拉絲模使用中常見的問題探析

陳轉琴

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，通常對模具產生較大損傷，進而影響其使用年限。本文對拉絲模使用中常見的問題進行分析，以供參考。

關鍵詞：拉絲模；使用中常見問題；有效措施

中圖分類號：TG355 文獻標識碼：A

拉絲模是制備各種金屬絲線的基本模具，自從被發明到現在，其形態機構發生了重大變化，以適應金屬絲線的供應需求。目前，金屬絲線種類不斷增加，拉絲模在使用中出現的問題也不斷增加，嚴重影響金屬絲線拉制質量。所以，研究符合現階段應用所需的拉絲模型，對于提高金屬絲線拉制質量具有重要意義。本文對拉絲模使用中常見的問題進行如下分析。

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，對模芯具有保護作用，在拉制金屬絲線時，二者必須配合好，才能有效避免模芯被磨損。相對于模套來說，模芯更重要，因為它直接和拉制金屬接觸。對于模芯來說，材料選擇十分重要，根據材料不同，可分成好多種類，如金剛石模芯、單金剛石模芯、復金剛石模芯等。當模芯硬度需要增加時，通常加入碳化鎢、適量的鎢及鈷，其中鈷含量應控制在3%-12%之間，才能保證模芯硬度符合要求。模芯煅燒之后，應保證質地均勻、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、工作區、出口區、定徑帶及潤滑區。以下就這五種孔型進行一一介紹。

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

當拉絲模的定徑帶較短時，為了保證金屬拉制質量，可適當加強工作區的磨損，不能磨損定徑帶，因為當定徑帶受到較大磨損之后，直徑會增加，同時產生熱量，使潤滑粉失效，導致金屬在拉制時容易發生組織變形。當定徑帶長度較大，工作區即使受到磨損，也只會產生少量熱量，將潤滑粉軟化，形成邊界潤滑物。所以，在定徑帶長度選擇時，需要考慮到模具、金屬材料的質地及拉制工藝等。出口區之所以設計成區形，是由于能夠有效的防止模芯破碎。出口區在使用前，應做拋光處理，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受到刮傷。另外，出口區還能夠有效防止潤滑粉遭到污染，并避免模具入口處形成堵塞。

2 拉絲模使用中常見的問題

2.1 工作區設計不當所引發的問題

如果工作區角度過大，金屬材料在拉制過程時，由于距離定徑帶太小，變形速率會加大，變形區變小，使得拉絲模產生大量熱量，燒焦潤滑粉，使之失效，從而嚴重影響了金屬絲拉制效果。這時，如果對工作區不采取冷卻處理，將會直接影響金屬細絲的拉制質量；如果工作區的角度更大或者壓縮率更小，金屬材料在拉制時會距離定徑帶更近，變形更大，很難到達定徑帶規定區域之內，使其表面形成凸凹現象，如果材料質地較軟，拉制過程中還會發生橢圓現象。這時，潤滑區域面積增加，按理可以提供更加量好的潤滑效果，但實際并不是這樣，相反，潤滑粉由于表面解除面積加大，產生渦流效應，從模孔中反向流出，從而降低了潤滑效果，最終導致金屬絲線表面形成裂紋，或者出現刮傷痕跡等。

由上可知，工作區角度不能太大，太大容易使潤滑粉失去潤滑效果，進而金屬絲線拉制質量。其角度太小會怎樣呢，操作經驗表明，當工作區角度變小之后，也會使拉絲模產生大量熱量，進而使得潤滑粉失效。因為當角度過小時，金屬材料的接觸點緊貼工作區頂端，使得變形區域加大，進而導致拉絲模無用功率增加，產生大量熱量。另外，當減小潤滑區域面積時，由于潤滑量也隨著減少，所以潤滑功能降低，進而影響到金屬絲線的拉制質量。當拉應力增大時，定徑帶直徑將會變大，使得橢圓現象容易出現，進而導致金屬絲線容易斷裂及收縮等。

2.2 拉絲模容易出現斷裂

拉絲模在運作時，通常出現兩種斷裂方式，其一人字形斷裂，其二中心斷裂。這兩種斷裂在上世紀30年代之前，一直認為是由金屬材料質量不達標所致。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到拉制過程。經過不斷的研究積累，終于在1930年，Fenhison研究證明兩種斷裂的出現，是由拉制過程設置不合理所致，和材料并沒有直接聯系。他對斷裂過程做了進一步描述：當金屬材料在拉制時，向著拉絲模軸向延伸，由于其表面流動速度大于內部，在中心便形成拉應力，當這種力超過金屬材料的抗拉限度時，會出現人字斷裂或者中心斷裂。由于拉制工藝對于金屬絲線拉制質量影響嚴重，所以在拉制之前，應根據材料特征、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量，也降低了拉制中出現斷裂現象。

2.3 拉制過程中出現殘余應力及加工硬化

在金屬材料在拉制過程中，如果殘余功率過大，將會產生殘余應力及加工硬化等弊端，從而使拉制材料表面出現凸凹不平、斷裂及起皮等現象。研究表明，這兩種現象的出現，和拉制工藝密切相關，所以，通過控制環節中的壓縮率及區角，可以有效控制殘余功率。根據以往的操作經驗，當鋼絲的模角過大或者壓縮率過小，容易產生大量的殘余功率，相應的殘余應力和加工硬化值越大；當模角過小或者壓縮率太小，這時拉制工藝不符合拉制要求，所以也會加大殘余功率。以此，在國外，通常將模角和壓縮率下的△控制在1.5左右。Thomas Maxwel對模角及壓縮值對殘余功率的影響做了進一步研究，表明當定徑帶的長度為其直徑的72%-100%之間時，將△控制1-1.5之間，可以有效減低殘余功率，進而避免材料出現斷裂或者發生變形。

3 拉絲模出現損傷的原因

3.1 拉絲模自身加工質量因素導致模具快速磨損

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

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

（3）模具孔型設計不合理，入口潤滑區開口過小、定徑帶過長會導致拉拔過程中潤滑不良，致使模具磨損加快甚至碎裂。

3.2 拉絲過程中使用不當因素導致模具快速磨損

（1）拉絲工藝面壓縮率過大，導致模具產生裂痕或破碎。裂痕或斷裂紋絕大部分是內應力釋放所產生的。在任何物料結構中，存在內應力是必然的，拉拔線材時產生的內應力本來可以增強模具的微晶結構，但當拉絲面壓縮率過大，無法及時潤滑從而溫升過高就會導致模具表面部分物料被移走，微晶結構所承受的應力就大大增加，使其更容易產生裂痕或破碎。

（2）線材的拉伸軸線與模孔中心線不對稱，致使對線材與拉絲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絲模造成很高的應力峰值，兩者都將加速模具的磨損。

（3）因退火不均勻而導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生疲勞損失，產生環狀溝槽加速模孔的磨損。

（4）線材表面粗糙，表面粘附氧化層、砂或其它雜質等都會使模具過快磨損。當線材通過模孔時，硬、脆的氧化層及其它粘附雜質會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）潤滑不暢或潤滑液里含有金屬碎屑雜質導致模具磨損。潤滑不暢會使拉絲時模孔表面溫度升高過快，模具晶粒脫落，導致模具損傷。當潤滑液不潔凈時，尤其含有拉拔時脫落的金屬碎屑，極容易劃傷模孔的表面及線材的表面。

4 提高拉絲模質量的有效措施

4.1 材料控制

材料直接影響著拉絲模的質量，材料不同，拉絲模也被分成不同類別，如合金鋼模、硬質合金模、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，運作效率低下，已經不能適應現階段絲線拉制需要了，已被淘汰。硬質合金模，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，和金屬鎢結合，能夠有效提高合金的柔韌性。硬質合金模主要優點是具有較高的抗腐蝕性、耗能小及拋光性好等，是現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，同時硬度大，但具有致命的缺點，脆度較大，不易加工，從而限制了其應用范圍。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的抗拉性，約是硬質合金的250倍，并且抗沖擊能力強，造價低廉，在目前應用較為廣泛。陶瓷模是目前出現的一種新型的拉絲模，具有高硬度、耐磨損、化學性質穩定及粘性低等優點，目前主要應用在難以加工的硬質材料。

由上可知，材料不同以及材料配比出現差異，都會顯著影響拉絲模的質量及使用年限。所以，在拉絲模研制中，除了保留原有的優良材質，更要研發新型的材料；另外，可以通過改變拉絲模的材料組成，以達到提高其質量的目的。如在原來的材料中添加一些金屬單質、金屬化合物及非金屬元素，以提高拉絲模的強度、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，從而實現了高硬度金屬材料的拉制。另外，在確定拉絲模組成材料時，還要考慮到造價成本，只有在控制造價的前提下，通過添加某種元素，達到提高拉絲模性能的操作，才能被推廣使用。

4.2 拉絲模結構控制

首先，內部結構控制。也就是模芯控制，由上可知，模芯包括5個區域，任何一個區域出現缺陷，都會對模型質量造成嚴重影響。其中入口區主要作用是對拉絲模進行保護；潤滑去的主要作用是，在金屬絲線拉制時，提供潤滑粉，以提高拉直效果；工作區，也就是金屬材料被拉制的部分，應保持一定截面尺寸；在金屬材料拉制時，所占用的體積被稱作變形區，該區域內的模孔半角具有決定拉拔力的大小，另外，定徑區能夠對拉制尺寸能有效控制。出口區，該區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，該模型主要特點為：將模芯的幾個組成部分進行有機組合，使得潤滑角減小，潤滑效果更優；具有較好的潤滑壓力，能夠對壓縮率進行優選；定徑區更加符合拉制規定。和直線型相對應的是弧線型，該模型提出之后，受到很多專家質疑，認為弧線型使金屬材料內部的流動性變大，從而增加了附加變形，嚴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的變形減小，并且在內壁上的受力均勻，從而表現出均一的磨損性。

所以，拉絲模結構對于拉絲模質量具有重要作用，在設計時，除了考慮模芯的幾大工作區域的合理安排之外，還要對直線型及弧線型的優點進行篩選及優化，進而達到提高拉絲模設計的作用。

結語

隨著我國拉絲模生產工藝不斷提高，設計思想也進一步完善，均提高其使用性能，從而有效提高了金屬絲線拉制質量。但同時，我們也要看到拉絲模設計中存在的不足之處，力爭改善，才能滿足現階段人們對于拉絲模的使用要求。

參考文獻

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