1 前 言

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

    目前，隨著高速拉絲機(jī)的廣泛應(yīng)用，拉線模使用壽命的長(zhǎng)短問(wèn)題日益突出。本文結(jié)合銅線材廠家的生產(chǎn)實(shí)際以及國(guó)內(nèi)外拉線模具的一些新發(fā)展，對(duì)影響拉線模使用壽命的因素作一簡(jiǎn)要分析。

    2 拉線模的質(zhì)量對(duì)其使用壽命的影響

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

    2.1 模芯材料

    目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銅線所使用的拉線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(jié)體。它具有高的硬度、很好的耐磨性及較強(qiáng)的抗沖擊性，價(jià)格低廉，是一種拉線模制作材料，廣泛應(yīng)用于拉拔粗、中線材。目前，國(guó)外采用熱等靜壓（HIP）處理、超細(xì)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(qiáng)度。研究表明，通過(guò)改善硬質(zhì)合金成分和組織結(jié)構(gòu)，控制碳含量的波動(dòng)值，細(xì)化碳化物的顆粒，可以提高材質(zhì)的性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

    天然金剛石具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn)，拉制的線材表面光潔度很高。由于天然金剛石在結(jié)構(gòu)上具有各向異性，導(dǎo)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(xì)線拉線?；虺善防€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(qiáng)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(zhǎng)，適用于高速拉拔。由于國(guó)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(guó)內(nèi)廠家多使用聚晶模作過(guò)渡模，而不用作成品模。但隨著聚晶模內(nèi)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(shì)。

    2.2 拉線模的孔型設(shè)計(jì)

    在相同材質(zhì)條件下采用不同的孔型設(shè)計(jì)，模子使用壽命相差甚遠(yuǎn)。因此，改進(jìn)孔型設(shè)計(jì)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(nèi)變形均勻的角度分析，似乎曲線型較直線型好，因此，我國(guó)過(guò)去普遍采用前蘇聯(lián)上世紀(jì)50年代使用的R型系列來(lái)制訂拉絲模制作規(guī)范。這種孔型是在當(dāng)時(shí)“圓滑過(guò)渡”的理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出來(lái)的，其孔型結(jié)構(gòu)按工作性質(zhì)可分為“入口區(qū)、潤(rùn)滑區(qū)、工作區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)”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(dāng)時(shí)的拉拔速度條件下，還是可以適用的。到上世紀(jì)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(wèn)題。為了適應(yīng)高速拉線的要求，美國(guó)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(guò)程中的潤(rùn)滑作用和磨損因素，指出經(jīng)改進(jìn)后的直線型拉線模孔型應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 

    （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(duì)定徑區(qū)實(shí)際長(zhǎng)度的減小。

    （3）延長(zhǎng)入口區(qū)和工作區(qū)高度，使線材進(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(qū)，建立“楔形效應(yīng)”，在線材表面形成更致密牢固的潤(rùn)滑膜，減少磨損，適合于高速拉拔。

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

    采用直線型理論設(shè)計(jì)出的拉線模，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)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(duì)模具質(zhì)量的影響，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是拉線模的孔型尺寸，二是?？變?nèi)表面光潔度。

    國(guó)外拉線模具的研磨工藝普遍采用高速機(jī)械研磨機(jī)，以及表面鍍以金剛石的金屬磨針，該設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，磨針的規(guī)格及使用規(guī)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(cè)量?jī)x來(lái)檢測(cè)，并用檢查拉線模專(zhuān)用的顯微鏡來(lái)檢查表面光潔度。

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

    3 拉伸條件對(duì)模具使用壽命的影響

    在線材的拉伸過(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(rùn)滑劑及線材的表面質(zhì)量。

    3.1 反拉力P`

    拉伸時(shí)線材在?？變?nèi)受到的作用力有：模壁的正壓力Ｎ、摩擦力Ｔ、拉拔力Ｐ以及反拉力Ｐ＇。

    根據(jù)拉線時(shí)力的平衡條件和金屬材料的屈服準(zhǔn)則，Ｏ．Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｇ．Ｓａｃｈｓ用微元分析法推導(dǎo)出拉線時(shí)軸向拉應(yīng)力σＰＸ為

    σＰＸ＝σＳ１＋ １－ ２Ｂ＋σλ ２Ｂ （１）

    Ｂ＝μ／ｔｇα

    模壁的正壓應(yīng)力σＮＸ為

    σＮＸ＝σＳ－σＰＸ （２）

    式中，σｓ為屈服強(qiáng)度；Ｒｘ為距線材入口ｘ處?？装霃?；σλ為線材人口處反拉應(yīng)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(shù)；α為工作錐半角。

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

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

    3.2道次壓縮率

    在其它拉伸條件不變時(shí)，模壁上的壓應(yīng)力越大，受到的摩擦應(yīng)力也越大，模子磨損越嚴(yán)重。研究表明，模壁上的壓應(yīng)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材的抗拉強(qiáng)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(qū)的接觸面積；σｂ為本道次線材的平均抗拉強(qiáng)度。

    設(shè)Ａ＝＝１＋－１  （５）

    為討論方便，設(shè)本道次線材拉伸時(shí)的σｂ＝１，μ＝０．１。由式（５）可繪制出圖４所示模壁上的壓應(yīng)力σＮ與本道次線材平均抗拉強(qiáng)度σｂ的比值Ａ與參數(shù)δ和α的關(guān)系曲線。

    由于σＮ與Ａ值成正比關(guān)系，從圖中可以看到：（１）當(dāng)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(dāng)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(dāng)減小工作錐角度，可以降低模壁上的壓應(yīng)力，有利于提高拉線模的使用壽命。

    3.3 潤(rùn)滑劑

    在拉伸過(guò)程中，潤(rùn)滑劑的質(zhì)量及潤(rùn)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(rùn)滑劑油基穩(wěn)定，乳化性好，具有優(yōu)良的潤(rùn)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(rùn)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(qū)的摩擦力，提高模子使用壽命。

    潤(rùn)滑劑ｐＨ值的穩(wěn)定對(duì)潤(rùn)滑效果有很大的影響。因?yàn)楫?dāng)潤(rùn)滑乳液中的銅粉沉淀時(shí)，會(huì)降低潤(rùn)滑劑中的脂肪量，增加游離堿含量，使線材表面的潤(rùn)滑組分易被清洗掉，強(qiáng)烈地降低乳液的潤(rùn)滑性能。而當(dāng)乳液不穩(wěn)定，脂肪量過(guò)高時(shí)，乳液將會(huì)分層，夾帶著細(xì)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?jié)櫥饔米儔摹?/p>

    3.4線材的表面質(zhì)量

    線材表面如果有氧化層、砂土或其他雜質(zhì)的粘附，這將會(huì)給拉線模的使用壽命帶來(lái)不利影響。因?yàn)楫?dāng)線材通過(guò)?？讜r(shí)，硬、脆的氧化層會(huì)象磨料一樣地造成拉線模?？缀芸炷p及擦傷線材表面。所以，已嚴(yán)重氧化的線材需要酸洗后再進(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(duì)拉線模使用壽命的影響

    拉線模在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，模壁受到金屬線材強(qiáng)烈的摩擦與沖刷作用，會(huì)產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，常見(jiàn)的是在工作區(qū)線材人口處出現(xiàn)環(huán)形溝槽（凹痕）。拉線模環(huán)溝的出現(xiàn)，加劇了?？椎哪p。因?yàn)榄h(huán)溝上因松動(dòng)而剝落的模芯材料小顆粒被金屬線帶入?？坠ぷ鲄^(qū)和定徑區(qū)，起著磨料的作用，而進(jìn)入?？椎木€材則象磨針一樣加劇?？椎哪p。如不及時(shí)調(diào)換進(jìn)行修復(fù)，那么環(huán)溝將繼續(xù)加速擴(kuò)大，使修復(fù)增加困難，甚至有可能在環(huán)形溝槽較深處出現(xiàn)裂紋，使模具完全崩碎報(bào)廢。

    從經(jīng)驗(yàn)中得知，制定出一套規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)日常保養(yǎng)，經(jīng)常對(duì)模子進(jìn)行檢修是非常經(jīng)濟(jì)合算的事情。一旦模子出現(xiàn)了任何輕微的磨損，及時(shí)進(jìn)行拋光，則使模子恢復(fù)到原始拋光狀態(tài)所花費(fèi)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(shè)備的使用方法對(duì)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(duì)稱(chēng)，將對(duì)線材和拉線模產(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)線材和拉線模造成很高的應(yīng)力峰值，兩者都將加速模子的磨損。

    尤其是對(duì)于手工鑲模的模子，如果模具中心線存在顯著的偏差，則會(huì)加劇?？椎臄U(kuò)大，導(dǎo)致不均勻磨損，使?？鬃兂蓹E圓形。另外，在拉線過(guò)程中頻繁地停車(chē)也將增大模子的磨損，這是因?yàn)槔纹鸩綍r(shí)的拉應(yīng)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(jié)束語(yǔ)

    為延長(zhǎng)拉線模的使用壽命，除選擇合適的模具材質(zhì)，設(shè)計(jì)合理的孔型尺寸，提高拉線模的制造水平，使模孔表面光潔度達(dá)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(guò)程中注意模子的日常保養(yǎng)，應(yīng)勤洗勤換，并保證拉伸過(guò)程中具有良好的潤(rùn)滑效果。