拉絲模具的整套解決方案

時(shí)間：2023-02-04作者：邯鄲市永年區(qū)智特模具有限公司瀏覽：99

拉絲模具作為絲材拉絲的基本工具，從誕生到現(xiàn)在，其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)發(fā)生了很大的變化。但直到今天，模具生產(chǎn)者和使用者仍在研究拉絲模的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。因?yàn)樵趩蜗蜃呓z電火花加工用電極絲制造行業(yè)，特別是應(yīng)用在**機(jī)床的鍍鋅電極絲，拉絲模的質(zhì)量關(guān)系到電極絲產(chǎn)品質(zhì)量、模具使用壽命、生產(chǎn)效率、能源及成本消耗等多種因素[1]。

2 拉絲模的構(gòu)成及模芯孔型結(jié)構(gòu)

2.1 拉絲模一般由模套和模芯兩部分構(gòu)成(如圖1)。

模套采用高質(zhì)量的鋼制成(國(guó)內(nèi)多為45鋼)，硬度為HRC20~25，模套與模芯之間采用過(guò)盈配合，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的作用，否則在拉絲時(shí)，模芯容易破裂。模芯是拉絲模的關(guān)鍵部分，根據(jù)用料的不同，可分為**金剛石模、聚晶金剛石模、硬質(zhì)合金模等。對(duì)于**金剛石模具來(lái)說(shuō)，具有較高的硬度和較好的導(dǎo)熱性及光學(xué)性能，其物理性能：密度為3.515g/cm3;硬度為莫氏10級(jí);彈性模量為1.25-10.76GPa。聚晶金剛石是由金剛石微粉在金屬催化劑(鈷)作用下，采用高壓高溫工藝燒結(jié)而成，具有較好的韌性及耐磨性;而硬質(zhì)合金拉絲模制作簡(jiǎn)單、抗沖擊力強(qiáng)、價(jià)格低廉是其顯著的特點(diǎn)。因此，模芯的使用壽命主要取決于它本身的用料，并與絲材的性能，潤(rùn)滑狀況，模芯的孔型及使用時(shí)模具的冷卻狀況等因素有關(guān)。

2.2 拉絲模的模芯孔型結(jié)構(gòu)參數(shù)

模芯的孔型結(jié)構(gòu)對(duì)絲材產(chǎn)品品質(zhì)及模具壽命起到?jīng)Q定性作用。模芯的孔型結(jié)構(gòu)主要由入口區(qū)、潤(rùn)滑區(qū)、壓縮區(qū)、定徑區(qū)、安全角和出口區(qū)這六部分組成(如圖2)以及其常用原始參數(shù)設(shè)定(如表1中-原始參數(shù))。




首先，拉絲模內(nèi)孔的入口區(qū)角度是重要的參數(shù)之一，它的作用是將絲材導(dǎo)入拉絲模，絲材進(jìn)入拉絲模時(shí)，應(yīng)盡可能保持平直，以防止絲材產(chǎn)生不均勻應(yīng)力。

另外，潤(rùn)滑區(qū)作用在于貯存潤(rùn)滑劑，并將其輸入工作區(qū)。為了在電極絲表面形成較厚的潤(rùn)滑涂層，潤(rùn)滑錐表面不需要拋光處理，以增加潤(rùn)滑壓力。

而壓縮區(qū)是模芯構(gòu)造中至關(guān)重要的部分，絲材表面潤(rùn)滑層的形成和全部塑性變形都在此區(qū)進(jìn)行，拉絲模具的工作效率也取決于工作錐的幾何形狀和面積，因此必須確保工作錐角的加工精度和表面光潔度。工作錐應(yīng)加工成直線型，其表面不得有弧形過(guò)渡或圓滑過(guò)渡，且工作錐角與定徑帶應(yīng)保持在同一軸線上，模芯外徑和模套內(nèi)徑應(yīng)保持同心，這樣，可以防止絲材拉絲中出現(xiàn)的橢圓現(xiàn)象。

定徑區(qū)的作用是控制拉絲絲材的直徑、不圓度、平直度及表面質(zhì)量等工藝指標(biāo)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，定徑帶表面需要經(jīng)過(guò)拋光處理，且要求定徑帶與工作錐和出口錐的交界面相互保持平行，并嚴(yán)格控制定徑帶的尺寸公差。

為了強(qiáng)化模具的出口，防止模芯破碎，出口區(qū)要求進(jìn)行拋光處理，并要求定徑區(qū)與出口區(qū)的交界處有輕微平滑的過(guò)渡，即安全角，否則絲材在拉絲時(shí)會(huì)刮傷其表面并產(chǎn)生大量的金屬碎屑，污染潤(rùn)滑粉，并可能導(dǎo)致阻塞下一道模具入口，造成后續(xù)的拉絲潤(rùn)滑失效。

3 拉絲模在鍍鋅電極絲拉絲過(guò)程中常遇見問題及工藝優(yōu)化

3.1 潤(rùn)滑不良導(dǎo)致過(guò)熱斷絲現(xiàn)象

常用拉絲模潤(rùn)滑區(qū)為35°±10°，拉絲油濃度為4%~6%，但由于鍍鋅絲材表面的鋅熔點(diǎn)較低，拉絲過(guò)程中產(chǎn)生巨大熱量，比黃銅絲消耗潤(rùn)滑液較多，減弱了潤(rùn)滑效果，同時(shí)在變形區(qū)某一點(diǎn)將耗盡殘存絲材表面潤(rùn)滑粉。當(dāng)拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)，在定徑區(qū)域容易引起軸向伸長(zhǎng)，出現(xiàn)縮徑和橢圓問題，終將導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，產(chǎn)生金屬碎屑及過(guò)熱斷絲現(xiàn)象。

因此，在拉絲模設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鍍鋅電極絲表面的特殊性，鋅在拉絲油中的潤(rùn)濕效果通常比黃銅的較差，故應(yīng)當(dāng)將其潤(rùn)滑區(qū)適當(dāng)調(diào)整至30°±10°左右，增大潤(rùn)滑效果，拉絲油濃度為5%~7%，并且嚴(yán)格控制拉絲油溫度為38℃~42℃。

3.2壓縮區(qū)的工作錐角度選擇不當(dāng)引起的問題

工作錐角度太大，使絲材進(jìn)人拉絲模的接觸點(diǎn)太靠近定徑帶，相對(duì)來(lái)說(shuō)即變形區(qū)過(guò)短，使絲材變形速率加快，并產(chǎn)生大量熱，容易導(dǎo)致潤(rùn)滑失效。若冷卻不良，會(huì)影響絲材的組織結(jié)構(gòu)，并加劇模具消耗。若模角再大或壓縮率再小，會(huì)使接觸點(diǎn)較接近定徑帶，絲材在流向定徑帶的過(guò)程中，由于錐角的影響，絲材難于平穩(wěn)過(guò)渡到定徑區(qū)域，容易引起絲材內(nèi)凹，導(dǎo)致縮徑，如果材料強(qiáng)度太低也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生縮徑或橢圓現(xiàn)象。盡管潤(rùn)滑區(qū)相對(duì)加長(zhǎng)，并且開始瞬間能提供良好潤(rùn)滑，但是它會(huì)減小接觸表面潤(rùn)滑壓力，并產(chǎn)生渦流效應(yīng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑粉反向流出?？祝瑴p弱潤(rùn)滑效果，再加上由變形產(chǎn)生的不良效果，終導(dǎo)致潤(rùn)滑失效，表面裂紋、刮傷，模耗加劇，絲徑難以控制，特別容易造成波浪線。

工作錐角太小，導(dǎo)致進(jìn)線接觸點(diǎn)靠近工作錐上端，使變形區(qū)相對(duì)加長(zhǎng)，使拉絲機(jī)對(duì)絲材產(chǎn)生的殘余功增多，產(chǎn)生大量熱，加大拉絲機(jī)功耗，同樣會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，產(chǎn)生斷絲、過(guò)熱、縮絲等不良現(xiàn)象。

實(shí)踐證明，由于鍍鋅電極絲表面鍍了一層金屬鋅，鋅的加工性能通常比黃銅電極絲差，絲材拉絲時(shí)總體加工率應(yīng)適當(dāng)減小15%~25%，同時(shí)壓縮區(qū)的工作錐角度減少4°，這樣可以大大減少了電極絲產(chǎn)品波浪線，S線，表面粗糙等的不良現(xiàn)象，從而提高成品率。




3.3 定徑區(qū)長(zhǎng)度選擇及改進(jìn)措施

確定定徑區(qū)長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)滿足下列要求：足夠的耐磨性、拉絲時(shí)消耗的能量少以及減少拉斷絲材的可能性。定徑區(qū)過(guò)長(zhǎng)雖可提高拉絲模的壽命，但同時(shí)也會(huì)造成摩擦、發(fā)熱量及能耗的增大，且易引起絲材直徑的縮減或拉斷絲材。如定徑區(qū)過(guò)短，則會(huì)造成拉絲時(shí)絲材搖晃及產(chǎn)生竹節(jié)形，還會(huì)使拉絲模內(nèi)孔很快地磨損導(dǎo)致尺寸差。一般情況下，拉絲絲材的直徑越大，其定徑區(qū)長(zhǎng)度相應(yīng)偏短。一般情況下，鍍鋅電極絲模具相當(dāng)黃銅電極絲來(lái)說(shuō)，定徑區(qū)長(zhǎng)度稍微長(zhǎng)些，可以減少模具磨損，增加模具產(chǎn)能，穩(wěn)定產(chǎn)品線徑公差，通常鍍鋅電極絲線徑公差控制在(-0.001,0)，而黃銅電極絲線徑公差控制在(-0.002,0)。

3.4 出口區(qū)安全角度對(duì)直線度影響

單向走絲電火花加工用電極絲跟其它絲材不同，對(duì)直度有嚴(yán)格要求：取300mm線材,用直度測(cè)量板測(cè)量(自然狀態(tài)，沒有折痕)，將一端線頭壓在垂直測(cè)量板固**，另一端呈自由狀態(tài)，其線頭與垂直線的大距離≤30mm[2]，這樣保證了絲材良好垂直度，適用于自動(dòng)穿絲的機(jī)型。實(shí)踐證明，出口區(qū)安全角度的大小對(duì)絲材直線度的影響大，因此將模具的出口區(qū)安全角度較少5°左右，設(shè)定在5~15°，但也不宜過(guò)小，否則在拉絲時(shí)會(huì)造成絲材表面有刮傷、劃痕、絲流等。

3.5 絲材中心斷裂及人字裂紋現(xiàn)象

中心斷裂及“人”字裂紋現(xiàn)象在發(fā)現(xiàn)后一直被認(rèn)為是由原材料引起的問題，但直到1930年Fenhison[3]才指出，中心斷裂及“人”字裂紋是由拉絲工藝(道次加工率、拉絲道次)安排不合理引起的[3]。在絲材拉絲過(guò)程中，絲材內(nèi)部組織沿著軸向延伸，絲材表面的組織流動(dòng)速度大于內(nèi)部組織的流動(dòng)，在心部產(chǎn)生沿軸向的拉應(yīng)力，當(dāng)軸向的拉應(yīng)力過(guò)拉絲材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在材料的心部就會(huì)產(chǎn)生“人”字裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生杯錐斷裂(柱狀)。因此在制定拉絲工藝時(shí)應(yīng)根據(jù)拉絲原料、拉絲模類型來(lái)合理安排拉絲工藝。Zimerman[4]建立的模具錐角(壓縮區(qū)錐角)、加工率和中心斷裂三者之間的關(guān)系如圖3所示。根據(jù)圖3安排鍍鋅電極拉絲工藝可以有效預(yù)防中心斷裂和內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。(圖中白色區(qū)為中心斷裂區(qū)，網(wǎng)格區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū))。若工藝安排不合理會(huì)使殘余功增加，并加大設(shè)備的能耗，使生產(chǎn)成本增加。另外，鍍鋅母線原料線徑通常由φ0.9~φ1.3調(diào)整至φ0.7~φ1.0，同時(shí)入口區(qū)及出口區(qū)角度相應(yīng)減小5~10°，這樣可以有效較少拉絲過(guò)程中斷線及成品絲材中心斷裂及人字裂紋現(xiàn)象，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)。




4 工藝優(yōu)化后**效果

經(jīng)過(guò)以上工藝優(yōu)化，得到一組新模芯孔型結(jié)構(gòu)參數(shù)(如表1-優(yōu)化后參數(shù))，這樣不僅減少了產(chǎn)品殘余功，因?yàn)闅堄鄳?yīng)力和加工硬化是由殘余功造成的，殘余功使材料硬化加劇，嚴(yán)重的會(huì)使絲材的表面開裂、起皮，拉絲困難。同時(shí)，提高了產(chǎn)品表面質(zhì)量，還降低設(shè)備的能耗，減少生產(chǎn)成本，并且在延長(zhǎng)模具使用壽命，增加模具產(chǎn)能，使得產(chǎn)品抗拉性能較加穩(wěn)定等方面，都**了獲得良好效果(如表2)。

5 結(jié)束語(yǔ)

拉絲模作為金屬制品變形的基本工具，其形狀和構(gòu)造無(wú)論怎樣變化，其目的都是為了保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，所以電極絲制造廠家應(yīng)建立嚴(yán)格的模具返修和檢查方法，制定合理的拉絲工藝，嚴(yán)格質(zhì)量控制，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在拉絲加工中，拉絲模的改進(jìn)對(duì)絲材的生產(chǎn)有著舉足輕重的作用。只有充分對(duì)比現(xiàn)有拉絲模結(jié)構(gòu)特性以及較深入地剖析拉絲過(guò)程中出現(xiàn)的問題和影響因素，才能較好地提高了拉絲模具使用壽命，降低能耗和生產(chǎn)出較優(yōu)質(zhì)電極絲產(chǎn)品。


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