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高端钢丝绳发展之路

发布时间:2019-12-26 10:09 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

近几年许多企业在规划发展时,都把生产高端钢丝绳作为目标。希翼通过提高产品档次,跳出产品同质化和价格过度竞争的红海。随着人口红利的逐步消失,土地价格的升高以及环保的


       近几年许多企业在规划发展时,都把生产高端钢丝绳作为目标。希翼通过提高产品档次,跳出产品同质化和价格过度竞争的红海。随着人口红利的逐步消失,土地价格的升高以及环保的压力,低端产品没有溢价能力和价值,企业生存日益艰难。钢丝绳行业的根本出路在于提高产品质量档次。现在国家提倡的供给侧结构性改革,也是希翼优化产业结构,提高产业发展质量;优化产品结构,提高产品质量。
10年前,笔者参与了某合资企业的成立,从最早的市场调查、产品大纲的确定、设备清单及设备采购技术要求,以及原、辅材料的确认,到设备安装、调试,前期试生产所需的各项技术资料,人员招募、培训等过程。并从国外总部的技术管理培训中对生产高端钢丝绳有了切实的实践。国内生产调试时,从国外同行如美国WireCo总部、以及WireCo集团下的墨西哥Camesa、德国Casar等分企业技术专家在现场对关键点进行调试、检查和控制等过程中,对高品质钢丝绳的生产有了更清晰的认识。笔者曾在国内几家钢丝绳企业中服务,对国内钢丝绳的技术、生产和质量现状比较了解。现将国外部分企业与国内企业生产钢丝绳的不同之处加以总结分析,供国内钢丝绳生产企业借鉴,以期切实提高国产钢丝绳的产品实物质量。

1高端钢丝绳定义
什么是高端钢丝绳产品?国内某设计院将其译成“High Grade”,行业内的部分工程技术人员将高端产品特点理解成是高强度高韧性,强度即为1960MPa、2160MPa,甚至更高。而此处“Grade”专指钢丝的抗拉强度级别a。而国外同行将其定义为“Excellent service life”或“Longer service life”,意即“卓越的服务寿命”或“更长的服务寿命”。没有高端产品和低端产品概念,只有高质量产品(High Quality)和低劣(Poor)产品的差距。
国内企业现在面临的不是什么结构和规格的产品生产不出来,而是产品品质与欧、关、日等技术先进国家存在巨大差距的问题。世界著名起重机企业德马格(Demag)、科尼(kone),塔式起重机企业马尼托瓦克(manilowuc)等在中国都有生产和组装,但设备配置的钢丝绳均为进口钢丝绳,原因是国产钢丝绳的品质达不到设计要求。高品质的钢丝绳除了具有较长的使用寿命外,还应有均匀一致的通条性:再者就是具有使用寿命的可预期性,这样可为客户对产品的采购、储存、保养、使用和更换的计划性提供有效的保障。实际上,国外先进的钢丝绳制造商反复强调的是钢丝绳的使用寿命,这是客户关注之所在。

2影响钢丝绳品质的因素
2.1产品设计
影响钢丝绳品质的因素很多,首先是产品设计。设计决定了一部分钢丝绳的寿命。如普通的6股钢丝绳,国内有些生产企业为使经销商满意而设计成刚刚满足钢丝绳直径的最低要求。而国外钢丝绳厂家除了特殊场合钢丝绳设计直径为+2%左右,绝大多数钢丝绳的设计直径控制在+3%左右,少部分的专业用钢丝绳,其直径甚至控制在+4%左右:日本某著名企业普通类钢丝绳绳径设计控制在+3.8%
左右。当然,这些对钢丝绳的生产质量控制提出了很高要求,因为有+5%的钢丝绳直径上限要求口。
钢丝绳设计还要遵循安全原则,即各种结构的钢丝绳中,肉眼可视部分相对于不可视部分一定要是钢丝绳中最薄弱的环节和地方才合理,最易出现断丝且可以发现“非等寿命的设计”,这样在使用时,通过定期和不定期检查可以发现问题并及时更换,确保钢丝绳的安全使用[国。日本6×37钢丝绳结构中,股的下挖和中捻捻角大,上捻挖角较小且钢丝直径比下捻和中捻钢丝直径略小。在使用过程中,最外层钢丝伸长率小,钢丝直径也略小,断丝的可能性和概率大,很好地体现了安全设计原则和理念。
2.2生产环节影响质量的因素
生产制造环节影响产品质量的五大因素:人员、材料、机器设备、方法、环境(4MlV)。
2.2.1材料
2.2.1.1线材
线材是钢丝绳的主要原材料,是钢丝绳产品质量的基础。
GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》0中,中高碳钢碳质量分数波动范围为-0.03%一+0.05%,如70#线材的碳质量分数为0.67%-0.75%;某合资企业采购的产品标准完全按照日本IS标准进行分类,并将碳质量分数的波动范围缩小,有的仅为
±0.02%,各钢种钢号的划分更加详细,且各合金元素的含量也略有不同。尤其是合资企业采购标准中最大的一点不同就是对线材抗拉强度目标值及其范围均有明确的要求,也是判定线材是否合格的一个主要因素之一,而GB/T699-1999中对线材的抗拉强度没有强制性要求,笔者曾经遇到过65#线材比70#线材抗拉强度略高的情况。对抗拉强度有强制性的要求,虽然对线材生产企业要求提高了,但对提高线材品质的有效性和一致性,以及钢丝达到抗拉强度目标值的准确性有了更好的保障。
2.2.1.2钢丝绳用润滑油润滑油对提高钢丝绳的使用寿命有很大帮助。
现在国内润滑油同国外技术先进企业钢丝绳用润滑油有巨大差距。首先在品种上,国外钢丝绳用润滑油按照使用区域和专业性分为油田用、旋挖钻机绳用、锻打绳用、镀锌绳用、抗旋转钢丝绳用、露天矿钢丝绳用、渔业钢丝绳用等;而围内主要是矿山摩擦提升有的指定用增摩油,其他地方使用的润滑油没有什么区别。另外就是性能上,比如普通用途的钢丝绳,国产润滞油是由石蜡、防锈油以及塑料改性颗粒等组成,附着力很小,流动性强,使用中易于挤出、甩出,有些甚至热水烫一下,再用抹布擦拭,钢丝绳上就没有润滑油了,很难满足附着力等技术要求。国内很多的润滑油供应商仅能提供滴点和黏度试验,以及pH值等,而国外该类钢丝绳用润滑油是以沥青为基油,具有很好的润滑性能和防锈性能。其润滑油检测指标至少有15项,如锥入度、针入度、黏度、闪点、熔点、软化点、凝固点、铜腐蚀、盐雾试验、四球EP烧结点、四球EP载荷磨损系数、四球磨斑直径等。
钢丝绳用润滑油是非常专业的产品,国内钢丝绳企业需要同石油化工厂家进行深度合作,研发出满足市场要求的专业润滑油,共同发展。
2.2.2机器装备
装备和工具是生产力发展水平的标志,与行业的技术发展水平密切相关,反映了制造企业对产品实现相关技术要素的稳定控制和把握。
机器设备的配置会随着机器的整个寿命周期面存在,即使后来通过技术改造也难以达到满意的效果。笔者曾同国内某知名装备制造企业老总就钢丝绳生产装备情况进行过交流。假设国外钢丝绳制造商就生产高端钢丝绳产品再次进行选择,依然会选择欧美设备,究其原因是中国装备有些理念不同,尤其是国内装备的制造装配精度与之相比还存在较大差距。欧关制造的装备对产品品质的稳定性有更好的保障,而且高速、高效。好的装备对产品质量的保障程度很高,可以弥补一些人员经验和素质的不足。
比如捻股工序一台德国产的钢丝焊接机,其焊接范围0.20-4.76mm,一名新操作工,经过练习,稍微熟练后焊接处的钢丝抗拉强度就可以达到原钢丝抗拉强度的85%-90%。
有些设备制造商对关键工艺有切实可靠的解决方案,如热处理加热炉制造商提供的加热制度:压实轧机厂家提供的各道次压实率的分配等,这些都是有理论支撑的,非专业人士难以做到。
2.2.2.1恒张力放线装置根据国外先进企业在国内采购制绳钢丝情况,并结合生产经验,捻股合绳是生产高品质钢丝绳的重要工序。而捻股合绳的关键在于钢丝或股的放线张力控制。恒张力控制是关键,既控制放线张力的大小,也确保张力基本稳定。
恒张力控制的放线装置有3种结构形式:气动顶针装置:机械式顶针装置和穿轴式锁紧装置。其共同的特点就是放线张力摩擦盘固定在线框上,每次装、卸工字轮时,都无需调整张力。
笔者在国外考察、培训时,对捻股、合绳机的放线张力控制装置比较关注。美国WieCa新葡的京集团3522vip的捻股合绳设备都是上世纪70-80年代的产品,放线张力装置大都采用气动顶针装置恒张力控制。而墨西哥工厂的设备大多采用穿轴式,其恒张力装置的生产强度要高于顶针式恒张力装置的。
国内管式捻股机、合绳机的张力装置大多数是落轴式,非恒张力装置,即摩擦盘和轴连接在一起。或摩擦盘与工字轮焊接在一起,更换工字轮时需要重新调整张力,且放线钢丝或股到了工字轮两侧时,工字轮和线框会产生一定的倾斜,倾斜工字轮的侧边与线框又附加摩擦,张力无法保持恒定。钢丝直径越小、挖制速度越快对挖制质量的不利影响越大。
国内的挖股设备中上述3种恒张力结构都有,由于设计、制造、装配精度以及配套工字轮等原因,有些恒张力装置根本达不到恒张力的效果。笔者使用过国内几家专业设备制造商生产的恒张力装置(气动顶针装置和机械顶针装置),其使用效果不理想,如摩擦盘本身运行不同心,运转一周摩擦阻力时大时小;摩擦阻力片与摩擦轮产生相对滑移,摩擦片与摩擦轮两侧边不规则的摩擦等造成张力不恒定。
这样的装备很难生产出高品质的产品。
2.2.2.2配套工字轮工字轮是装载在设备上配套使用的,工字轮的质量对放线张力有很大的影响,从设计到制造都不可忽视,一定要做动平衡检测。同心度等如果没有得到很好地控制,会造成张力不一致。国内许多厂家配套的工字轮不到一年时间就需要全部进行返工返修,其隐性成本是很高的。如果从设计到制造都能严格把控,其工字轮的使用寿命会长很多。
2.2.2.3工装设计与制造捻股质量的控制,还与后变形器的设计、压线瓦的配套使用密切相关。
股扭应力的控制与后变形器的设计制造有很大的关系,需要专业人员提供主要工装参数及设计。北关有一种无间隙式压线瓦设计。其对股、绳直径等控制更加精确,可确保股中钢丝不会出现交叉、
“骑马”或位置交错的现象,对股中各钢丝相对位置的固定、股绳圆整性的保证程度很高。但对原工装模具的制造提出了更高的要求:其一,尺寸精度比原来高出许多;其二,制造工序多,需要在热处理后进行精磨来达到磨具控制的尺寸公差和表面精度。
国内某企业OEM出口产品以及某新建企业中,采用无间隙设计制造的压线瓦,在防止钢丝交叉跳丝等方面取得了明显效果,股表面平整光滑,没有出现过交叉丝、跳丝等情况。
2.2.2.4重视和严格实行整绳破断拉力试验国外钢丝绳的检测,完全按照标准进行取样和整绳破断拉力试验。所有的产品都根据批量抽样、取样原则,按照采购技术协议的要求进行整绳破断拉力试验。
钢丝绳做整绳破断拉力试验,既是标准的要求,也是自身质量管理控制和自我完善的要求。根据整绳破断拉力试验的数据判断是否符合标准要求,视一次拉断的股数量来检查验证合绳设备的张力放线状态是否一致。
抗旋转钢丝绳通过整绳破断拉力试验,既可以判断其破断拉力是否达到标准要求,也可以通过抗旋转钢丝绳在受力状态下钢丝绳的偏转角度,来判断该钢丝绳是否达到阻旋转的要求。
2.2.3方法
在技术改造和产品升级前,一定要谋划在前,以高品质为目标。有些企业在环保要求和资金压力下,考虑取消线材整体表面处理,采用以机械式剥壳为主,辅以盐酸洗、磷化和涂层处理等。这样的生产工艺对需要经过热处理的小直径成品钢丝可以,但对采用直接拉拔的大直径的成品钢丝则弊端很大。机械式反复弯曲去除氧化铁皮的方式,会造成线材表面损伤和微裂纹。这些带有表面损伤和微裂纹的制绳钢丝,在使用中会成为疲劳断裂源和应力应变交集点,大大降低钢丝绳的使用寿命。而一旦选择了全部采用机械式剥壳方式处理线材,最好放弃直拉制绳钢丝工艺路线。
在质量控制中,可以引进国外行之有效的“首批首件必检”制度。如拉丝更换规格时,在完成起头部分后,停下来取样进行各项性能检测,只有合格后才能继续生产,否则需要更换坯料等:对合绳起头正常部分进行不松散性能的定量检测等都是严格控制钢丝绳质量的有效手段和方法。
2.2.3.1水浴淬火处理存在的问题目前国家环保要求热处理取消铅浴,许多企业都采用水浴淬火处理。水浴处理与铅浴淬火处理明显区别除了淬火介质外,淬火后钢丝缺少一个等温转变的过程。
现在水浴处理后,半成品钢丝的抗拉强度、断面收缩率或伸长率都可以达到铅浴处理后的水平,但大规格直径如热处理钢丝直径≥2.80mm,进行拉拔后成品钢丝强度达不到铅浴淬火钢丝水平,且热处理钢丝直径越大,差距也越大,主要是钢丝水浴时存在淬透性问题。同一钢种,欲提高成品钢丝的强度,就需要提高热处理半成品钢丝直径,而半成品钢丝直径越大,水浴淬火的淬透性问题也越明显。国外取消铅浴后采用的是盐浴,制绳钢丝强度可以达到2460MPa。热处理的盐浴淬火技术是国内急需解决的技术难题。
2.2.3.2捻制、合绳扭应力控制技术先进企业对捻制质量如股、绳扭应力状态有指标化控制要求,是以量化的股扭应力状态作为控制指标。国外企业依据钢丝绳的捻法、捻向,以及股结构的不同,对股应力状态的要求也不同。如6×36WS结构交互捻钢丝绳和同向捻钢丝绳,其股的应力控制指标就不一样。捻制时股的应力对合绳后钢丝绳的使用寿命有一定影响。
钢丝绳扭应力的控制主要取决于合绳预变形器各有关参数的选择和调整,经过高品质预变形处理的钢丝绳,每根钢丝和股都保持静止状态,这样可以将钢丝绳内部应力降到最低,钢丝绳寿命随之提高。
2.3人的因素
笔者在同美国、墨西哥及德国同行的交流中,明显感觉到他们对自己所从事的工作和职业而感到满意,更为企业品牌拥有的关誉度而感到骄傲和自豪。
钢丝绳产品的生产特点除热处理外,拉丝、捻股、合绳等工序大都是单机独立操作,非自动流水线:有些产品关键点的控制和特制的工装,都是钢丝绳制造商独有设计的,这也是钢丝绳行业没有进行产业转移的原因之一。人员的技术素质和操作的熟练程度对产品质量影响很大。

3结语
国内企业面对与国外先进企业的差距,应积极引进新技术,并在引进的基础上很好地消化吸取,再进行技术改革,使产品结构由低端转向高端。对创新产品的评价,一定要由市场来完成。新设计制造的钢丝绳,不能因为其拆股破断拉力总和满足标准要求就判断其合格。它应该是整绳破断拉力合格后采取的另一种检测方法。而且新设计的钢丝绳品种还要看其是否适应于客户的设备及使用工况,尤其是较之以前的产品寿命是否真正得到了提高。国内钢丝绳企业要正视存在的问题,在硬件方面暂时不能解决的情况下,可以在产品设计、工装完善、拉丝、捻股、合绳,以及检查控制和质量检测等方面加以提高,并高度重视和跟踪使用效果,逐步缩小与国外先进企业的技术差距,建立差异化的比较优势,尤其是可以专注于某类产品而逐步形成自己的特色和季头产品。


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