提高钨钼拉丝模使用寿命的探讨
摘要:从拉丝模的材质、孔型设计、拉伸工艺和模子的使用与维护等方面,分析了影响钨钼拉丝模使用寿命的各
种因素,并提出了提高拉丝模使用寿命的有效途径。
关键词:拉丝模;钨丝;使用寿命
前言
拉丝模是钨钼材料行业重要的生产模具,它是实现正常的连续拉伸,保证拉伸制品质量的关键。拉丝模使用寿命的长短,不仅会影响到生产成本的高低,而且会影响产品质量的稳定性和生产效率。
本文将结合作者在钨钼行业十几年的工作实践,从拉丝模本身的材质、结构设计、拉伸工艺条件的制定和控制以及模具的使用与维护等方面,分析了影响拉丝模使用寿命的各种因素,并探讨延长其使用寿命的有效途径。
1拉丝模的材质对其使用寿命的影响
在钨钼丝生产的过程中,常用的拉丝模模芯材料主要有硬质合金、天然金刚石、人造金刚石等。应根据不同的加工工序,被加工的钨钼丝的材质性能,以及钨钼丝的质量要求来选择模芯材料。合理选择模芯材料,是延长其使用寿命的主要途径。
111硬质合金
拉丝模用的硬质合金为钴含量较低的碳化物———钴类合金,它具有较好的耐磨性、抗冲击性、抛光性和抗腐蚀性能,易于修复,价格低廉,是常用拉丝模芯制作材料,广泛应用于粗、中丝的拉伸。研究表明,通过改善硬质合金成分和组织结构,控制碳含量的波动值,细化碳化物的颗粒,可以提高材质的性能,延长其使用寿命。目前,国内外采用热等静压(HIP)处理、超细晶工艺及加入稀土元素来降低孔隙度,细化晶粒,提高合金的硬度,减小摩擦系数;并利用化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积( PVD)法在硬质合金表面形成金刚石薄膜或氮化钛涂层,提高合金的表面强度[1~5 ]。
112天然金刚石
天然金刚石俗称钻石,是自然界最硬的物质,具有很高的耐磨性和热传导率,用于钨钼丝拉伸时能改善丝材的表面质量,提高丝材性能及尺寸精度,主要用于拉伸细丝及成品丝。但它性质非常脆,抗冲击性能差,而且硬度具有各向异向性,做拉丝模时易磨损不均匀。加之金刚石稀少,价格昂贵,加工困难,因此在拉伸中、粗丝方面受到限制。
113人造金刚石
人造金刚石又称聚晶金刚石,它是由许多单晶微粒无定向聚合而成的多晶体,具有较高的强度和硬度,耐冲击性较强,性质均匀、综合性能良好。在拉伸中、细丝时,使用寿命比金刚石模和硬质合金模高,且丝材尺寸稳定,表面质量好。但人造聚晶金刚石的晶粒较粗大,抛光困难,拉伸细丝的表面光洁度不如天然金刚石。通过细化晶粒,可提高抛光性能,在中、细丝的拉丝模上取代天然金刚石,大大降低成本,提高产品质量。
2 拉丝模孔型设计对其使用寿命的影响
随着现代拉丝工艺的改进,传统的模具设计观念正在发生变化,新的观念已引入到现代模具设计当中,新的“直线型”拉丝模正在日益取代传统的“弧线型”拉丝模。国内拉丝行业过去一直沿用的“弧线型”拉丝模,其孔型结构按工作性质可分为“入口区、润滑区、工作区、定径区、出口区”五个部分,各区之间采用圆滑过渡,使整个孔型形成一个很大的、具有不同曲率的弧面。目前,国外工业发达国家普遍采用由美国人T. Maxwall和E. C. Kennth在80年代初提出的“直线型”拉丝模,从对国外制作的这种拉丝模的实测情况来看,其孔型的特点主要有以下4个方面[1~2
(1)取消润滑区,加长工作区,把建立润滑膜的功能归入入口区和工作区。延长入口区和工作区高度,使丝材进入工作区的中间段,利用入口区和工作区上半部分形成的楔角,建立“楔形效应”,在丝材表面形成更致密牢固的润滑膜,提高润滑效果。
(2)孔型各部分纵剖面线必须是平直的,且各区之间的交接明显,尤其是工作区与定径区之间不应有过渡角。由于弧线型拉丝模在模子入口处的模角较大,模壁上的压应力增大[6 ],因而比直线型拉丝模更易于形成较深的环形沟槽。而工作区与定径区之间若存在过渡角,会缩短定径区的实际长度,影响模子寿命。
(3)定径区必须平直,且长度合理。平直的定径区可避免因二次压缩变形带来的外摩擦力,使磨损增加。定径区的长度对模子的寿命也有影响。定径区过长,虽然可提高拉丝模的散热效率和使用寿命,但会使摩擦力增大,拉应力增加,引起缩丝或断丝。而定径区过短,丝材的尺寸精度和表面质量难以保证,模孔还会很快磨损超差。
(4)加大入口区角度β,防止由于入口区角度过小,使润滑剂、金属屑、污物等积聚于入口区与工作区交接处,形成楔形堵塞(如图1所示) ,导致润滑条件变坏。但入口区角度如果过大,会影响金刚石拉丝模的整体强度。实践证明,直线型拉丝模的使用寿命比弧线型拉丝模高3~4倍,尤其适合于高速拉伸[2 ]。
3 拉伸工艺对模具使用寿命的影响
钨钼丝拉伸过程中,除了拉伸温度、拉伸速度和变形程度三个基本工艺参数外,润滑效果、反拉力的作用以及拉丝模温度等工艺条件对模具的寿命也有重要影响。因此,提高拉丝模的使用寿命需要对各种工艺因素加以综合考虑。
311拉伸温度
钨钼丝拉伸时的温度,应根据道次压缩率、模子的散热条件、模温等因素,进行合理的确定。拉伸温度过高,石墨乳的吸附性和粘度降低,甚至出现石墨成分烧损的现象,使钨钼丝表面粗糙的氧化层更多地暴露在外面,增大丝材与模子的摩擦系数。拉伸温度过低,金属的变形抗力大,增大丝材与模子的摩擦力,使模子磨损明显增加。