为了获得直线性的钢丝，本发明通过对湿拉钢丝进行加扭转，改变钢丝表面的应力为扭转剪切应力，这很容易使得钢丝表面残余应力平衡。钢丝加扭转时，扭转与扭矩在开始阶段呈弹性变化，达到扭转弹性极限后扭转与扭矩进入塑性变形阶段，塑性变形阶段的扭矩变化较平稳，加捻扭转次数与扭矩曲线变化参见图1所示，把扭转弹性极限时的扭转次数标记为NO，在弹性变形阶段时，如加扭转NI次(NI ( NO),当把加扭载荷去掉后，钢丝将沿加扭转的反方向回转NI次，即在这一阶段钢丝残余扭转次数等于加扭转次数，此时，通过加扭转获得的钢丝表面扭转剪切应力在加扭载荷去掉后被释放，钢丝表面残余应力未得到明显改变，不能到达校直钢丝的目的；在塑性变形阶段时，如加扭转NI次(NI > NO),当把加扭载荷去掉后，钢丝将沿加扭转的反方向回转约NO次，即在这一阶段钢丝残余扭转次数近似为一个稳定的数值NO，此时，去掉加扭载荷后钢丝表面依然有残余扭转剪切应力，而且残余扭转剪切应力沿钢丝圆周表面平均分布，钢丝表面应力差减小，从而能起到校直钢丝的作用。加扭转次数NI越多则钢丝表面的应力差越小，钢丝的直线性越好。上述NO、NI为在相同钢丝长度下的扭转次数。
[0016]为了使得钢丝表面的残余应力为扭转剪切应力，并且获得直线性的钢丝，钢丝在加扭转时需要进入塑性变形阶段，而且要使得钢丝直线性很好，则需要较长的塑性变形阶段，但是钢丝加扭转过多会降低钢丝的强度和抗疲劳性能，所以加扭转的次数NI通常为扭转弹性极限时扭转次数NO的2?6倍，其中NO、NI为在相同钢丝长度下的扭转次数。
[0017]加扭转的钢丝存在残余扭转，加扭转进入塑性阶段后，钢丝的扭矩变化平稳，此时钢丝的残余扭转比较稳定，残余扭转次数大约等于扭转弹性极限时的扭转次数NO。为了减小或消除钢丝的残余扭转，需要对钢丝进行反扭转(即解捻)。反扭转次数N2大约等于扭转弹性极限的扭转次数NO时，可以使得钢丝的残余扭转减小甚至接近0，其中NO、N2为在相同钢丝长度下的扭转次数。
[0018]加扭转(加捻)的捻向与反扭转(解捻)的捻向相反，当加扭转为S捻向时，反扭转为Z捻向；当加扭转为Z捻向时，反扭转为S捻向。
[0019]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明提供了一种单丝钢帘线的制造方法，通过对湿拉的钢丝进行加扭转，把拉拔钢丝表面的拉应力或压应力改变为扭转剪切应力，使得钢丝表面应力平衡，来达到校直钢丝的目的，然后对钢丝进行反扭转，来消除钢丝的残余扭转。生产制造的单丝钢帘线具有良好的强度、韧性、抗疲劳性能，并且具有良好的平直度和合适的残余扭转，满足在橡胶帘布的生产要求，并应用于轮胎带束层。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例中加捻过程中湿拉钢丝的扭转-扭矩图；
图2为本发明实施例中加捻与解捻的结构示意图；图中序号:1、放线装置的工字轮，2、收线装置的工字轮，3、钢丝，4、加捻机，5、解捻机，6、限扭导轮，7、虚捻器，8、校直器；
图3为图2中放线工字轮上的钢丝在光滑水平面展开的图示；
图4为图2中收线工字轮上的钢丝在光滑水平面展开的图示；
图5为本发明单丝钢帘线平直度检测方法的图示；图中序号:9-1、平行线一，9-2、平行线二，3-1、单丝钢帘线；
图6为本发明单丝钢帘线残余扭转检测方法的图示；图中序号:2-1、收线工字轮，3-2、单丝钢帘线；
图7为本发明实施例中限扭导轮单独使用状态的结构放大示意图；
图8为本发明实施例中限扭导轮两只配合使用状态的结构放大示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0022]实施例1:一种应用于充气轮胎带束层单丝钢帘线的制造方法，包括以下步骤:
(I)、盘条表面预处理:将碳含量为0.65?0.95%、直径为Φ5.50?6.50mm的盘条表面进行机械除鳞、清洗、涂硼、烘干；
⑵、干拉:采用一步法直拉，将表面预处理的盘条在直进式干拉机上拉拔为Φ0.80?2.0Omm 钢丝；
⑶、热处理电镀:首先将Φ0.80?2.0Omm干拉钢丝在900?1100°C加热成为奥氏体，然后在500?60(TC淬火成为珠光体，再对其进行酸洗、水洗、镀铜、水洗、镀锌、热扩散、磷化、水洗、烘干； ⑷、湿拉:采用水箱拉丝机对上述热处理电镀后的钢丝进行多道次拉拔，拉拔为Φ0.15?0.40mm的钢丝；
(5)、加捻与解捻:将Φ0.15?0.40mm的湿拉钢丝在捻股机上进行加捻，校直钢丝，然后对钢丝进行解捻，减小或消除钢丝残余扭转，加捻的捻向与解捻的捻向相反，加捻的扭转次数NI为扭转弹性极限时的扭转次数NO的2?6倍，解捻的反扭转次数N2等于扭转弹性极限时的扭转次数NO，其中NO、NI和N2为相同钢丝长度下的扭转次数；
所述的加捻与解捻步骤中涉及的加解捻装置，包括放线装置、加捻机4、限扭导轮6、解捻机5、虚捻器7、校直器8、收线装置和过线轮，所述的加捻机4为内放线的双捻机，所述的解捻机5为内收线的双捻机，所述的限扭导轮6设置在加捻机4与解捻机5之间，所述的虚捻器7和校直器8依次设置在解捻机5与收线装置之间，钢丝3依次经过放线装置的工字轮1、加捻机4、限扭导轮6、解捻机5、虚捻器7、校直器8、收线装置的工字轮2以及它们之间设置的过线轮；
(6)、收线:采用收线工字轮收线，获得的单丝钢帘线的平直度<3cm/6m、残余扭转(3T/6m。
[0023]参见图1、图2、图3和图4所示，加捻机4即为内放线的双捻机，钢丝3从放线装置的工字轮I上放线，在A处无扭转，经过加捻机4后，在B处的扭转为NI次，捻向为Z捻，根据钢丝的直线性情况，可以逐渐增加扭转次数，以达到需要的钢丝直线性，加扭转的次数NI通常为扭转弹性极限时扭转次数NO的2?6倍，其中NO、NI为在相同钢丝长度下(如Im)的扭转次数。加捻后的钢丝3在光滑水平面展开的状况如图3所示。
[0024]钢丝加扭转后存在残余扭转，由于加扭转的次数NI超过弹性扭转极限时扭转次数NO，所以存在的残余扭转次数大约为扭转弹性极限时的扭转次数NO。钢丝3经过限扭导轮6后，进入解捻机5 ;解捻机5即为内收线的双捻机，捻向为S捻；解捻机5对钢丝3的解捻次数N2大约等于扭转弹性极限时的扭转次数NO ;其中NO、N2为在相同钢丝长度下(如Im)的扭转次数。
[0025]限扭导轮6非常重要，如果不采用限扭导轮6，钢丝加扭转与反扭转将同步进行，反扭转与加扭转相互抵消，反扭转没有了消除残余扭转的作用。结合图1所示来描述限扭导轮的作用:钢丝3经过加捻机4 (或解捻机5)作用后，钢丝自身存在扭转，并且扭转会沿着钢丝自身往前后两端不断地传递，而钢丝经过限扭导轮6时，由于钢丝与限扭导轮之间的摩擦力作用，钢丝扭转的传递将会很大程度地被阻止，即起到了限制钢丝扭转传递的作用。如图1中，加捻机4对钢丝的扭转由B点向C点传递，或解捻机5对钢丝的扭转由C点向B点传递的过程中，均被限扭导轮所限制，这保证了加捻和解捻都能按照设定的扭转参数进行作用。如果没有限扭导轮6，由于加捻与解捻的捻向相反，钢丝3加扭转与反扭转将同步进行，反扭转与加扭转相互抵消，反扭转没有了消除残余扭转的作用。
[0026]限扭导轮6可以单独使用，如图7所示；也可以两只配合使用，如图8所示；都能起到很好的限制钢丝扭转传递的作用。
[0027]钢丝3经过解捻机5解捻后，钢丝3的残余扭转得到释放，解捻后的钢丝3在光滑水平面展开的状况如图4所示。然后再经过虚捻器7和校直器8进一步调整钢丝的平直度和残余扭转，最后在收线装置的工字轮2上收线。当然根据情况，虚捻器7和校直器8可不采用，或者只采用其中之一。
[0028]图2中也可以是加捻机4的捻向采用S抢，同时解捻机5的捻向采用Z捻。
[0029]参见图5所示，钢帘线平直度检测方法:在光滑水平面上标出两条相距为3cm、长度为6m的平行线一 9-1和平行线一 9-2 ;检测时，剪断6m长的单丝钢帘线3_1置于平行线一 9-1和平行线一 9-2中央，若单丝钢帘线与平行线一 9-1和平行线一 9-2不接触或不相交则认为该帘线平直度< 3cm/6m。
[0030]参见图6所示，钢帘线残余扭转检测方法:检测时，先从收线工字轮2-1上拉出并剪去6m长单丝钢帘线3-2，然后在单丝钢帘线末端50mm处向上弯一直角并握紧，再继续从收线工字轮2-1上将单丝钢帘线3-2拉出6m，放开单丝钢帘线3_2自由端，在没有张力和摩擦力的情况下让其自由回转，并记录旋转转数，旋转方向与加捻机捻向相同用“ + ”表示，不同用表示；若旋转转数少于3圈，则认为该帘线残余扭转彡3T/6m。
[0031]实施例2:—种应用于充气轮胎带束层单丝钢帘线的制造方法，包括以下步骤:
(I)、盘条表面预处理:将碳含量为0.65?0.95%、直径为Φ5.50?6.50mm的盘条表面进行机械除鳞、清洗、涂硼、烘干；
⑵、干拉:采用两步法干拉，当拉拔钢丝的总压缩率很大，或者盘条的可拉拔性能较差不能满足较大压缩率拉拔时，可采用两次干拉；将表面预处理的盘条在直进式干拉机上拉拔为Φ2.50?3.50mm钢丝，对拉拔的Φ2.50?3.50mm钢丝进行在900?1100°C加热成为奥氏体，然后在500?600°C淬火成为珠光体的热处理，清洗、涂硼、烘干，再在干拉机上拉拔为Φ0.80?2.0Omm钢丝；
⑶、热处理电镀:首先将Φ0.80?2.0Omm干拉钢丝在900?1100°C加热成为奥氏体，然后在500?60(TC淬火成为珠光体，再对其进行酸洗、水洗、镀铜、水洗、镀锌、热扩散、磷化、水洗、烘干；
⑷、湿拉:采用水箱拉丝机对上述热处理电镀后的钢丝进行多道次拉拔，拉拔为Φ0.15?0.40mm的钢丝；
(5)、加捻与解捻:将Φ0.15?0.40mm的湿拉钢丝在捻股机上进行加捻，校直钢丝，然后对钢丝进行解捻，减小或消除钢丝残余扭转，加捻的捻向与解捻的捻向相反，加捻的扭转次数NI为扭转弹性极限时的扭转次数NO的2?6倍，解捻的反扭转次数N2等于扭转弹性极限时的扭转次数NO，其中NO、NI和N2为相同钢丝长度下的扭转次数；
(6)、收线:采用收线工字轮收线，获得的单丝钢帘线的平直度<3cm/6m、残余扭转(3T/6m。
[0032]本发明生产的应用于充气轮胎带束层单丝钢帘线由于无点接触或线接触，在轮胎使用中无钢丝间摩擦，且钢丝能实现全渗胶，因此具有良好的抗疲劳性能及粘合性能。通过对拉拔的钢丝进行加捻(加扭转)，改变钢丝表面残余应力为扭转剪切应力，使得钢丝表面应力平衡，获得直线性的钢丝，然后对钢丝进行解捻(反扭转)，来消除钢丝加扭转时产生的残余扭转；获得的单丝钢帘线平直度< 3cm/6m、残余扭转< 3T/6m，能够满足在橡胶帘布的生产要求。
[0033]实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.单丝钢帘线的制造方法，包括以下步骤: (I)、盘条表面预处理:将碳含量为0.65?0.95%、直径为Φ5.50?6.50mm的盘条表面进行机械除鳞、清洗、涂硼、烘干； ⑵、干拉:将表面预处理后的盘条在干拉机上拉拔为Φ0.80?2.0Omm钢丝； ⑶、热处理电镀:首先将Φ0.80?2.0Omm干拉钢丝在900?1100°C加热成为奥氏体，然后在500?60(TC淬火成为珠光体，再对其进行酸洗、水洗、镀铜、水洗、镀锌、热扩散、磷化、7jC洗、烘干； ⑷、湿拉:采用水箱拉丝机对上述热处理电镀后的钢丝进行多道次拉拔，拉拔为Φ0.15?0.40mm的钢丝； (5)、加捻与解捻:将Φ 0.15?0.40mm的湿拉钢丝在捻股机上进行加捻，校直钢丝，然后对钢丝进行解捻，减小或消除钢丝残余扭转，获得单丝钢帘线，加捻的捻向与解捻的捻向相反，加捻的扭转次数NI >扭转弹性极限时的扭转次数NO，解捻的反扭转次数N2等于扭转弹性极限时的扭转次数NO，其中NO、NI和N2为相同钢丝长度下的扭转次数。
2.根据权利要求1所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:加捻的扭转次数NI为扭转弹性极限时的扭转次数NO的2?6倍。
3.根据权利要求2所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的单丝钢帘线的平直度< 3cm/6m、残余扭转< 3T/6m。
4.根据权利要求3所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的单丝钢帘线应用于充气轮胎带束层。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的加捻与解捻步骤中涉及的加解捻装置，包括放线装置、加捻机⑷、限扭装置、解捻机(5)、收线装置和过线轮，所述的限扭装置设置在加捻机⑷与解捻机(5)之间，钢丝⑶依次经过放线装置的工字轮⑴、加捻机⑷、限扭装置、解捻机(5)、收线装置的工字轮⑵以及它们之间设置的过线轮。
6.根据权利要求5所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的加捻机⑷为内放线的双捻机，所述的解捻机(5)为内收线的双捻机。
7.根据权利要求5所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的限扭装置为限扭导轮(6)。
8.根据权利要求5所述的单丝钢帘线的制造方法，其特征在于:所述的加解捻装置还包括虚捻器(7)和校直器(8)，所述的虚捻器(7)和校直器(8)依次设置在解捻机(5)与收线装置之间。
【文档编号】D02G3/12GK104357991SQ201410595340
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘祥, 蒋日勤, 朱银贵, 张正裕, 姚海东 申请人:江苏兴达钢帘线股份有限公司