金刚石拉丝模具拉丝原理及配模

时间：2014-11-16

金刚石拉丝模具拉丝原理及配模

在拉丝领域，人们普遍使用滑动式水箱拉丝机，也就是卷筒与钢丝线速度存在差距，这样钢丝才能在与卷筒的接触面打滑，从而产生滑动摩擦力，这个力量带动钢丝在每个模具前后实现拉拔。

首先是拉丝生产的效率问题，参照钢丝生产效率的计算，较关键的是机器的利用率，出线的大小，以及较快收线速度。如果按每小时多少公斤来计算生产效率，那么生产效率=收线速度*铜包钢截面积*铜包钢密度*机器利用率。机器利用率是指24小时内机器实际全速运行的时间，如果通过统计，在假设**利用率的前提下得出利用率误差的较大和较小值，或者做分类统计，那么我们可以得到平均误差，从而确定拉丝生产的效率评估。

其次是拉丝的机理问题，参照有关复合线材的滑动拉拔过程，我们知道金属塑性变形一般是通过位错在滑移面上的运动来实现的，多晶体变形时还要通过各晶粒的协调来进行。由于晶界的复杂性和不均匀性、原始晶体颗粒的不均匀性等原因，塑性变形在金属内部也不会**均匀，这种变形的不均匀性会对铜包钢线的后续变形产生影响。

在冷变形时，金属会产生应变强化效应，由于铜层的应变硬化指数比钢芯的大，因此在拉拔过程中，铜层的应变强化比较明显（俗话说变硬变得快），即继续变形所需增加的应力更高，因此在铜包钢的拉拔过程中，铜层才不至于在较大的应力作用下遭到破坏，同时由于应变强化的存在，随变形量的加大，变形也会逐渐趋于均匀。韩国科技工作者通过研究发现，工作区角度，总变形量都会导致铜层比例的不同变化，这与应变强化是有直接关系的，在我公司常规生产中，通过分析统计发现，铜层变化几乎可以忽略。

再次是模具的工作问题，学习模具供应商样本提供的切面图可以知道，模具内部结构主要分六个区域，入口区,润滑区,压缩区,定径区,安全角,出口区，较关键的是压缩区的屈服挤压的应力以及定径区的摩擦力。经过模具时的拉拔应力与铜包钢本身的屈服应力，压缩比，工作区角度，材料摩擦系数以及后拉应力决定。而铜包钢本身的屈服应力同样是依据加法原理，由铜的屈服应力、钢的屈服应力按贡献比例累加得到。

最后是通过设备上的塔轮工作，完成拉拔。前面已经讲到，滑动拉丝的根本是依靠滑动摩擦，也就是说铜包钢在塔轮上的运动速度要小于塔轮的转动线速度，这样在进线端始终是松弛状态（后拉力为0），反之进线端甭紧则会加大反拉力，从而加大前拉力，容易导致断线。具体计算过程参加宣天鹏有关滑动拉丝基本条件的论文，较终得到的结果是：通过拉丝模线材的延伸系数应大于相邻塔轮的梯度，表示为μ/ε>1，这样线材在拉拔过程时而紧绕在塔轮上同步前进，时而松开打滑，当然这就会对塔轮表面产生磨损，增加功率损耗。塔轮转动的线速度与线材在拉拔时候的速度的比值，我们称为滑动系数；塔轮转动的线速度与线材在拉拔时候的速度的差为**滑动量；**滑动量与塔轮转动的线速度的比值，我们称为滑动率；累积的滑动系数是各道次滑动系数的连乘，累积滑动率为1-1/累积滑动系数。资料显示，滑动系数一般在1.02-1.10之间，铜包钢与模具有着良好的润滑作用，与塔轮的相对磨损也小，所以有学者建议滑动系数取在1.01-1.04之内。我们倾向于1.02。

实际拉拔的过程，因为每道次都预设了滑动，那么离成品模越远的道次，塔轮与铜包钢线之间的滑动就越大，塔轮表面磨损也就越严重，这种滑动的不均匀性会缩短塔轮的使用寿命，因此要考虑一个累积滑动效应，它是从成品模开始向进线方向以连乘方式传播和累积，道次越前，打滑越大，磨损越严重，同时道次越前，线径越粗，拉拔负荷越大，功率损耗也越大，线材与塔轮之间损伤也越严重，导致塔轮磨出沟槽，或者在拉拔时线材抛起带动模具晃动，线材受力不均匀，出现竹节状或断开。配模一般采用等滑动率法，距离出口处1/3处保持1.04-1.05滑动率，从距离出口处1/3处向进口处，依次逐渐降低滑动率，最后降到1.01，箭头图表示为： 1.01—1.01—1.01—1.02—1.03—1.04—1.04—1.04—1.05 在配模时，与伸长相对应的有一个减面率的概念，也就是面积减少的比例。比如从1.1拉到1.02，面积比例是1.1*1.1：1.02*1.02=1.163，进线是1.1，出线是1.02，但是时间流量是一致的，面积的变化的同时是长度的变化，进线面积是出线面积的1.163倍，那么出线的长度就是进线长度的1.163倍，16.3%就是伸长率，而减面率是14.02%，准确的配法是伸长率，有时候也参考减面率来配，因为减面率以进线为比较基础，伸长率以出线为比较基础，所以减面率必然比伸长率大，打滑系数就更大。各道次伸长的分布规律一般是**道低一些，这是因为线坯的接头强度较低，线材弯曲不直，表面粗糙，粗细不匀等，所以预留安全系数要大一些。第二、三道可以取高一些，因为经过**道拉拔后，各种影响安全系数的因素大大下降，同时金属的变形硬化程度也很小，这时可以充分利用金属的塑性，而在以后的各道次中，伸长可以逐道递减，这是因为变形硬化程度增加，线径减小，金属塑性下降，其内部缺陷和外界条件对安全系数的影响也逐渐增加。

我们的普通拉丝机的塔轮梯度（又称塔较比）大约是10-12%之间，加上滑动率，一般将配比定为13-15%之间，依据相邻模具的出线口径大小，我们可以直接算出减面率或者伸长率，或者反过来，已知道某道模具的大小，已知需要的伸长率，可以推算上一道次模具的大小。值得一提的是，在拉拔软线时，一定要注册出线模的局部压缩不能太大，否则定速轮张力过大会将软线拉伤，导致线径缩小，延伸下降。

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词条说明
聚晶拉丝模具和硬质合金拉丝模具的性能对比
聚晶拉丝模具和硬质合金拉丝模具的性能对比与硬质合金相比，聚晶金刚石的抗拉强度仅为常用硬质合金的70%，但硬度是硬质合金的2.5倍。这样，使得聚晶金刚石模比硬质合金模有更多的优点。用聚晶金刚石制成的拉丝模耐磨性能好，内孔磨损均匀，抗冲击能力强，拉丝效率高。因此目前聚晶金刚石模在金属线材拉拔行业中开始逐渐被重视。
金刚石拉丝模具镶套与打孔过的工艺过程
金刚石拉丝模具镶套与打孔过的工艺过程 1.金刚石模芯镶套是拉丝模生产过程中的一个重要环节，镶套工艺直接影响拉丝模成品的质量。目前常用的金刚石拉丝模镶套方法有两种:一是热镶，二是粉末镶，其中的粉末镶套优点比较** 2.对金刚石拉丝模打孔，国内外目前均采用激光打孔，不同之处在于：国内绝大部分厂家仅能打出没有直径变化的孔，孔型形状靠研磨获得，生产效率低，模具质量和精度不够高.
聚晶拉丝模具在拉丝过程中使用不当因素
聚晶拉丝模具在拉丝过程中使用不当因素 (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。 (
金刚石拉丝模具的材质
金刚石拉丝模具的材质 1970年左右研制出聚晶金刚石，为线材拉制业带来了巨大的变革，它使整个加工过程变得更为高效和稳定。人造聚晶金刚石是由人造金刚石微粒与金属熔结剂钴在高温高压下熔结而成的，聚晶金刚石拉丝模的使用寿命很长，其寿命比**金刚石模长4~10倍，比硬质合金模长50~500倍，且具有良好的耐磨性和模孔圆度的保持性、抗拉力强、模具使用成本低、拉制出的线材质量稍次于**金刚石而优于硬质合金，