摘要：金剛石拉絲模具是不銹鋼線材及電纜行業(yè)生產(chǎn)的重要工具，尤其在細(xì)線及微絲方面應(yīng)用極為廣泛。但因?yàn)槠鋬r(jià)格很貴，生產(chǎn)成本較高，如何有效提高金剛石拉絲模具的使用壽命是線材生產(chǎn)行業(yè)的一大重要課題。
　　
　　1 金剛石拉絲模具簡(jiǎn)介
　　
　　金剛石拉絲模具有兩種，一種是天然金剛石模具，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)線拉線模或成品拉線模;另一種是人造聚晶金剛石模具，人造聚晶金剛石是無定向的多晶體。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)量問題，目前國(guó)內(nèi)廠家多使用聚晶模作過渡模，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 金剛石拉絲模具的磨損原因分析
　　2.1 拉絲模自身加工質(zhì)量因素導(dǎo)致模具磨損
　　
　　(1)金剛石模坯與模具鋼套鑲嵌不對(duì)稱，燒結(jié)的硬質(zhì)合金鋼套分布不均勻或有空隙，都容易導(dǎo)致在拉拔線材過程中產(chǎn)生U形裂痕;
　　
　　(2)金剛石模坯在激光打孔過程中，燒結(jié)痕跡清理不干凈或受熱不均勻會(huì)導(dǎo)致金剛石層內(nèi)金屬觸媒、結(jié)合劑等聚成一堆，這樣容易導(dǎo)致在拉絲過程中模具出現(xiàn)凹坑;
　　
　　(3)模具孔型設(shè)計(jì)不合理，入口潤(rùn)滑區(qū)開口過小、定型區(qū)過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑不暢，致使模具磨損甚至碎裂。
　　2.2 拉絲過程中使用不當(dāng)因素導(dǎo)致模具磨損
　　
　　(1)拉絲面縮率過大，導(dǎo)致模具產(chǎn)生裂痕或破碎。裂痕或斷裂紋絕大部分是內(nèi)應(yīng)力釋放所產(chǎn)生。在任何物料結(jié)構(gòu)中，存在內(nèi)應(yīng)力是必然的，拉拔線材時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力本來可以增強(qiáng)金剛石微晶結(jié)構(gòu)，但當(dāng)拉絲面縮率過大、無法及時(shí)潤(rùn)滑從而溫升過高就會(huì)導(dǎo)致金剛石模具表明部分物料被移走，微晶結(jié)構(gòu)所承受的應(yīng)力就大大增加，使其更容易產(chǎn)生裂痕或破碎。
　　
　　(2)線材的拉伸軸線與?？字行木€不對(duì)稱，致使對(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。
　　
　　(3)因退火不均勻而造成的線材硬度不均勻等因素容易造成金剛石拉絲模具過早產(chǎn)生疲勞損傷，形成環(huán)形溝槽，加劇?？啄p。
　　
　　(4)線材表面粗糙，表面粘附氧化層、砂土或其他雜質(zhì)等會(huì)使模具過快磨損。當(dāng)線材通過?？讜r(shí)，硬、脆的氧化層及其他粘附雜質(zhì)會(huì)象磨料一樣地造成拉線模?？缀芸炷p及擦傷線材表面。
　　
　　(5)潤(rùn)滑不暢或潤(rùn)滑油含有金屬碎屑雜質(zhì)導(dǎo)致模具磨損。潤(rùn)滑不暢會(huì)使拉絲時(shí)金剛石模孔表面溫度升高過快，金剛石晶粒脫落，導(dǎo)致模具損傷。當(dāng)潤(rùn)滑油不潔凈，尤其含有拉拔時(shí)脫落的金屬碎屑時(shí)，極容易劃傷模具和線材表面。
　　
　　3 有效提高金剛石拉絲模具的使用壽命的方法
　　
　　3.1 盡量選用先進(jìn)模具加工技術(shù)生產(chǎn)的高品質(zhì)的金剛石拉絲模
　　
　　目前，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)范化使產(chǎn)品精度更高。模子的孔型尺寸利用輪廓記錄儀及孔徑測(cè)量?jī)x來檢測(cè)，并用檢查拉線模專用的顯微鏡來檢查表面光潔度。而國(guó)內(nèi)許多廠家還在采用落后的設(shè)備，使用手工操作來研磨孔型，因此，存在著以下問題：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，只能依靠目測(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。
　　3.2 選擇良好孔型設(shè)計(jì)的金剛石拉絲模具
　　
　　拉絲?？仔鸵话惴譃榍€(即R型系列)和直線型(即錐型系列)。如圖所示：

　　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，這種孔型是在“圓滑過渡”的理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出來的，其孔型結(jié)構(gòu)按工作性質(zhì)可分為“人口區(qū)”、“潤(rùn)滑區(qū)”、“工作區(qū)”、“定徑區(qū)”、“出日區(qū)”五個(gè)部分，各部交界處要求“倒棱”，圓滑過渡，把整個(gè)孔型研磨成一個(gè)很大的、具有不同曲率的孤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?？仔蛻?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最小;
　　
　　(2)模具各部位的交接部分必須明顯，這樣各部分可以充分發(fā)揮各自作用，避免了過渡角對(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。
　　
　　經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用，采用直線型理論設(shè)計(jì)出的拉線模，其使用壽命比R型拉線模提高3-5倍以上。
　　
　　3.3 拉絲機(jī)設(shè)備的安裝使用要合理
　　
　　(1)拉絲機(jī)的安裝基礎(chǔ)需十分穩(wěn)固，避免振動(dòng)現(xiàn)象;
　　
　　(2)安裝時(shí)要通過調(diào)試使線材的拉伸軸線與?？字行木€對(duì)稱，使線材和拉線模應(yīng)力作用均勻;
　　
　　(3)拉線過程中避免頻繁地啟動(dòng)停車，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，這勢(shì)必將增大模具的磨損。
　　
　　3.4 用于拉拔的線材要經(jīng)過預(yù)處理
　　(1)表面預(yù)處理：對(duì)于表面臟污、粘附較多雜質(zhì)的線材，要先經(jīng)過清洗、烘干后再進(jìn)行拉拔;對(duì)于表面有較多氧化皮的線材，要先經(jīng)過酸細(xì)、烘干后再進(jìn)行拉拔;對(duì)于表面存在起皮、凹坑、重皮等現(xiàn)象的線材，還要通過磨光機(jī)進(jìn)行修磨后再進(jìn)行拉拔;
　　
　　(2)熱處理：對(duì)于硬度過大或硬度不均勻的線材，要先通過退火或回火降低硬度，并使線材保持良好的硬度均一性再進(jìn)行拉拔。
　　
　　3.5 保持適宜的拉拔面縮率
　　
　　金剛石拉絲模具本身具有硬、脆的特性，如果用于大面縮率的縮徑拉拔，很容易導(dǎo)致模具所能承受應(yīng)力而碎裂報(bào)廢，因此要根據(jù)線材機(jī)械性能的不同，選擇合適的面縮率進(jìn)行拉拔。用金剛石模具拉拔不銹鋼絲，一般單道面縮率不超過20%。
　　
　　3.6 使用潤(rùn)滑性能良好的潤(rùn)滑劑
　　
　　在拉伸過程中，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，抗氧化性好，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、冷卻性和清洗性，在整個(gè)生產(chǎn)過程中始終保持最佳的潤(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。
　　
　　使用過程中，要不斷觀察潤(rùn)滑油的狀況，如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重變色或潤(rùn)滑油中金屬粉末增加，要及時(shí)進(jìn)行更換或過濾，避免潤(rùn)滑油因氧化而潤(rùn)滑性能降低，同時(shí)避免拉拔過程中脫落的細(xì)小金屬顆粒損傷模具。
　　
　　3.7 定期保養(yǎng)修磨金剛石拉絲模具
　　
　　拉線模在長(zhǎng)期使用過程中，模壁受到金屬線材強(qiáng)烈摩擦與沖刷作用，不可避免的會(huì)產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，最常見的是在工作區(qū)線材入口處出現(xiàn)環(huán)形溝漕(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)入模孔的線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明顯變化。
　　
　　4 小結(jié)
　　
　　綜上所述，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?？妆砻婀鉂嵍冗_(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。在使用過程中注意模子的日常保養(yǎng)，應(yīng)勤洗勤換，并保證拉伸過程中具有良好的潤(rùn)滑效果。
　　作者：山東大山金屬壓延有限公司 梁波 張軍