提高金刚石拉丝模具使用寿命的方法

研磨者

摘要：金刚石拉丝模具是不锈钢线材及电缆行业生产的重要工具，尤其在细线及微丝方面应用极为广泛。但因为其价格很贵，生产成本较高，如何有效提高金刚石拉丝模具的使用寿命是线材生产行业的一大重要课题。 : i, l0 k0 f4 R% J6 r　　 / \! u7 C0 i4 c9 g　　1 金刚石拉丝模具简介 　　 　　金刚石拉丝模具有两种，一种是天然金刚石模具，天然金刚石具有硬度高、耐磨性好的特点，拉制的线材表面光洁度很高，由于天然金刚石在结构上具有各向异性,导致其硬度也呈各向异性,使模孔的磨损不均匀,制品不圆整，加之价格昂贵、稀少，一般用作表面质量要求高的细线拉线模或成品拉线模;另一种是人造聚晶金刚石模具，人造聚晶金刚石是无定向的多晶体。它具有硬度高，耐磨性好，抗冲击能力强的优点。在硬度上不存在各向异性，磨损均匀，模具使用寿命长，适用于高速拉拔。由于国产聚晶模坯存在晶粒粗大、抛光性能差等质量问题，目前国内厂家多使用聚晶模作过渡模，而不用作成品模。但随着聚晶模内在质量和加工水平的提高，有取代昂贵的天然金刚石作成品模使用的趋势。 4 X0 W% k0 T7 E& K l9 m/ P" \　　 : z- a$ X6 E9 T9 P \5 g　　2 金刚石拉丝模具的磨损原因分析 % L! r, B* S5 e　　2.1 拉丝模自身加工质量因素导致模具磨损 1 [5 w- a* V: \　　 　　(1)金刚石模坯与模具钢套镶嵌不对称，烧结的硬质合金钢套分布不均匀或有空隙，都容易导致在拉拔线材过程中产生U形裂痕; # M0 e' R ^- g& f　　 7 ^8 V" T. e: l- ~8 f+ R4 A, j　　(2)金刚石模坯在激光打孔过程中，烧结痕迹清理不干净或受热不均匀会导致金刚石层内金属触媒、结合剂等聚成一堆，这样容易导致在拉丝过程中模具出现凹坑; 　　 　　(3)模具孔型设计不合理，入口润滑区开口过小、定型区过长，会导致润滑不畅，致使模具磨损甚至碎裂。 　　2.2 拉丝过程中使用不当因素导致模具磨损 1 j2 U6 ?0 S6 q0 J8 R　　 5 e$ v4 @; _1 S P! v6 V　　(1)拉丝面缩率过大，导致模具产生裂痕或破碎。裂痕或断裂纹绝大部分是内应力释放所产生。在任何物料结构中，存在内应力是必然的，拉拔线材时产生的内应力本来可以增强金刚石微晶结构，但当拉丝面缩率过大、无法及时润滑从而温升过高就会导致金刚石模具表明部分物料被移走，微晶结构所承受的应力就大大增加，使其更容易产生裂痕或破碎。 　　 　　(2)线材的拉伸轴线与模孔中心线不对称，致使对线材和拉线模产生应力作用不均匀，而机械振动产生的冲击也会对线材和拉线模造成很高的应力峰值，两者都将加速模子的磨损。 ! Q) S$ b. n9 V) e　　 　　(3)因退火不均匀而造成的线材硬度不均匀等因素容易造成金刚石拉丝模具过早产生疲劳损伤，形成环形沟槽，加剧模孔磨损。 5 V9 H9 K; I' [( \6 O+ W: h　　 　　(4)线材表面粗糙，表面粘附氧化层、砂土或其他杂质等会使模具过快磨损。当线材通过模孔时，硬、脆的氧化层及其他粘附杂质会象磨料一样地造成拉线模模孔很快磨损及擦伤线材表面。 　　 　　(5)润滑不畅或润滑油含有金属碎屑杂质导致模具磨损。润滑不畅会使拉丝时金刚石模孔表面温度升高过快，金刚石晶粒脱落，导致模具损伤。当润滑油不洁净，尤其含有拉拔时脱落的金属碎屑时，极容易划伤模具和线材表面。 　　 0 A8 c# k* n' b3 B/ G　　3 有效提高金刚石拉丝模具的使用寿命的方法 　　 　　3.1 尽量选用先进模具加工技术生产的高品质的金刚石拉丝模 8 ^/ X. ]! e7 R- i3 w# m( P　　 　　目前，国外拉线模具的研磨工艺普遍采用高速机械研磨机，以及表面镀金刚石的金属磨针，该设备运行平稳，磨针的规格及使用规范化使产品精度更高。模子的孔型尺寸利用轮廓记录仪及孔径测量仪来检测，并用检查拉线模专用的显微镜来检查表面光洁度。而国内许多厂家还在采用落后的设备，使用手工操作来研磨孔型，因此，存在着以下问题：孔型参数波动较大，难以加工出平直的工作锥;定径区与工作区交接处易研磨出过渡角，使线材在定径区中产生二次压缩，增加外摩擦力，减短了定径区长度，缩短模具的使用寿命;磨损的磨针修复频度因人而异，使用不规范，造成孔型的一致性差。检测手段也落后，只能依靠目测或者放大镜、显微镜等简单工具检测，而且注重的是模内表面光洁度，对孔型尺寸不能有效检测，更谈不上控制了。 6 `" a( d+ A1 W- m　　3.2 选择良好孔型设计的金刚石拉丝模具 " R6 |1 W& n4 p　　 　　拉丝模孔型一般分为曲线(即R型系列)和直线型(即锥型系列)。如图所示： + j: G! q* o' p- B/ k+ |　　 　　

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　　 　　从线材在拉线模内变形均匀的角度分析，似乎曲线型较直线型好，这种孔型是在“圆滑过渡”的理论指导下设计出来的，其孔型结构按工作性质可分为“人口区”、“润滑区”、“工作区”、“定径区”、“出日区”五个部分，各部交界处要求“倒棱”，圆滑过渡，把整个孔型研磨成一个很大的、具有不同曲率的孤面这种孔型的模子在当时的拉拔速度条件下，还是可以适用的。到上世纪70年代末至80年代初，随着拉线速度的提高，拉线模的使用寿命就成了突出问题。为了适应高速拉线的要求，美国的T.Maxwall和E.G.Kennth提出了“直线型”理论。该理论着重考虑了拉拔过程中的润滑作用和磨损因素，指出经改进后的直线型拉线模孔型应具有以下几个特点： ' t& c. n# s" t% q* O: g　　 6 B/ s0 ^1 t$ b; n9 {　　(1)孔型各部分的纵剖面线都必须是平直的，平直的工作锥面拉拔力最小; 9 x1 h+ m5 r# R7 s2 e9 H% a4 ^　　 　　(2)模具各部位的交接部分必须明显，这样各部分可以充分发挥各自作用，避免了过渡角对定径区实际长度的减小; 　　 　　(3)延长入口区和工作区高度，使线材进入模孔工作锥的中间段，利用入口锥角和工作锥角上半部分形成的楔形区，建立“楔形效应”，在线材表面形成更致密牢固的润滑膜，减少磨损，适合于高速拉拔; 1 J% r+ k0 @- n: O3 {7 q3 X　　 5 T% w3 T% Q& u# v　　(4)定径区必须平直且长度合理。定径区过长，拉线摩擦力增大，线材拉出模孔后易引起缩径或断线，定径区过短，难以获得形状稳定、尺寸精确和表面质量良好的线材，同时模孔还会很快磨损超差。 8 R5 x6 d: \: U. _　　 * g) v2 t1 i! D/ ^& ?　　经实践应用，采用直线型理论设计出的拉线模，其使用寿命比R型拉线模提高3-5倍以上。 * T( ]6 S! i1 i1 k8 {0 U% T　　 　　3.3 拉丝机设备的安装使用要合理 7 g1 s( a* ^& v5 z! q; n6 ^% {5 k　　 4 W. K, Y9 _6 g; q) B$ o　　(1)拉丝机的安装基础需十分稳固，避免振动现象; 　　 　　(2)安装时要通过调试使线材的拉伸轴线与模孔中心线对称，使线材和拉线模应力作用均匀; 6 z' m3 e: R* [, k　　 + E u* `0 o6 l) {　　(3)拉线过程中避免频繁地启动停车，因为拉拔起步时的拉应力造成的摩擦比正常拉拔时的摩擦要大得多，这势必将增大模具的磨损。 　　 & _' C5 o$ z! a# \3 a　　3.4 用于拉拔的线材要经过预处理 　　(1)表面预处理：对于表面脏污、粘附较多杂质的线材，要先经过清洗、烘干后再进行拉拔;对于表面有较多氧化皮的线材，要先经过酸细、烘干后再进行拉拔;对于表面存在起皮、凹坑、重皮等现象的线材，还要通过磨光机进行修磨后再进行拉拔; ! r$ v9 E# G' P9 Y" F7 w　　 8 j9 \+ w. L+ \　　(2)热处理：对于硬度过大或硬度不均匀的线材，要先通过退火或回火降低硬度，并使线材保持良好的硬度均一性再进行拉拔。 　　 　　3.5 保持适宜的拉拔面缩率 2 m' r [0 L% C2 V$ x3 A o; F　　 8 S4 h5 K5 a9 d" T3 K8 s, a　　金刚石拉丝模具本身具有硬、脆的特性，如果用于大面缩率的缩径拉拔，很容易导致模具所能承受应力而碎裂报废，因此要根据线材机械性能的不同，选择合适的面缩率进行拉拔。用金刚石模具拉拔不锈钢丝，一般单道面缩率不超过20%。 " L \7 q6 v" z$ e7 I3 K5 b　　 　　3.6 使用润滑性能良好的润滑剂 0 q8 ]2 v! n) s( B) x7 D( v　　 　　在拉伸过程中，润滑剂的质量及润滑剂的供给是否充足都影响着拉线模的使用寿命。因此要求润滑剂油基稳定，抗氧化性好，具有优良的润滑性、冷却性和清洗性，在整个生产过程中始终保持最佳的润滑状态，以便形成一层能承受高压力而不被破坏的薄膜，降低工作区的摩擦力，提高模子使用寿命。 * m" ^ `: h( q! Q6 O: J/ K; ^* \& A　　 5 f) M" u( a* Y2 F- p8 X+ d( H　　使用过程中，要不断观察润滑油的状况，如果发现严重变色或润滑油中金属粉末增加，要及时进行更换或过滤，避免润滑油因氧化而润滑性能降低，同时避免拉拔过程中脱落的细小金属颗粒损伤模具。 　　 　　3.7 定期保养修磨金刚石拉丝模具 8 p# Y: h& ]- [# e4 {9 G. i2 \　　 & E! i5 ]. e4 p0 z　　拉线模在长期使用过程中，模壁受到金属线材强烈摩擦与冲刷作用，不可避免的会产生磨损现象，最常见的是在工作区线材入口处出现环形沟漕(凹痕)。拉线模环沟的出现，加剧了模孔的磨损，因为环沟上因松动而剥落的模芯材料小颗粒被金属线带入模孔工作区和定径区，起着磨料的作用，而进入模孔的线材则象磨针一样加剧模孔的磨损。如不及时调换进行修复，那么环沟将继续加速扩大，使修复增加困难，甚至有可能在环形沟槽较深处出现裂纹，使模具完全崩碎报废。 ; E! k( Q5 f% ]* {% I) P　　 " A8 \2 d# k# p- b; s( d　　从经验中得知，制定出一套规范标准，加强日常保养，经常对模子进行检修是非常经济合算的事情。一旦模子出现了任何轻微的磨损，及时进行抛光，则使模子恢复到原始抛光状态所花费时间要短，而且模子的孔型尺寸无明显变化。 　　 ; ~4 k9 D+ B% }6 I　　4 小结 　　 8 P S9 Z: ]; m. C　　综上所述，为延长拉线模的使用寿命，除选择合适的模具材质，设计合理的孔型尺寸，提高拉线模的制造水平，使模孔表面光洁度达到工艺要求外，还必须确定合理的道次压缩率，改善拉线模的使用条件。在使用过程中注意模子的日常保养，应勤洗勤换，并保证拉伸过程中具有良好的润滑效果。 5 P, |3 Q; U8 J$ }2 O. z7 L　　作者：山东大山金属压延有限公司 梁波 张军 & I+ A/ V7 J1 X% e　　 　　来源：现代磨具