Tråddragningsprocessen har i praktiken förändrats mycket lite under åren. Man använder en kombination av en matris och/eller en serie av matriser för att dra tråd till en vald tjocklek. Dragna trådar används i många andra tillämpningar än vad vi normalt skulle kunna tänka oss, t.ex. elektriska trådar och TV-kablar. Fjädrar av alla slag tillverkas t.ex. av dragna trådar, liksom armeringsjärn som används i konstruktioner över hela världen. Pappersklämmor och häftklamrar tillverkas av tunn dragen tråd. Även ekrar på hjul, trådborstar och metallhandtag tillverkas av dragna trådar. Det finns bokstavligen tusentals färdiga produkter som är beroende av dragen tråd. För att tillgodose detta ständigt växande behov drar metallbearbetningsföretag årligen miljontals kilometer tråd. Av denna anledning är tråddragning, även om processen är oförändrad sedan många år tillbaka, en extremt kostnadskänslig och konkurrensutsatt marknad. De företag som tillverkar tråddragningsutrustning och processutrustning för tråddragning är i sin tur mycket intresserade av alla produktivitets- och effektivitetsfördelar de kan få. En av dessa främsta fördelar är att använda en växelströmsinverter. Inverterare är mycket effektivare, använder färre delar och möjliggör högre produktivitet än traditionella konstruktioner.

Ett vanligt diagram som visas nedan illustrerar tråddragningsprocessen. Om flera matriser används kopplas de samman seriellt tills det önskade tvärsnittet uppnås. Det är oerhört viktigt att hålla kontinuerlig och känna spänning och hastighet på tråden när den rör sig genom maskinen. Detta säkerställer ett konsekvent tvärsnitt.

Vetenskap bakom tråddragning

Metallurgi är läran om metall och metallprocesser. Det finns en definierad förändringshastighet för metallens egenskaper baserat på spänning och hållfasthet över ett temperaturintervall när metallen manipuleras. Tråddragning är en metallbearbetningsprocess som används för att minska tvärsnittet av tråd genom att dra den genom en serie av matriser. Denna process är en typ av smide. Smide är den plastiska, eller permanenta, förändringen av en metallform. Smidning kan utföras vid heta, varma eller kalla temperaturer. Eftersom metaller har olika egenskaper vid olika temperaturer är det möjligt att ändra metallens egenskaper när temperaturen stiger. När tråd dras dras den vid rumstemperatur. Vid den tidpunkten smids den genom kallbearbetning. Kallbearbetning av en metall är en term som används för att plastiskt deformera en metall vid rumstemperatur utan att metallens egenskaper ändras. När tråden dras ändrar metallen inte sina egenskaper, den ändrar bara form.

Tråddragningsprocessen

Processen i sig är faktiskt ganska enkel. För att påbörja tråddragningsprocessen placeras en spole med tråd i början av maskinen på en spole. För att den ska kunna matas genom maskinen måste trådänden klippas eller plattas till. Den matas genom maskinen och genom en serie av matriser för att uppnå sitt slutliga tvärsnitt. I slutet av maskinen finns vanligen en spole eller en spolare så att den färdiga produkten är en trådspole med önskat tvärsnittsareal. Slutprocessen kan också vara en fatpacker där en tunna placeras och den spolade tråden spolas direkt in i tunnan med hjälp av en vridskiva.

Det är mycket viktigt att temperaturen i maskineriet inte blir för hög (främst på grund av den energi som frigörs när metallen deformeras) och att tråden har en konstant spänning och hastighet när den rör sig genom serien av matriser. Historiskt sett uppnåddes detta enbart med mekaniska medel. Likströmsdrifter började dock användas för att driva motorerna på vissa nivåer beroende på vilken metall och vilket tvärsnitt som krävs. I takt med att tekniken förbättrades lades mjukvara till för spolningstillämpningar som höll materialet i rörelse med rätt hastighet och spänning för att säkerställa en bra produkt. Detta tog bort en del av mekaniken och överförde den till elektronisk teknik. Med införandet av högpresterande och högeffektiva växelströmsdrifter med kraftfulla processorer för programvara har det mekaniska beroendet av maskinerna minskat avsevärt.

Drivsystem och tråddragningsprocessen

Som diskuterats ovan kan växelströmsomriktare användas för ett brett spektrum av funktioner på en tråddragningsmaskin eftersom de är mycket lika en lindningsmaskin. Elektronisk linjeaxel, vektorstyrning och seriell kommunikation används på många av dessa moderna maskiner.

Definition av elektronisk linjeaxelprogramvara

Elektronisk linjeaxelprogramvara gör det möjligt att synkronisera en eller flera drivna motorer med en huvudkodarsignal. Huvudkodaren ger en pulsreferens till efterföljaren som resulterar i att efterföljaren beordrar sin motor att bibehålla ett visst axelläge. Följardrivningen övervakar pulsåterkopplingen från huvudkodaren och sin egen kodare. Efterföljaren kompenserar sedan för eventuella lägesfel genom att justera motorns utgångshastighet, vilket resulterar i en nästan perfekt anpassning mellan systemets huvudmotor och efterföljarens motor. Det finns ingen ackumulering av lägesfel, så anpassningen kommer alltid att bibehållas…

På en tråddragare används en huvuddrivning och resten är följardrivningar. I programvarudefinitionen står det vidare:

Följaren har också en elektronisk växlingsfunktion. Detta gör det möjligt för efterföljaren att arbeta i ett förhållande till huvuddrivningen som om de två var mekaniskt kopplade genom remmar eller kugghjul. Denna programvara omfattar ”förbättrad” Modbus-kommunikation. Registreringsstyrningsfunktionen gör det möjligt för följardrivningen att ta emot ett registreringsmärke från den rörliga produkten och reglera dess vinkelposition. Detta används för specialtillämpningar som förpackningsmaskiner, flygande avklipp, etiketter…

ELS-programvaran är idealisk för en tråddragare eftersom dess upprullningsliknande egenskaper kräver att tråden rör sig med en känd och kontinuerlig spänning och hastighet. Den måste kontinuerligt justera för fel och spårning.

Införandet av växelströmsdrifter gav inte bara mycket bra prestanda, det gav användaren fördelen att inte förlita sig på mekaniska delar, som är utsatta för slitage. Därför minskas förebyggande underhåll och rutinmässiga nedslitningar avsevärt.

Utmaningar i tråddragningstillämpningen är bland annat:

• Snabba processtider.
• Hög vridmoment- och hastighetsstyrning.
• Snabba accelerationer till en hastighet och avmattning till nollhastighet igen utan att spänningen går förlorad.
• Varierade hastighetsområden och vridmomentkrav beroende på material.
• Processen kan drabbas av mycket liten stilleståndstid.
• På grund av hastigheten kan problem med processen orsaka stora mängder skrot och förlorade intäkter.

Skärmaskiner

Många företag som tillhandahåller utrustning för tråddragning tillhandahåller även kringutrustning. Efter att ha dragit tråden finns det krav på att skära till en viss längd. En VFD med elektronisk linjeaxel utför denna funktion mycket bra. Det finns en huvuddrivning med sluten slinga och en efterföljande drivning efter skärhjulet. Huvuddrivningen måste upprätthålla exakt spänning och hastighet tillsammans med följardrivningen.

Trumpförpackare

En trådtrumpförpackare är en enhet som kan placeras direkt från trådlådan -eller upprullad tråd kan föras över till en annan station. I tunnpackningsfunktionen placeras en tunna på ett roterande vändbord. Tråd matas kontinuerligt in i botten av tunnan och rullas upp. Det finns vanligtvis två motorer på en fatpacker, en för att lägga ut tråden och en för att snurra runt vändbordet. Eftersom denna process är mycket långsammare och inte är beroende av spänningen utan endast måttligt av hastigheten, kopplas en liten öppen kretsdrift till en vektordrift med sluten krets för vridbordet. Det finns också en version av denna enhet som endast omfattar vridbordet. I det fallet installeras endast en enda växelströmsdrift.

Spolare och spolare

Spolare finns ofta i slutet av tråddragningsmaskiner. Spolare är separata maskiner som spolar upp tråd och slutprodukter av olika tjocklek och styrka. Deras enda syfte är att linda, eller spola, slutprodukten för transport. Spolare kan användas för att spola upp mycket stora kablar i höga hastigheter och har gått upp till 1000 hästkrafter. Spolare verkar vara mindre och går inte över 50 hk. Även om de fyller samma funktion ser spolare ut att vara mindre än spolare och kallas så i branschen.

Användningskrav

Drivfunktioner som lämpar sig för tråddragningsprocessen

De funktioner som kan tillämpas vid drift av en tråddragare, spolare och spolare liknar mycket en spolare. I tabellen nedan visas funktionerna och fördelarna med att använda VFD:er i lindningstillämpningen.

För mer information om Yaskawa America, besök www.yaskawa.com.