在扁線連續軋延過程中，線材張力會影響材料的輸送狀態、製程穩定性，以及成品扁銅線或扁鋁線的品質一致性。產線某一區段的張力變化，也可能影響其他製程區段的運作。
因此，要實現穩定可靠的張力控制，必須協調放線、軋延與收線等製程，而不只是單純提高或降低某一台馬達的轉速。
本文將介紹線材張力變化的原因、常見控制方法、基本計算方式，以及設備選型時應注意的事項。
1. 為什麼線材張力控制很重要？
線材張力是指材料在輸送過程中，沿著線材長度方向所承受的拉力。張力會受到放線阻力、材料流動狀態、驅動系統及收線條件等因素影響。
若張力控制不當，可能導致以下問題：
- 尺寸偏差： 縱向拉力的變化可能影響材料的變形狀態及成品線材的最終尺寸。
- 導線偏移： 張力波動可能加劇線材偏移或走線不穩的情況，尤其在線材導引裝置調整不當時更容易發生。
- 表面損傷： 線材運行不穩定可能增加其與導輪或其他機械零件之間不必要的接觸，進而造成表面損傷。
- 斷線或停機： 過大的拉伸負荷或突發性的張力變化，可能導致線材斷裂或生產中斷。
不過，張力並不是決定線材品質的唯一因素。軋輥幾何形狀、軋輥間隙設定、原材料一致性、潤滑條件及設備對中精度等，也都必須妥善控制。
如需進一步了解金屬線材的成形製程，請參閱我們的銅線軋延製程指南。
2. 軋延產線中哪些位置容易發生張力變化？
一條扁線連續軋延產線可能包含放線裝置、線材導引裝置、一組或多組軋延機架、選配的張力控制元件，以及收線系統。
不同區段的張力控制需求也有所不同。
| 產線區段 | 控制目標 | 主要影響因素 |
|---|---|---|
| 放線裝置 | 維持穩定的線材供應 | 放線阻力、煞車力、加速條件 |
| 軋延機架入口 | 確保材料穩定進入軋延區 | 入口張力、導引裝置、材料狀態 |
| 軋延機架之間 | 協調各階段的材料流量 | 截面減縮量、速度匹配、機架間張力 |
| 軋延機架出口 | 確保線材穩定輸送至下一製程 | 出口速度、下游牽引力 |
| 收線裝置 | 在受控張力下進行收線 | 線捲半徑變化、扭矩、收線速度 |
在放線區段，煞車力或線捲放線阻力的變化，可能造成入口張力不穩定。
在軋延機架之間，若前一機架輸出的材料流量與下一機架接收的材料流量不一致，就可能產生張力波動。
在收線區段，隨著線捲半徑逐漸增加，收線扭矩與線材張力之間的關係也會隨之改變。
需要注意的是，並非所有軋延產線都需要配置相同的感測器或張力控制裝置。
3. 常見的線材張力控制方法
張力舞動輪控制（Dancer Control）
張力舞動輪系統利用可移動的滾輪機構，補償線材輸送過程中的變化。
舞動輪的位置可以作為回授訊號，用於調整相關驅動裝置的運轉速度。依據機構設計，施加於舞動輪的作用力也有助於建立所需的線材張力。
舞動輪系統必須依照線材特性及實際運轉條件進行選型與調整。若設定不當，反而可能造成製程不穩定。
荷重元張力量測（Load-Cell Measurement）
荷重元可以量測作用於測量滾輪上的力量。
在機構幾何配置適當且完成正確校正的情況下，可利用量測訊號估算線材張力，並作為回授控制的依據。
量測精度取決於安裝方式、線材對測量滾輪的包角、感測器校正及訊號處理等因素。
因此，在將量測數據用於張力控制之前，必須先確認這些條件。
速度協調與閉迴路控制
各軋延機架必須維持相互匹配的材料流量，但馬達轉速相同，並不代表線材的實際運行速度一定相同。
材料截面積減少、寬度方向的展寬，以及軋輥與線材之間的滑移，都會影響兩者之間的關係。
若設備規格包含相關功能，控制系統可以結合各驅動裝置的速度指令，以及舞動輪位置或張力量測的回授訊號，進行協調控制。
可程式邏輯控制器（PLC）與驅動控制器可以依據偵測到的偏差，調整運轉速度或扭矩。
不過，若控制參數調整不當，可能造成系統振盪或反應延遲。
上述內容屬於一般性的工程控制方法，並不代表所有 CRM 軋延產線都配備這些功能。
如需了解更多設備規劃相關事項，請參閱如何制定客製化尺寸扁平電磁線生產線的技術規格。
4. 張力與材料流量的基本計算
線材張力與拉伸應力
線材長度方向的平均拉伸應力，可以透過以下公式進行估算：
拉伸應力（N/mm²）＝ 線材張力（N）÷ 截面積（mm²）
將公式重新整理後，可得到：
線材張力（N）＝ 拉伸應力（N/mm²）× 截面積（mm²）
假設某線材的截面積為 4.5 mm²，並假設其拉伸應力為 2 N/mm²：
線材張力 ＝ 2 × 4.5 ＝ 9 N
此計算僅為數學示範，並非建議採用的張力設定值，也不代表 CRM 設備所保證的性能。
實際張力設定必須依據材料特性與加工條件進行工程評估後才能確定。
材料流量的匹配計算
在理想的穩態運轉條件下，假設材料損失可以忽略，且材料密度大致保持不變，則可使用以下關係式：
入口截面積 × 入口速度 ≈ 出口截面積 × 出口速度
假設入口截面積為 6.0 mm²、出口截面積為 4.5 mm²，而出口速度為 20 m/min：
入口速度 ≈（4.5 × 20）÷ 6.0 ＝ 15 m/min
上述數值僅用於說明理論上的材料流量連續性，並非建議的設備運轉速度，也不是經過驗證的實際生產性能。
實際軋輥轉速與張力設定，還會受到軋輥滑移、材料展寬及運轉條件等因素影響。
如需比較不同金屬線材成形方式，請參閱矩形銅導體製造：扁線軋延機與拉線機的比較。
5. 線材張力不穩定的故障排除
張力問題的發生位置，不一定與異常現象出現的位置相同。因此，應檢查整條產線的線材輸送路徑。
| 異常現象 | 可能原因 | 建議檢查項目 |
|---|---|---|
| 張力反覆波動 | 放線不穩定、驅動速度不匹配、控制器參數調整不當 | 放線裝置運作、速度回授訊號、控制參數 |
| 張力過大 | 張力設定值過高、煞車力過大、收線速度不匹配 | 設定值、煞車系統、驅動裝置反應 |
| 製程區段之間線材鬆弛 | 速度或加減速條件不匹配 | 機架間材料流量與同步狀態 |
| 收線過程中張力變化 | 線捲半徑增加、補償控制不足 | 收線扭矩、收線控制系統 |
| 導線偏移或表面缺陷 | 導引裝置未對準、線材運行路徑不穩定 | 導輪位置、對中狀態、張力變化情形 |
實際檢查時，建議先確認設備的機械對中狀態及線材導引裝置是否正常。
接著，若設備配有張力感測器或舞動輪，應檢查感測器校正狀態及舞動輪的動作情形。
之後，再確認放線裝置、各軋延機架與收線裝置之間的速度及運作協調情況。
最後，在穩定的運轉條件下，評估成品線材的品質。
進行檢查與調整時，必須遵守經核准的安全作業程序，並避免同時修改多項控制參數。
6. 購買扁線軋延產線前應確認哪些事項？
為了評估合適的張力控制配置，設備供應商需要充分了解材料特性與生產需求。
應提供的資訊包括材料牌號與狀態、原材料形狀與尺寸、成品寬度與厚度、尺寸公差、預計軋延道次、目標產能，以及放線與收線設備的相關要求。
此外，也應明確說明成品表面品質及機械性質的要求。
建議要求供應商說明所提出的張力控制方式、適用時的張力量測位置、驅動系統的協調方式，以及設備運轉限制。
不應假設一般技術文章中提及的功能，都會自動包含在特定設備的報價或供應範圍內。
在雙方約定的工廠驗收測試（Factory Acceptance Test，FAT）期間，應評估成品尺寸、表面品質、穩定運轉速度，以及符合驗收要求的產品產出量。
若張力控制功能包含在雙方約定的設備供應範圍內，則應依照事先同意的測試方法，驗證其實際控制性能。
所有保證數值都應明確列於經核准的技術規格文件中。
如需討論符合特定應用需求的設備配置，可參考 CRM 精密扁線軋延機。
常見問題（FAQ）
只靠調整軋延速度，就能控制線材張力嗎？
並非所有設備配置都適用。速度協調固然重要，但有效的張力控制可能還需要機械式調節、舞動輪位置回授，或直接進行張力量測。
線材張力越高，製程就越穩定嗎？
不一定。過高的張力會增加線材承受的拉伸負荷，可能造成材料損傷或斷線。適當的張力設定取決於材料特性及加工條件。
每一組軋延機架都需要安裝張力感測器嗎？
不需要。張力感測器的數量與安裝位置，取決於產線架構及所採用的控制策略。
張力控制能保證更嚴格的尺寸公差嗎？
不能。穩定的張力有助於維持製程一致性，但最終尺寸公差仍取決於軋輥幾何形狀、軋輥間隙控制、原材料條件及其他運轉因素。
結論
在扁線連續軋延製程中，要有效控制線材張力，必須確保放線裝置、各軋延階段及收線系統之間的協調運作。
張力舞動輪、荷重元及回授控制系統，在正確選型與整合的情況下，都可以成為有效的張力控制方式。然而，並不存在適用於所有加工需求的單一控制方法。
Sky Bluer Environmental Technology Co., Ltd.（CRM）專業製造精密軋延機及客製化金屬線材加工設備。
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