黃立峰，李世偉，劉寶慶，卜春陽(yáng)

(1.金堆城鉬業(yè)光明(山東)股份有限公司，山東 淄博 255300)(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710077)

0 前 言

拉絲模是拉制各種金屬線材的模具，可拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體，適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工，使之得到絲徑精密、表面質(zhì)量好、強(qiáng)度高的線材［1－2］。鉬絲的耐高溫、高強(qiáng)度，耐磨等特性，使其廣泛應(yīng)用于電光源、線切割等行業(yè)，但是其具有變形溫度高、加工硬化速率快、抗拉強(qiáng)度大的特點(diǎn)，所以加工難度大，對(duì)拉絲模具的質(zhì)量要求很高［3－4］。細(xì)鉬絲常用聚晶拉絲模，影響拉絲模使用質(zhì)量的因素除模芯材質(zhì)外，主要是拉絲模的孔型參數(shù)［5－7］。本文通過研究設(shè)計(jì)拉絲模主要參數(shù)，使用CU－10 拉絲模檢測(cè)儀檢測(cè)變化情況，對(duì)比分析拉絲?？仔蛥?shù)的最佳范圍，以提高拉絲模使用質(zhì)量和工作壽命［8－9］。

1 細(xì)鉬絲用聚晶拉絲模

1.1 拉絲模結(jié)構(gòu)

鉬絲加工中的拉絲模由模芯和模套兩部分組成，模套的作用是固定模芯構(gòu)成，整體模具保證使用方便，在拉絲時(shí)防止模子受力過大產(chǎn)生破裂，使模子的抗沖擊性能提高，減少或抵消模芯所受的脹力，提高模芯強(qiáng)度，同時(shí)拉絲變形所產(chǎn)生的熱量通過模套起著傳熱和散熱的作用［10－11］。

一般情況下，拉絲模的?？捉Y(jié)構(gòu)形狀見圖1。由入口區(qū)、潤(rùn)滑區(qū)、工作區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)5 部分組成［12］。

圖1 拉絲模的?？捉Y(jié)構(gòu)形狀圖

(1)入口區(qū)和潤(rùn)滑區(qū):入口區(qū)一般帶有圓弧，便于拉制材料進(jìn)入工作區(qū)，不為?？走吘壦羵?，潤(rùn)滑區(qū)形成儲(chǔ)蓄池，使?jié)櫥瑒﹥?chǔ)蓄并起潤(rùn)滑作用。

(2)工作區(qū)是整個(gè)?？椎闹匾糠郑步袎嚎s區(qū)，金屬拉伸塑性變形是在本區(qū)進(jìn)行的，即金屬材料通過此區(qū)由大尺寸的截面積壓縮成小尺寸的截面積。

(3)定徑區(qū)的作用是絲材獲得穩(wěn)定和精確的形狀、尺寸，定徑區(qū)要進(jìn)行鏡面拋光才能保證拉絲表面質(zhì)量。

(4)拉絲模的出口圓錐一般為錐形體或半圓球體，其作用是為了防止絲材出模時(shí)被劃傷表面，出口角的大小為60°左右。

1.2 拉絲模檢測(cè)儀

挪威Conoptica 公司生產(chǎn)的CU－10 拉絲模檢測(cè)儀，由拉絲模具三維檢測(cè)儀以及檢測(cè)軟件和專用電腦組成，可將拉絲模全面檢測(cè)出內(nèi)部孔型圖，包括孔徑、橢圓度、定徑區(qū)長(zhǎng)度(包括左右定徑、平均定徑、有效定徑)、壓縮角(包括左右半角)等主要參數(shù)，操作界面圖見圖2［13－14］。

圖2 CU－10 拉絲模檢測(cè)儀操作界面圖

1.3 細(xì)鉬絲拉絲?，F(xiàn)用狀況

現(xiàn)用細(xì)鉬絲聚晶拉絲模多數(shù)使用質(zhì)量不穩(wěn)定，工作壽命起伏較大，例如直徑0.18 mm 的為10 萬(wàn)～30 萬(wàn)m。通過使用CU－10 拉絲模檢測(cè)儀對(duì)現(xiàn)用拉絲模進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)主要有以下問題［15］:

(1)檢測(cè)壓縮角較小，多數(shù)為4° ～6°，并且有左、右半角不對(duì)稱的情況。

(2)定徑區(qū)長(zhǎng)度范圍為20% ～90%，也存在左右不對(duì)稱的情況。

2 拉絲模主要參數(shù)的研究設(shè)計(jì)

在拉絲模各區(qū)中，與所加工金屬絲材接觸最密切的是工作區(qū)和定徑區(qū)，其中最重要的孔型參數(shù)是壓縮角、定徑區(qū)長(zhǎng)度、孔徑橢圓度［16－17］。

2.1 壓縮角

工作區(qū)承受拉絲變形主作用力，是拉絲模的重要部分，壓縮角是其最重要參數(shù)。壓縮角的大小與拉絲時(shí)斷面收縮率(即拉絲壓縮率)有密切關(guān)系，國(guó)外引入△參數(shù)作為確定壓縮角的關(guān)鍵因素，其定義為“通過拉絲模面中點(diǎn)的圓弧與金屬絲與模子接觸長(zhǎng)度的比值”，用公式可表示為:［18］

其中，斷面收縮率r，壓縮角2α。

一般認(rèn)為在潤(rùn)滑條件良好的情況下，參數(shù)取值1 ～1.5 之間，可有利于拉絲順利進(jìn)行，潤(rùn)滑條件較差時(shí)要加大參數(shù)值，可達(dá)到2.0 左右。按照細(xì)鉬絲的拉絲道次壓縮率通常范圍10% ～20%，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)中絲材表面和潤(rùn)滑劑性能的變化，對(duì)應(yīng)的壓縮角可選定6° ～14°。按照理論公式，測(cè)算參數(shù)如表1。

表1 不同拉絲壓縮率、壓縮角下對(duì)應(yīng)的值

2.2 定徑區(qū)長(zhǎng)度

定徑區(qū)過長(zhǎng)使摩擦力增加，從而使拉伸力增加，易引起縮絲、斷絲;定徑區(qū)過短會(huì)降低模子強(qiáng)度和重復(fù)使用次數(shù)。一般情況，軟金屬絲定徑區(qū)長(zhǎng)度是?？字睆降?. 5 ～1. 5 倍，硬金屬絲則可取得短一些［19－20］。

2.3 孔徑橢圓度

在拉絲?？讬M截面上存在著直徑不等的現(xiàn)象，其最大外徑與最小直徑之差即為橢圓度。在理想狀況下，當(dāng)然希望橢圓度越小越好，但是實(shí)際上或多或少都有橢圓。橢圓度一般用最大和最小直徑差值除以標(biāo)稱直徑，所得的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，一般控制在0.4%以內(nèi)。

根據(jù)以上所述，設(shè)計(jì)從φ0.30 mm 至φ0.18 mm的多模拉絲，各道次壓縮率14% ～18%之間，拉絲速度50 ～60 m/min，可選取壓縮角8° ～12°，有效定徑區(qū)長(zhǎng)度40% ～80%，橢圓度不超過0.4%，研究各拉絲模的?？讌?shù)變化［21－22］。

3 拉絲模主要孔型

3.1 拉絲模主要孔型參數(shù)變化

為研究各拉絲模的孔型參數(shù)變化情況，在每拉絲一定數(shù)量后，用CU－10 拉絲模檢測(cè)儀全面檢測(cè)1次，從新模初始狀態(tài)開始，每個(gè)拉絲模共計(jì)檢測(cè)7次，檢測(cè)頻率如表2［23］。

表2 拉絲模檢測(cè)頻率表

2.1 孔徑變化情況

在連續(xù)拉絲過程中，拉絲?？讖降淖兓闆r如表3 所示，對(duì)比圖如圖3 所示。

表3 各拉絲模孔徑變化檢測(cè)記錄表

圖3 拉絲?？讖阶兓瘜?duì)比圖

在拉絲50 萬(wàn)m 以內(nèi)，各孔徑逐步緩慢變大，在50 萬(wàn)m 以后，最后一道拉絲模0.18 mm 有加速增大趨勢(shì)，尺寸已超出公差范圍。

2.2 壓縮角變化情況

在連續(xù)拉絲過程中，壓縮角的變化情況見表4，對(duì)比圖見圖4。

表4 各拉絲模壓縮角變化檢測(cè)記錄表

圖4 拉絲模壓縮角變化對(duì)比圖

隨拉絲數(shù)量的增加，拉絲模壓縮角變小，尤其是最后一道拉絲模0.18 mm。

2.3 定徑區(qū)長(zhǎng)度變化情況

在連續(xù)拉絲過程中，定徑區(qū)長(zhǎng)度的變化情況見表5，對(duì)比圖見圖5。

表5 各拉絲模定徑區(qū)長(zhǎng)度變化檢測(cè)記錄表

圖5 拉絲模定徑區(qū)長(zhǎng)度變化對(duì)比圖

隨拉絲數(shù)量的增加，定徑區(qū)長(zhǎng)度變大，尤其是最后一道拉絲模0.18 mm。

2.4 ?？讬E圓度變化情況

在連續(xù)拉絲過程中，?？讬E圓度的變化情況見表6，對(duì)比圖見圖6。

表6 各拉絲模橢圓度變化檢測(cè)記錄表

隨拉絲數(shù)量的增加，模孔橢圓度變大，尤其是最后一道拉絲模0.18 mm。

圖6 拉絲模橢圓度變化對(duì)比圖

3 對(duì)比分析

從以上的檢測(cè)數(shù)據(jù)可看出，設(shè)計(jì)的這套拉絲?？身樌z50 萬(wàn)m，使用效果較好。超過50 萬(wàn)m后，這套拉絲模的最小孔徑0.18 mm，首先磨損超過0.002 mm，直徑偏差超出標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)壓縮角明顯變小，定徑區(qū)顯著變大［24－25］。

這是由于對(duì)于相同質(zhì)量絲材而言，絲徑越小，其表面積越大，相應(yīng)在拉絲時(shí)與拉絲模接觸的面積加大，易造成拉絲模的磨損大，所以該套拉絲模的最小?？紫饶p超差，符合多模拉絲的?？鬃兓?guī)律［26－27］。

4 結(jié) 論

由以上對(duì)細(xì)鉬絲聚晶拉絲模的孔型設(shè)計(jì)和使用檢測(cè)對(duì)比可看出合理的孔型參數(shù)對(duì)實(shí)際拉絲過程的重要性，對(duì)于細(xì)鉬絲從0.30 mm 拉制至0.18 mm 的各拉絲模，合理的參數(shù)為壓縮角8° ～12°，有效定徑區(qū)長(zhǎng)度40% ～80%，橢圓度不超過0.4%。

并且對(duì)于多模拉絲，正常情況下后面道次的拉絲模磨損比前面道次的要大，最后幾道拉絲模易出現(xiàn)超差情況［28］。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中要定期檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)更換，保證整套拉絲模的合理使用。

［1］ 白淑文，張勝華. 鎢鉬絲加工原理［M］.北京:輕工業(yè)出版社，1983.

［2］ 朱恩科，李曉英，馬林生.鉬絲標(biāo)準(zhǔn)化［J］. 中國(guó)鉬業(yè)，2003，27(2):59－64.

［3］ 黃培云. 粉末冶金原理［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，1997.

［4］ 稀有金屬材料加工手冊(cè)編委會(huì).稀有金屬材料加工手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［5］ 楊學(xué)鋒，鄧建新.拉絲模材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的發(fā)展［J］.工具技術(shù)，2004，38(8):64－68.

［6］ 謝鐵橋，于仁偉.我國(guó)拉絲模的現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.金屬制品，1989，15(3):5－9.

［7］ 孫金茂，張建家.拉絲?，F(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)外修模設(shè)備綜述［J］.上海金屬，1991，13(3):23－26.

［8］ 葉景風(fēng)，劉 寧，殷衛(wèi)海，等.提高硬質(zhì)合金拉絲模性能的研究進(jìn)展［J］.硬質(zhì)合金，2005，22(3):183－188.

［9］ 陳三平，朱志云. 提高鎢鉬拉絲模使用壽命的探討［J］.中國(guó)鎢業(yè)，2003，18(3):24－26.

［10］ 方 琦.國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)合金拉絲模的發(fā)展情況［J］.硬質(zhì)合金，1994，11(1):57－63.

［11］ 鄒英姿.拉絲模內(nèi)孔裂紋產(chǎn)生原因初探［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2000，142(9):24－25.

［12］ 甘曉明.聚晶金剛石拉絲模具孔型結(jié)構(gòu)分析［J］. 金剛石與磨料磨具工程，2005，146(2):50－52.

［13］ 張玉杰，鄭晨升，蔡陳贄. 拉絲?？仔蜏y(cè)量?jī)x的研制［J］.冶金自動(dòng)化，2005，29(1):63－65.

［14］ 王瑞雪，盧學(xué)軍，楊井瑞. 聚晶金剛石拉絲模拉拔過程的計(jì)算仿真［J］.工具技術(shù)，2012，46(4):49－52.

［15］ 湯小雷. 拉絲模使用中常見的問題［J］. 金屬制品，2003，29(2):51－52.

［16］ 甘曉明，華紅艷.聚晶金剛石拉絲模具的特種加工方法綜述［J］.金剛石與磨料磨具工程，2005，146(3):70－72.

［17］ 王尚志，馬詩(shī)熙.細(xì)晶粒硬質(zhì)合金拉絲模材料的研制［J］.硬質(zhì)合金，1993，10(4):227－228.

［18］ 肖東平. 拉絲模的最佳孔型結(jié)構(gòu)及加工方式［J］.金屬制品，2003，29(1):44－46.

［19］ 羅 麗.國(guó)外拉絲模加工方法及材料特性綜述［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，1993，114(9):55－58.

［20］ 闞玉珍. 提高拉絲模壽命的探討［J］. 金屬制品，1997，23(4):50－54.

［21］ 劉秀軍.CVD 金剛石拉絲模的性能及其優(yōu)越性［J］.河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23(2):61－63.

［22］ 甘曉明.聚晶金剛石拉絲模具加工工藝的研究［J］.金屬制品，2008，34(4):22－25.

［23］ 趙維塏，張春雷，趙 敏.拉絲模比較試驗(yàn)［J］.金屬制品，2001，27(4):44－45.

［24］ 盧致暉.新穎的聚晶金剛石拉絲模［J］.磨料磨具與磨削，1989，13(5):41－44.

［25］ 徐效謙.金剛石拉絲模的研磨與修復(fù)［J］.金屬制品，2004，30(4):40－44.

［26］ 甘曉明，馮克明，王曉玲. 拉絲模材質(zhì)的選擇［J］. 金剛石與磨料磨具工程，1999，109(1):35－36.

［27］ 杜海清，儲(chǔ)少軍，辛 成.新型拉絲模的研究［J］.金屬制品，2009，35(5):63－66.

［28］ Motoo Asakawa，Wataru Sasaki，Shunsuke Shishido，孫劉歌.拉絲模參數(shù)對(duì)棒材拉拔后殘余應(yīng)力的影響［J］.金屬制品，2004，30(z1):44－47.