1 前 言

    拉線模是電線電纜行業生產線材的重要工具,它是實現正常的連續拉伸,保證拉伸制品質量的關鍵。要使拉線模達到最佳的使用壽命,獲得高質量的拉伸制品,不僅取決于拉線模本身的材質,還決定于模子的孔型設計和使用時的其它配合條件。

    目前,隨著高速拉絲機的廣泛應用,拉線模使用壽命的長短問題日益突出。本文結合銅線材廠家的生產實際以及國內外拉線模具的一些新發展,對影響拉線模使用壽命的因素作一簡要分析。

    2 拉線模的質量對其使用壽命的影響

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

    2.1 模芯材料

    目前,國內生產銅線所使用的拉線模的模芯材料以硬質合金、天然金剛石和人造聚晶金剛石為主。

    硬質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,價格低廉,是一種極佳的拉線模制作材料,廣泛應用于拉拔粗、中線材。目前,國外采用熱等靜壓(HIP)處理、超細晶工藝來降低孔隙度,提高合金的硬度,以及加入稀有金屬、發展表面涂層工藝,提高合金表面強度。研究表明,通過改善硬質合金成分和組織結構,控制碳含量的波動值,細化碳化物的顆粒,可以提高材質的性能,延長其使用壽命。

    天然金剛石具有硬度高、耐磨性好的特點,拉制的線材表面光潔度很高。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。加之價格昂貴、稀少,一般用作表面質量要求高的細線拉線?;虺善防€模。

    人造聚晶金剛石是無定向的多晶體。它具有硬度高,耐磨性好,抗沖擊能力強的優點。在硬度上不存在各向異性,磨損均勻,模具使用壽命長,適用于高速拉拔。由于國產聚晶模坯存在晶粒粗大、拋光性能差等質量問題,目前國內廠家多使用聚晶模作過渡模,而不用作成品模。但隨著聚晶模內在質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 拉線模的孔型設計

    在相同材質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€型(即R型系列)和直線型(即錐型系列)。

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

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

    (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揮各自的作用,避免了過渡角對定徑區實際長度的減小。

    (3)延長入口區和工作區高度,使線材進入??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度合理。定徑區過長,拉線摩擦力增大,線材拉出??缀笠滓鹂s徑或斷線;定徑區過短,難以獲得形狀穩定、尺寸精確和表面質量良好的線材,同時??走€會很快磨損超差。

    采用直線型理論設計出的拉線模,經實踐應用,其使用壽命比R型拉線模提高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量的影響,主要體現在兩個方面:一是拉線模的孔型尺寸,二是??變缺砻婀鉂嵍?。

    國外拉線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,產品精度高。模子的孔型尺寸利用輪廓記錄儀及孔徑測量儀來檢測,并用檢查拉線模專用的顯微鏡來檢查表面光潔度。

    而國內許多廠家還在采用落后的設備,使用手工操作來研磨孔型,因此,存在著以下問題:孔型參數波動較大,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渡角,使線材在定徑區中產生二次壓縮,增加外摩擦力,減短了定徑區長度,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

    在線材的拉伸過程中,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、潤滑劑及線材的表面質量。

    3.1 反拉力P`

    拉伸時線材在??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'。

    根據拉線時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時軸向拉應力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為距線材入口x處??装霃?;σλ為線材人口處反拉應力;RO為線材入口處??装霃?;Rf為線材出口處??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模入口向出口處逐漸減小的,以剛進口時為最大。這就是線模入口處經常出現環形磨損溝的力學原因。

    由于反拉力的作用,可明顯降低線模入口處的壓應力,并有利于潤滑劑進入工作區,減小線材與模壁間的摩擦,減緩環形磨損及模子破裂情況,延長線模的使用壽命。但過大的反拉力,會加大拉線時的拉拔應力,易使線材產生縮徑或斷線。

    3.2道次壓縮率

    在其它拉伸條件不變時,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)

    F=f1-f2,α=

    σN==(4)

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

    設A==1+-1  (5)

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

    由于σN與A值成正比關系,從圖中可以看到:(1)當α一定時,A值隨δ增加而降低,即σN隨δ增加而降低;(2)當δ一定時,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,有利于提高拉線模的使用壽命。

    3.3 潤滑劑

    在拉伸過程中,潤滑劑的質量及潤滑劑的供給是否充足都影響著拉線模的使用壽命。因此要求潤滑劑油基穩定,乳化性好,具有優良的潤滑性、冷卻性和清洗性,易于把銅粉末過濾與沉淀,在整個生產過程中始終保持最佳的潤滑狀態,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,會降低潤滑劑中的脂肪量,增加游離堿含量,使線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,脂肪量過高時,乳液將會分層,夾帶著細小銅粉的脂肪成分漂浮在乳液上,使銅粉不易沉淀過濾,造成??锥氯?,使潤滑作用變壞。

    3.4線材的表面質量

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

    4 使用方法對拉線模使用壽命的影響

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

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

    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。線材的拉伸軸線與??字行木€不對稱,將對線材和拉線模產生應力作用不均勻,而機械振動產生的沖擊也會對線材和拉線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,如果模具中心線存在顯著的偏差,則會加劇??椎臄U大,導致不均勻磨損,使??鬃兂蓹E圓形。另外,在拉線過程中頻繁地停車也將增大模子的磨損,這是因為拉拔起步時的拉應力造成的摩擦比正常拉拔時的摩擦要大得多的緣故。

    5 結束語

    為延長拉線模的使用壽命,除選擇合適的模具材質,設計合理的孔型尺寸,提高拉線模的制造水平,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,改善拉線模的使用條件,在使用過程中注意模子的日常保養,應勤洗勤換,并保證拉伸過程中具有良好的潤滑效果。