拉絲模使用中常見的問題探析

陳轉(zhuǎn)琴（神華神東煤炭集團(tuán)設(shè)備維修中心三廠，陜西 榆林 719315）

拉絲模使用中常見的問題探析

陳轉(zhuǎn)琴
（神華神東煤炭集團(tuán)設(shè)備維修中心三廠，陜西 榆林 719315）

摘 要：拉絲模是制作各種金屬絲線的模具，在中心具有一定形狀的空洞，金屬在穿過空洞時(shí)，通常對(duì)模具產(chǎn)生較大損傷，進(jìn)而影響其使用年限。本文對(duì)拉絲模使用中常見的問題進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：拉絲模；使用中常見問題；有效措施

拉絲模是制備各種金屬絲線的基本模具，自從被發(fā)明到現(xiàn)在，其形態(tài)機(jī)構(gòu)發(fā)生了重大變化，以適應(yīng)金屬絲線的供應(yīng)需求。目前，金屬絲線種類不斷增加，拉絲模在使用中出現(xiàn)的問題也不斷增加，嚴(yán)重影響金屬絲線拉制質(zhì)量。所以，研究符合現(xiàn)階段應(yīng)用所需的拉絲模型，對(duì)于提高金屬絲線拉制質(zhì)量具有重要意義。本文對(duì)拉絲模使用中常見的問題進(jìn)行如下分析。

1 拉絲模概述

拉絲模主要由兩部分組成，其一模套，其二模芯。其中模套由硬度較大的鋼材鑄成，對(duì)模芯具有保護(hù)作用，在拉制金屬絲線時(shí)，二者必須配合好，才能有效避免模芯被磨損。相對(duì)于模套來說，模芯更重要，因?yàn)樗苯雍屠平饘俳佑|。對(duì)于模芯來說，材料選擇十分重要，根據(jù)材料不同，可分成好多種類，如金剛石模芯、單金剛石模芯、復(fù)金剛石模芯等。當(dāng)模芯硬度需要增加時(shí)，通常加入碳化鎢、適量的鎢及鈷，其中鈷含量應(yīng)控制在3%-12%之間，才能保證模芯硬度符合要求。模芯煅燒之后，應(yīng)保證質(zhì)地均勻、硬度較大、耐磨性較好等特性。所以，模芯制作中，最重要的是材料的選擇及配比，但其它因素如潤(rùn)滑劑、孔型及煅燒條件等也不能忽視。模芯的孔型通常有5類，分別為入口區(qū)、工作區(qū)、出口區(qū)、定徑帶及潤(rùn)滑區(qū)。以下就這五種孔型進(jìn)行一一介紹。

其中入口區(qū)的主要作用是將金屬材料導(dǎo)入拉絲模，在拉制過程中保證材料平直及受力均勻；潤(rùn)滑區(qū)的主要作用是在金屬材料拉制過程中，提供潤(rùn)滑劑，以保證拉制質(zhì)量。但潤(rùn)滑區(qū)不需要作任何拋光處理，以增加拉制壓力；工作區(qū)在金屬材料拉制中起重要作用，通過潤(rùn)滑區(qū)提供的潤(rùn)滑劑，需要它才能形成潤(rùn)滑層，金屬材料的變形也需要它的協(xié)助，另外，金屬細(xì)線的拉制效率，也取決于工作區(qū)的面積，所以，在拉絲模運(yùn)作中，務(wù)必保證工作區(qū)表面光滑、干凈。另外，工作區(qū)在加工時(shí)，應(yīng)呈直線型，表面不能有圓滑過渡，同時(shí)要和定徑帶保持水平，只有這樣，才能避免拉制過程中出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象。定徑帶主要作用是，控制金屬細(xì)絲的直徑、不圓度及平直度等。為了提高控制質(zhì)量，定徑帶表面必須光滑，尺寸也要符合標(biāo)準(zhǔn)，并且和工作區(qū)之間保持平行。決定定徑帶長(zhǎng)度的因素有模具及金屬材料，其中后者起主要作用。當(dāng)金屬材料硬度較大，并且含有碳元素時(shí)，定徑帶長(zhǎng)度應(yīng)為其直徑的25%-35%，當(dāng)金屬材料硬度較小，如金線及銅線時(shí)，其長(zhǎng)度應(yīng)為直徑的50%-100%，才能滿足拉制條件。相比金屬材料而言，模具對(duì)定徑帶影響較小，當(dāng)其摩擦系數(shù)較小時(shí)，定徑帶長(zhǎng)度適當(dāng)加長(zhǎng)，當(dāng)摩擦系數(shù)較大時(shí)，適當(dāng)縮短。如對(duì)于金剛石模，其定徑長(zhǎng)度應(yīng)為其直徑的35%-50%。

當(dāng)拉絲模的定徑帶較短時(shí)，為了保證金屬拉制質(zhì)量，可適當(dāng)加強(qiáng)工作區(qū)的磨損，不能磨損定徑帶，因?yàn)楫?dāng)定徑帶受到較大磨損之后，直徑會(huì)增加，同時(shí)產(chǎn)生熱量，使?jié)櫥凼В瑢?dǎo)致金屬在拉制時(shí)容易發(fā)生組織變形。當(dāng)定徑帶長(zhǎng)度較大，工作區(qū)即使受到磨損，也只會(huì)產(chǎn)生少量熱量，將潤(rùn)滑粉軟化，形成邊界潤(rùn)滑物。所以，在定徑帶長(zhǎng)度選擇時(shí)，需要考慮到模具、金屬材料的質(zhì)地及拉制工藝等。出口區(qū)之所以設(shè)計(jì)成區(qū)形，是由于能夠有效的防止模芯破碎。出口區(qū)在使用前，應(yīng)做拋光處理，并要求和定徑帶之間有平滑過渡，才能避免在金屬絲線拉制時(shí)受到刮傷。另外，出口區(qū)還能夠有效防止?jié)櫥墼獾轿廴荆⒈苊饽＞呷肟谔幮纬啥氯?/p>

2 拉絲模使用中常見的問題

2.1 工作區(qū)設(shè)計(jì)不當(dāng)所引發(fā)的問題

如果工作區(qū)角度過大，金屬材料在拉制過程時(shí)，由于距離定徑帶太小，變形速率會(huì)加大，變形區(qū)變小，使得拉絲模產(chǎn)生大量熱量，燒焦?jié)櫥郏怪В瑥亩鴩?yán)重影響了金屬絲拉制效果。這時(shí)，如果對(duì)工作區(qū)不采取冷卻處理，將會(huì)直接影響金屬細(xì)絲的拉制質(zhì)量；如果工作區(qū)的角度更大或者壓縮率更小，金屬材料在拉制時(shí)會(huì)距離定徑帶更近，變形更大，很難到達(dá)定徑帶規(guī)定區(qū)域之內(nèi)，使其表面形成凸凹現(xiàn)象，如果材料質(zhì)地較軟，拉制過程中還會(huì)發(fā)生橢圓現(xiàn)象。這時(shí)，潤(rùn)滑區(qū)域面積增加，按理可以提供更加量好的潤(rùn)滑效果，但實(shí)際并不是這樣，相反，潤(rùn)滑粉由于表面解除面積加大，產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從模孔中反向流出，從而降低了潤(rùn)滑效果，最終導(dǎo)致金屬絲線表面形成裂紋，或者出現(xiàn)刮傷痕跡等。

由上可知，工作區(qū)角度不能太大，太大容易使?jié)櫥凼?rùn)滑效果，進(jìn)而金屬絲線拉制質(zhì)量。其角度太小會(huì)怎樣呢，操作經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)工作區(qū)角度變小之后，也會(huì)使拉絲模產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而使得潤(rùn)滑粉失效。因?yàn)楫?dāng)角度過小時(shí)，金屬材料的接觸點(diǎn)緊貼工作區(qū)頂端，使得變形區(qū)域加大，進(jìn)而導(dǎo)致拉絲模無用功率增加，產(chǎn)生大量熱量。另外，當(dāng)減小潤(rùn)滑區(qū)域面積時(shí)，由于潤(rùn)滑量也隨著減少，所以潤(rùn)滑功能降低，進(jìn)而影響到金屬絲線的拉制質(zhì)量。當(dāng)拉應(yīng)力增大時(shí)，定徑帶直徑將會(huì)變大，使得橢圓現(xiàn)象容易出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致金屬絲線容易斷裂及收縮等。

2.2 拉絲模容易出現(xiàn)斷裂

拉絲模在運(yùn)作時(shí)，通常出現(xiàn)兩種斷裂方式，其一人字形斷裂，其二中心斷裂。這兩種斷裂在上世紀(jì)30年代之前，一直認(rèn)為是由金屬材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)所致。所以，為了避免斷裂，通常在材料上下功夫，但無論將材料質(zhì)量如何提高，并不能有效防止斷裂。之后，人們將注意力逐漸從材料轉(zhuǎn)到拉制過程。經(jīng)過不斷的研究積累，終于在1930年，F(xiàn)enhison研究證明兩種斷裂的出現(xiàn)，是由拉制過程設(shè)置不合理所致，和材料并沒有直接聯(lián)系。他對(duì)斷裂過程做了進(jìn)一步描述：當(dāng)金屬材料在拉制時(shí)，向著拉絲模軸向延伸，由于其表面流動(dòng)速度大于內(nèi)部，在中心便形成拉應(yīng)力，當(dāng)這種力超過金屬材料的抗拉限度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)人字?jǐn)嗔鸦蛘咧行臄嗔选Ｓ捎诶乒に噷?duì)于金屬絲線拉制質(zhì)量影響嚴(yán)重，所以在拉制之前，應(yīng)根據(jù)材料特征、拉絲模類型，確定合適的拉制工藝。為了提高金屬絲線拉制質(zhì)量，Zimerman建立了一種拉制模型，該模型將金屬材料、壓縮率及中心斷裂合理安排，得到合理的拉制工藝，有效的提高了拉制質(zhì)量，也降低了拉制中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

2.3 拉制過程中出現(xiàn)殘余應(yīng)力及加工硬化

在金屬材料在拉制過程中，如果殘余功率過大，將會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力及加工硬化等弊端，從而使拉制材料表面出現(xiàn)凸凹不平、斷裂及起皮等現(xiàn)象。研究表明，這兩種現(xiàn)象的出現(xiàn)，和拉制工藝密切相關(guān)，所以，通過控制環(huán)節(jié)中的壓縮率及區(qū)角，可以有效控制殘余功率。根據(jù)以往的操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鋼絲的模角過大或者壓縮率過小，容易產(chǎn)生大量的殘余功率，相應(yīng)的殘余應(yīng)力和加工硬化值越大；當(dāng)模角過小或者壓縮率太小，這時(shí)拉制工藝不符合拉制要求，所以也會(huì)加大殘余功率。以此，在國(guó)外，通常將模角和壓縮率下的△控制在1.5左右。Thomas Maxwel對(duì)模角及壓縮值對(duì)殘余功率的影響做了進(jìn)一步研究，表明當(dāng)定徑帶的長(zhǎng)度為其直徑的72%-100%之間時(shí)，將△控制1-1.5之間，可以有效減低殘余功率，進(jìn)而避免材料出現(xiàn)斷裂或者發(fā)生變形。

3 拉絲模出現(xiàn)損傷的原因

3.1 拉絲模自身加工質(zhì)量因素導(dǎo)致模具快速磨損

（1）拉絲模坯與模具鋼套鑲嵌不對(duì)稱，鑲嵌硬質(zhì)合金鋼套分布不均勻有間隙，都容易導(dǎo)致模具在線材拉拔過程中產(chǎn)生U型裂痕。

（2）金剛石模坯在激光打孔過程中，燒結(jié)痕跡清理不干凈或受力不均勻會(huì)導(dǎo)致金剛石在拉拔過程中模具出現(xiàn)凹坑。

（3）模具孔型設(shè)計(jì)不合理，入口潤(rùn)滑區(qū)開口過小、定徑帶過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致拉拔過程中潤(rùn)滑不良，致使模具磨損加快甚至碎裂。

3.2 拉絲過程中使用不當(dāng)因素導(dǎo)致模具快速磨損

（1）拉絲工藝面壓縮率過大，導(dǎo)致模具產(chǎn)生裂痕或破碎。裂痕或斷裂紋絕大部分是內(nèi)應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的。在任何物料結(jié)構(gòu)中，存在內(nèi)應(yīng)力是必然的，拉拔線材時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力本來可以增強(qiáng)模具的微晶結(jié)構(gòu)，但當(dāng)拉絲面壓縮率過大，無法及時(shí)潤(rùn)滑從而溫升過高就會(huì)導(dǎo)致模具表面部分物料被移走，微晶結(jié)構(gòu)所承受的應(yīng)力就大大增加，使其更容易產(chǎn)生裂痕或破碎。

（2）線材的拉伸軸線與模孔中心線不對(duì)稱，致使對(duì)線材與拉絲模產(chǎn)生應(yīng)力作用不均勻，而機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊也會(huì)對(duì)線材和拉絲模造成很高的應(yīng)力峰值，兩者都將加速模具的磨損。

（3）因退火不均勻而導(dǎo)致線材硬度不均勻等因素容易造成金剛石拉絲模具過早產(chǎn)生疲勞損失，產(chǎn)生環(huán)狀溝槽加速模孔的磨損。

（4）線材表面粗糙，表面粘附氧化層、砂或其它雜質(zhì)等都會(huì)使模具過快磨損。當(dāng)線材通過模孔時(shí)，硬、脆的氧化層及其它粘附雜質(zhì)會(huì)像磨料一樣地造成拉絲模模孔很快磨損及擦傷線材的表面。

（5）潤(rùn)滑不暢或潤(rùn)滑液里含有金屬碎屑雜質(zhì)導(dǎo)致模具磨損。潤(rùn)滑不暢會(huì)使拉絲時(shí)模孔表面溫度升高過快，模具晶粒脫落，導(dǎo)致模具損傷。當(dāng)潤(rùn)滑液不潔凈時(shí)，尤其含有拉拔時(shí)脫落的金屬碎屑，極容易劃傷模孔的表面及線材的表面。

4 提高拉絲模質(zhì)量的有效措施

4.1 材料控制

材料直接影響著拉絲模的質(zhì)量，材料不同，拉絲模也被分成不同類別，如合金鋼模、硬質(zhì)合金模、天然金剛石模、聚金剛石模及陶瓷模等。其中合金鋼模是最早使用的一種拉絲模，由于耐磨性較差，運(yùn)作效率低下，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)階段絲線拉制需要了，已被淘汰。硬質(zhì)合金模，主要材料主要為鎢和鈷，前者以化合物形式存在，為碳化鎢，是合金中的骨架部分；后者為單質(zhì)，和金屬鎢結(jié)合，能夠有效提高合金的柔韌性。硬質(zhì)合金模主要優(yōu)點(diǎn)是具有較高的抗腐蝕性、耗能小及拋光性好等，是現(xiàn)階段金屬絲線拉制中使用范圍最廣泛的拉絲模。天然金剛石模，具有極高的耐磨性，同時(shí)硬度大，但具有致命的缺點(diǎn)，脆度較大，不易加工，從而限制了其應(yīng)用范圍。聚金剛石模是在人造金剛石中添加了硅元素及鈦元素，再經(jīng)過高溫鍛造而成。和金剛石模一樣，具有極高的耐磨性，但又具有前者沒有的功能，即不容易變形，從而避免了模孔不均勻等弊端。另外，聚金剛石模具有具有較強(qiáng)的抗拉性，約是硬質(zhì)合金的250倍，并且抗沖擊能力強(qiáng)，造價(jià)低廉，在目前應(yīng)用較為廣泛。陶瓷模是目前出現(xiàn)的一種新型的拉絲模，具有高硬度、耐磨損、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及粘性低等優(yōu)點(diǎn)，目前主要應(yīng)用在難以加工的硬質(zhì)材料。

由上可知，材料不同以及材料配比出現(xiàn)差異，都會(huì)顯著影響拉絲模的質(zhì)量及使用年限。所以，在拉絲模研制中，除了保留原有的優(yōu)良材質(zhì)，更要研發(fā)新型的材料；另外，可以通過改變拉絲模的材料組成，以達(dá)到提高其質(zhì)量的目的。如在原來的材料中添加一些金屬單質(zhì)、金屬化合物及非金屬元素，以提高拉絲模的強(qiáng)度、抗拉性以及耐磨損性。如在陶瓷模中添加錳元素，可以拓展其功能，從而實(shí)現(xiàn)了高硬度金屬材料的拉制。另外，在確定拉絲模組成材料時(shí)，還要考慮到造價(jià)成本，只有在控制造價(jià)的前提下，通過添加某種元素，達(dá)到提高拉絲模性能的操作，才能被推廣使用。

4.2 拉絲模結(jié)構(gòu)控制

首先，內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制。也就是模芯控制，由上可知，模芯包括5個(gè)區(qū)域，任何一個(gè)區(qū)域出現(xiàn)缺陷，都會(huì)對(duì)模型質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。其中入口區(qū)主要作用是對(duì)拉絲模進(jìn)行保護(hù)；潤(rùn)滑去的主要作用是，在金屬絲線拉制時(shí)，提供潤(rùn)滑粉，以提高拉直效果；工作區(qū)，也就是金屬材料被拉制的部分，應(yīng)保持一定截面尺寸；在金屬材料拉制時(shí)，所占用的體積被稱作變形區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的模孔半角具有決定拉拔力的大小，另外，定徑區(qū)能夠?qū)瞥叽缒苡行Э刂啤３隹趨^(qū)，該區(qū)域主要保證金屬絲線在拉制中不被刮傷。

其次，模型選擇。為了提高拉絲模使用壽命，TMaxwall和 EGKennth共同提出了直線型理論，該模型主要特點(diǎn)為：將模芯的幾個(gè)組成部分進(jìn)行有機(jī)組合，使得潤(rùn)滑角減小，潤(rùn)滑效果更優(yōu)；具有較好的潤(rùn)滑壓力，能夠?qū)嚎s率進(jìn)行優(yōu)選；定徑區(qū)更加符合拉制規(guī)定。和直線型相對(duì)應(yīng)的是弧線型，該模型提出之后，受到很多專家質(zhì)疑，認(rèn)為弧線型使金屬材料內(nèi)部的流動(dòng)性變大，從而增加了附加變形，嚴(yán)重影響了絲線拉制效果。但也有支持弧線型的，如有些專家指出，該類型能夠使金屬在模芯內(nèi)的變形減小，并且在內(nèi)壁上的受力均勻，從而表現(xiàn)出均一的磨損性。

所以，拉絲模結(jié)構(gòu)對(duì)于拉絲模質(zhì)量具有重要作用，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮模芯的幾大工作區(qū)域的合理安排之外，還要對(duì)直線型及弧線型的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行篩選及優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到提高拉絲模設(shè)計(jì)的作用。

結(jié)語

隨著我國(guó)拉絲模生產(chǎn)工藝不斷提高，設(shè)計(jì)思想也進(jìn)一步完善，均提高其使用性能，從而有效提高了金屬絲線拉制質(zhì)量。但同時(shí)，我們也要看到拉絲模設(shè)計(jì)中存在的不足之處，力爭(zhēng)改善，才能滿足現(xiàn)階段人們對(duì)于拉絲模的使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]湯小雷.拉絲模使用中常見的問題[J].金屬制品，2003，29（03）：51-52.

[2]楊學(xué)鋒.拉絲模材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的發(fā)展[J].工具技術(shù)，2004，10（08）：64-69.

中圖分類號(hào)：TG355

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A