1 前 言

    拉線(xiàn)模是電線(xiàn)電纜行業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)材的重要工具,它是實(shí)現正常的連續拉伸,保證拉伸制品質(zhì)量的關(guān)鍵。要使拉線(xiàn)模達到使用壽命,獲得高質(zhì)量的拉伸制品,不僅取決于拉線(xiàn)模本身的材質(zhì),還決定于模子的孔型設計和使用時(shí)的其它配合條件。

    目前,隨著(zhù)高速拉絲機的廣泛應用,拉線(xiàn)模使用壽命的長(cháng)短問(wèn)題日益突出。本文結合銅線(xiàn)材廠(chǎng)家的生產(chǎn)實(shí)際以及國內外拉線(xiàn)模具的一些新發(fā)展,對影響拉線(xiàn)模使用壽命的因素作一簡(jiǎn)要分析。

    2 拉線(xiàn)模的質(zhì)量對其使用壽命的影響

    拉線(xiàn)模本身質(zhì)量是影響其使用壽命的一個(gè)重要因素。拉線(xiàn)模的質(zhì)量與模芯材料、孔型設計及加工工藝有關(guān),改善模芯材質(zhì),設計合理的孔型結構及改進(jìn)加工技術(shù),均有利于提高模子的使用壽命和線(xiàn)材質(zhì)量。

    2.1 模芯材料

    目前,國內生產(chǎn)銅線(xiàn)所使用的拉線(xiàn)模的模芯材料以硬質(zhì)合金、天然金剛石和人造聚晶金剛石為主。

    硬質(zhì)合金是硬度很高的碳化鎢和金屬鈷的粉末燒結體。它具有高的硬度、很好的耐磨性及較強的抗沖擊性,價(jià)格低廉,是一種拉線(xiàn)模制作材料,廣泛應用于拉拔粗、中線(xiàn)材。目前,國外采用熱等靜壓(HIP)處理、超細晶工藝來(lái)降低孔隙度,提高合金的硬度,以及加入稀有金屬、發(fā)展表面涂層工藝,提高合金表面強度。研究表明,通過(guò)改善硬質(zhì)合金成分和組織結構,控制碳含量的波動(dòng)值,細化碳化物的顆粒,可以提高材質(zhì)的性能,延長(cháng)其使用壽命。

    天然金剛石具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn),拉制的線(xiàn)材表面光潔度很高。由于天然金剛石在結構上具有各向異性,導致其硬度也呈各向異性,使??椎哪p不均勻,制品不圓整。加之價(jià)格昂貴、稀少,一般用作表面質(zhì)量要求高的細線(xiàn)拉線(xiàn)?;虺善防€(xiàn)模。

    人造聚晶金剛石是無(wú)定向的多晶體。它具有硬度高,耐磨性好,抗沖擊能力強的優(yōu)點(diǎn)。在硬度上不存在各向異性,磨損均勻,模具使用壽命長(cháng),適用于高速拉拔。由于國產(chǎn)聚晶模坯存在晶粒粗大、拋光性能差等質(zhì)量問(wèn)題,目前國內廠(chǎng)家多使用聚晶模作過(guò)渡模,而不用作成品模。但隨著(zhù)聚晶模內在質(zhì)量和加工水平的提高,有取代昂貴的天然金剛石作成品模使用的趨勢。

    2.2 拉線(xiàn)模的孔型設計

    在相同材質(zhì)條件下采用不同的孔型設計,模子使用壽命相差甚遠。因此,改進(jìn)孔型設計是提高模具使用壽命的一條重要途徑。拉絲??仔鸵话惴譃榍€(xiàn)型(即R型系列)和直線(xiàn)型(即錐型系列)。

    從線(xiàn)材在拉線(xiàn)模內變形均勻的角度分析,似乎曲線(xiàn)型較直線(xiàn)型好,因此,我國過(guò)去普遍采用前蘇聯(lián)上世紀50年代使用的R型系列來(lái)制訂拉絲模制作規范。這種孔型是在當時(shí)“圓滑過(guò)渡”的理論指導下設計出來(lái)的,其孔型結構按工作性質(zhì)可分為“入口區、潤滑區、工作區、定徑區、出口區”五個(gè)部分,各部交界處要求“倒棱”,圓滑過(guò)渡,把整個(gè)孔型研磨成一個(gè)很大的、具有不同曲率的弧面。這種孔型的模子在當時(shí)的拉拔速度條件下,還是可以適用的。到上世紀70年代末至80年代初,隨著(zhù)拉線(xiàn)速度的提高,拉線(xiàn)模的使用壽命就成了突出問(wèn)題。為了適應高速拉線(xiàn)的要求,美國的T.Maxwall和E.G.Kennth提出了“直線(xiàn)型”理論。該理論著(zhù)重考慮了拉拔過(guò)程中的潤滑作用和磨損因素,指出經(jīng)改進(jìn)后的直線(xiàn)型拉線(xiàn)??仔蛻哂幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn): 

    (1)孔型各部分的縱剖面線(xiàn)都必須是平直的。平直的工作錐面拉拔力小。

    (2)模具各部位的交接部分必須明顯,這樣各部位可以充分發(fā)揮各自的作用,避免了過(guò)渡角對定徑區實(shí)際長(cháng)度的減小。

    (3)延長(cháng)入口區和工作區高度,使線(xiàn)材進(jìn)入??坠ぷ麇F的中間段,利用入口錐角和工作錐角上半部分形成的楔形區,建立“楔形效應”,在線(xiàn)材表面形成更致密牢固的潤滑膜,減少磨損,適合于高速拉拔。

    (4)定徑區必須平直且長(cháng)度合理。定徑區過(guò)長(cháng),拉線(xiàn)摩擦力增大,線(xiàn)材拉出??缀笠滓鹂s徑或斷線(xiàn);定徑區過(guò)短,難以獲得形狀穩定、尺寸精確和表面質(zhì)量良好的線(xiàn)材,同時(shí)??走€會(huì )很快磨損超差。

    采用直線(xiàn)型理論設計出的拉線(xiàn)模,經(jīng)實(shí)踐應用,其使用壽命比R型拉線(xiàn)模提高3~5倍以上。

    2.3 模具加工制作水平

    模具加工制作水平對模具質(zhì)量的影響,主要體現在兩個(gè)方面:一是拉線(xiàn)模的孔型尺寸,二是??變缺砻婀鉂嵍?。

    國外拉線(xiàn)模具的研磨工藝普遍采用高速機械研磨機,以及表面鍍以金剛石的金屬磨針,該設備運行平穩,磨針的規格及使用規范化,產(chǎn)品精度高。模子的孔型尺寸利用輪廓記錄儀及孔徑測量?jì)x來(lái)檢測,并用檢查拉線(xiàn)模專(zhuān)用的顯微鏡來(lái)檢查表面光潔度。

    而國內許多廠(chǎng)家還在采用落后的設備,使用手工操作來(lái)研磨孔型,因此,存在著(zhù)以下問(wèn)題:孔型參數波動(dòng)較大,難以加工出平直的工作錐;定徑區與工作區交接處易研磨出過(guò)渡角,使線(xiàn)材在定徑區中產(chǎn)生二次壓縮,增加外摩擦力,減短了定徑區長(cháng)度,縮短模具的使用壽命;磨損的磨針修復頻度因人而異,使用不規范,造成孔型的一致性差。檢測手段也落后,只能依*目測或者放大鏡、顯微鏡等簡(jiǎn)單工具檢測,而且注重的是模內表面光潔度,對孔型尺寸不能有效檢測,更談不上控制了。

    3 拉伸條件對模具使用壽命的影響

    在線(xiàn)材的拉伸過(guò)程中,影響模具使用壽命的工藝條件主要有:反拉力P`的作用、道次壓縮率δ、潤滑劑及線(xiàn)材的表面質(zhì)量。

    3.1 反拉力P`

    拉伸時(shí)線(xiàn)材在??變仁艿降淖饔昧τ校耗1诘恼龎毫Γ?、摩擦力T、拉拔力P以及反拉力P'。

    根據拉線(xiàn)時(shí)力的平衡條件和金屬材料的屈服準則,O.Hoffman,G.Sachs用微元分析法推導出拉線(xiàn)時(shí)軸向拉應力σPX為

    σPX=σS1+ 1- 2B+σλ 2B (1)

    B=μ/tgα

    模壁的正壓應力σNX為

    σNX=σS-σPX (2)

    式中,σs為屈服強度;Rx為距線(xiàn)材入口x處??装霃?;σλ為線(xiàn)材人口處反拉應力;RO為線(xiàn)材入口處??装霃?;Rf為線(xiàn)材出口處??装霃?;μ為摩擦系數;α為工作錐半角。

    模壁所受壓應力是從線(xiàn)模入口向出口處逐漸減小的,以剛進(jìn)口時(shí)為大。這就是線(xiàn)模入口處經(jīng)常出現環(huán)形磨損溝的力學(xué)原因。

    由于反拉力的作用,可明顯降低線(xiàn)模入口處的壓應力,并有利于潤滑劑進(jìn)入工作區,減小線(xiàn)材與模壁間的摩擦,減緩環(huán)形磨損及模子破裂情況,延長(cháng)線(xiàn)模的使用壽命。但過(guò)大的反拉力,會(huì )加大拉線(xiàn)時(shí)的拉拔應力,易使線(xiàn)材產(chǎn)生縮徑或斷線(xiàn)。

    3.2道次壓縮率

    在其它拉伸條件不變時(shí),模壁上的壓應力越大,受到的摩擦應力也越大,模子磨損越嚴重。研究表明,模壁上的壓應力σN可表示為

    σN=σb/1+(3)

    σb=(σb1十σb2)/2

    Q=F/sinα≈F/αα很小時(shí))

    F=f1-f2,α=

    σN==(4)

    式中,σb1、σb2為本道次拉伸前后線(xiàn)材的抗拉強度;f1、f2為本道次拉伸前后線(xiàn)材的截面積;Q為線(xiàn)材與模子工作區的接觸面積;σb為本道次線(xiàn)材的平均抗拉強度。

    設A==1+-1  (5)

    為討論方便,設本道次線(xiàn)材拉伸時(shí)的σb=1,μ=0.1。由式(5)可繪制出圖4所示模壁上的壓應力σN與本道次線(xiàn)材平均抗拉強度σb的比值A與參數δ和α的關(guān)系曲線(xiàn)。

    由于σN與A值成正比關(guān)系,從圖中可以看到:(1)當α一定時(shí),A值隨δ增加而降低,即σN隨δ增加而降低;(2)當δ一定時(shí),A值隨α增加而增加,即σN隨α增加而增加。因此,在拉伸條件允許的情況下,增加道次壓縮率和適當減小工作錐角度,可以降低模壁上的壓應力,有利于提高拉線(xiàn)模的使用壽命。

    3.3 潤滑劑

    在拉伸過(guò)程中,潤滑劑的質(zhì)量及潤滑劑的供給是否充足都影響著(zhù)拉線(xiàn)模的使用壽命。因此要求潤滑劑油基穩定,乳化性好,具有優(yōu)良的潤滑性、冷卻性和清洗性,易于把銅粉末過(guò)濾與沉淀,在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中始終保持的潤滑狀態(tài),以便形成一層能承受高壓力而不被破壞的薄膜,降低工作區的摩擦力,提高模子使用壽命。

    潤滑劑pH值的穩定對潤滑效果有很大的影響。因為當潤滑乳液中的銅粉沉淀時(shí),會(huì )降低潤滑劑中的脂肪量,增加游離堿含量,使線(xiàn)材表面的潤滑組分易被清洗掉,強烈地降低乳液的潤滑性能。而當乳液不穩定,脂肪量過(guò)高時(shí),乳液將會(huì )分層,夾帶著(zhù)細小銅粉的脂肪成分漂浮在乳液上,使銅粉不易沉淀過(guò)濾,造成??锥氯?,使潤滑作用變壞。

    3.4線(xiàn)材的表面質(zhì)量

    線(xiàn)材表面如果有氧化層、砂土或其他雜質(zhì)的粘附,這將會(huì )給拉線(xiàn)模的使用壽命帶來(lái)不利影響。因為當線(xiàn)材通過(guò)??讜r(shí),硬、脆的氧化層會(huì )象磨料一樣地造成拉線(xiàn)模??缀芸炷p及擦傷線(xiàn)材表面。所以,已嚴重氧化的線(xiàn)材需要酸洗后再進(jìn)行拉伸。在坯料堆放時(shí),也要注意堆放場(chǎng)地的整潔,避免與砂土及其它雜質(zhì)接觸。

    4 使用方法對拉線(xiàn)模使用壽命的影響

    拉線(xiàn)模在長(cháng)期的使用過(guò)程中,模壁受到金屬線(xiàn)材強烈的摩擦與沖刷作用,會(huì )產(chǎn)生磨損現象,常見(jiàn)的是在工作區線(xiàn)材人口處出現環(huán)形溝槽(凹痕)。拉線(xiàn)模環(huán)溝的出現,加劇了??椎哪p。因為環(huán)溝上因松動(dòng)而剝落的模芯材料小顆粒被金屬線(xiàn)帶入??坠ぷ鲄^和定徑區,起著(zhù)磨料的作用,而進(jìn)入??椎木€(xiàn)材則象磨針一樣加劇??椎哪p。如不及時(shí)調換進(jìn)行修復,那么環(huán)溝將繼續加速擴大,使修復增加困難,甚至有可能在環(huán)形溝槽較深處出現裂紋,使模具完全崩碎報廢。

    從經(jīng)驗中得知,制定出一套規范標準,加強日常保養,經(jīng)常對模子進(jìn)行檢修是非常經(jīng)濟合算的事情。一旦模子出現了任何輕微的磨損,及時(shí)進(jìn)行拋光,則使模子恢復到原始拋光狀態(tài)所花費時(shí)間要短,而且模子的孔型尺寸無(wú)明顯變化。

    在拉伸工藝一定的情況下,拉伸設備的使用方法對模子的壽命也有較大的影響。線(xiàn)材的拉伸軸線(xiàn)與??字行木€(xiàn)不對稱(chēng),將對線(xiàn)材和拉線(xiàn)模產(chǎn)生應力作用不均勻,而機械振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊也會(huì )對線(xiàn)材和拉線(xiàn)模造成很高的應力峰值,兩者都將加速模子的磨損。

    尤其是對于手工鑲模的模子,如果模具中心線(xiàn)存在顯著(zhù)的偏差,則會(huì )加劇??椎臄U大,導致不均勻磨損,使??鬃兂蓹E圓形。另外,在拉線(xiàn)過(guò)程中頻繁地停車(chē)也將增大模子的磨損,這是因為拉拔起步時(shí)的拉應力造成的摩擦比正常拉拔時(shí)的摩擦要大得多的緣故。

    5 結束語(yǔ)

    為延長(cháng)拉線(xiàn)模的使用壽命,除選擇合適的模具材質(zhì),設計合理的孔型尺寸,提高拉線(xiàn)模的制造水平,使??妆砻婀鉂嵍冗_到工藝要求外,還必須確定合理的道次壓縮率,改善拉線(xiàn)模的使用條件,在使用過(guò)程中注意模子的日常保養,應勤洗勤換,并保證拉伸過(guò)程中具有良好的潤滑效果。