一种新型钎料的成型方法及应用

王星星，龙伟民，于新泉，裴夤崟，孙华为，程亚芳

(郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室，河南 郑州 450001）

0 前言

金属棒材、管材、线材、型材生产中，拉拔加工是常用的一种塑性加工方法。拉丝机又名拉拔机，作为拉拔工艺中必不可少的加工设备，广泛用于钢丝绳、电线电缆、五金加工等行业，是工业生产中使用最广泛的金属加工设备之一，中国机械行业标准JB/T 7910-1999对其基本参数、技术要求等进行了标准规范[1-2]。

拉丝模作为拉丝机的核心工具，可使金属坯料通过模孔由粗变细，经过数道次拉拔，成型为实际所需要的形状和尺寸，对金属材料制品的预加工处理起着决定作用。拉丝模的模孔，如圆形、方形、六角形等，是改变金属坯料形状、尺寸的关键[3]。在国内外市场中，加工棒状、丝状钎料所使用的圆形拉丝模有着广泛的应用，但其在实际加工特殊形状（如五角星形、三叶内摆线形）钎料时，圆形拉丝模加工的钎料需要进行二次机械加工，比如轧尖工序、线切割等，效率低、能耗高，无法满足市场需要。

目前市场上常见的拉丝模可分为固定式拉丝模（主要是硬质合金模[4-5]、金刚石模[6-8]、刚玉陶瓷模[9]等）、旋转式拉丝模[10-11]、辊（滚）式拉丝模[12-13]三类，而有关特殊形状滚动拉丝模的报道还很少。本研究主要是设计一种滚动拉丝模，对其结构特征进行描述，通过算例将其加工的新型钎料与圆形拉丝模加工的棒状钎料进行对比，介绍该拉丝模加工新型钎料的过程，以期对钎焊及相关领域提供更多信息。

1 新型滚动拉丝模的设计

所设计的滚动拉丝模即三叶内摆线形滚动拉丝模[14]，其剖视图和正视图分别如图1、图2所示。在锥形保持架和钢外套之间有一定的空隙，锥形保持架侧面三个均匀分布的小孔，用于盛装三个钢球，钢外套一端带有进钎孔的限位套可对锥形保持架和钢外套进行限制。工作过程中，三个钢球处于半连续滚滑动状态，三钢球球心所在平面与钎料轴线不必垂直。

图1 滚动拉丝模的剖视图Fig.1 Cutaway view of rolling wire drawing dies

图2 滚动拉丝模的正视图Fig.2 Elevation of rolling wire drawing dies

在图1和图2中，锥形保持架为前端口径小、后端口径大的圆环体，当拉丝机反向转动时，拉丝对锥形保持架具有反作用力，可防止锥形保持架被反向拉动。

三钢球与成型三叶内摆线形钎料的结构关系剖视图如图3所示，为了保证拉拔过程的顺利进行，钢球直径D与拉拔前坯料的直径d满足：αD＞βd，30°≤α≤60°，70°≤β≤90°。

图3 结构关系剖视图Fig.3 Cutaway view of structure relationship

图3中，α和β为两圆心角，S为成型钎料的横截面积。

2 算例对比

下面通过三个算例将所设计的拉丝模加工的三叶内摆线形新型钎料与等体积棒状钎料的体表面积进行对比，如表1所示，实例中三叶内摆线形钎料的长度均为1 m。根据JIS B 1501-2009标准[15]分别选择 φ4.8 mm，φ4.36562 mm，φ2.77812 mm的精密钢球。

结果发现：在等横截面积S条件下，加工的三叶内摆线形钎料横截面周长L1大于棒状钎料横截面周长L2，即L1＞L2；等体积钎料，加工的三叶内摆线形钎料体表面积S1大，而棒状钎料的体表面积S2小，即 S1＞S2。

通过上述算例对比表明，与传统圆形拉丝模加工的棒状钎料相比，三叶内摆线形拉丝模加工的新型钎料与三钢球的接触面积增加幅度为15%～50%。

表1 算例对比分析Tab.1 Calculation examples analysis

3 三叶内摆线形新型钎料的实现及应用

为有效实现三叶内摆线形钎料的成型加工，拉拔加工出横截面如图4所示的新型钎料，具体步骤如下：

图4 三叶内摆线形新型钎料的剖视图Fig.4 Cross section diagram of new brazing filler metal

第一步：根据JIS B 1501-2009标准[15]和实际需要，选用合适尺寸的钢球。首先用汽油、丙酮清洗钢球，清洗干净后，将三个钢球装配在锥形保持架上三个小孔中，保证钢球均匀分布。然后将锥形保持架与钢外套配装，保持同轴，使用带有螺纹的限位套对锥形保持架和钢球进行限位。

第二步：用干净的抹布蘸取一定的拉丝液擦拭锥形保持架内壁，人为的拉动铸锭的钎料，由于锥形保持架是可滑动的，锥形保持架和钢球随钎料拉动而向前移动，直到被卡紧在钢外套前端。设定拉丝速度，进行三叶内摆线形钎料拉拔成型，在外力作用下加工的钎料剖视图如图4所示。拉拔过程中，三钢球处于半连续滚动状态，三钢球球心的平面与钎料轴线不必垂直。同时，如果发现钢球表面有明显磨损，立即更换为新钢球。

第三步：拉拔结束后，卸下限位套，将锥形保持架向后轻推，取出钢球，对钢球和锥形保持架表面进行清洗洁净处理，以备下次循环使用。

与传统圆形拉丝模相比，设计的滚动拉丝模具有以下优点：

（1）容易操作，使用简便，无需二次机械加工。

（2）钎料与钢球之间属于滚动摩擦，拉拔阻力小。

（3）锥形保持架为圆环体，拉丝过程中会越拉越紧，锥形保持架不会被反向拉出而损坏。

（4）钢球成本低（市场价格 0.1元/个），而且更换方便，可循环使用。

（5）有效降低能耗，可用于三叶内摆线形条状或丝状钎料的批量生产。

钎焊连接过程中，可将三叶内摆线形钎料用于炉中钎焊，有效防止钎料滚动、离开预定焊接位置，影响连接效果。采用棒状钎料实施炉中钎焊时，容易使钎料在钎焊过程中滚动，降低钎料的流动、润湿、填缝效果，如图5a所示。但是，如果采用三叶内摆线形新型钎料进行焊接，可防止钎料在钎焊连接过程中滚动，保证钎料的流铺、填缝效果，提高钎焊接头质量，见图5b。

图5 不同形状钎料钎焊连接示意Fig.5 Schematic diagram of two different brazing filler metal

4 结论

设计了一种三叶内摆线形滚动拉丝模，可用于三叶内摆线形新型钎料的成型。与传统的拉丝模相比较，三叶内摆线形滚动拉丝模加工的新型钎料与三钢球接触面积大。当拉拔长度固定时，与等横截面积的棒状钎料相比，新型钎料的横截面周长、体表面积较大。设计的滚动拉丝模可有效减少能耗，提高加工效率，获得防滚动的三叶内摆线形丝状或条状钎料，优化国内钎料产品的结构，推动钎焊行业的快速发展。

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[15]JIS B 1501-2009，滚珠轴承用钢球[S].