细钼丝聚晶拉丝模孔型参数的探讨

黄立峰，李世伟，刘宝庆，卜春阳

(1.金堆城钼业光明(山东)股份有限公司，山东 淄博 255300)(2.金堆城钼业股份有限公司技术中心，陕西 西安 710077)

0 前 言

拉丝模是拉制各种金属线材的模具，可拉拔棒材、线材、丝材、管材等直线型难加工物体，适用于钢铁、铜、钨、钼等金属和合金材料的拉拔加工，使之得到丝径精密、表面质量好、强度高的线材［1－2］。钼丝的耐高温、高强度，耐磨等特性，使其广泛应用于电光源、线切割等行业，但是其具有变形温度高、加工硬化速率快、抗拉强度大的特点，所以加工难度大，对拉丝模具的质量要求很高［3－4］。细钼丝常用聚晶拉丝模，影响拉丝模使用质量的因素除模芯材质外，主要是拉丝模的孔型参数［5－7］。本文通过研究设计拉丝模主要参数，使用CU－10 拉丝模检测仪检测变化情况，对比分析拉丝模孔型参数的最佳范围，以提高拉丝模使用质量和工作寿命［8－9］。

1 细钼丝用聚晶拉丝模

1.1 拉丝模结构

钼丝加工中的拉丝模由模芯和模套两部分组成，模套的作用是固定模芯构成，整体模具保证使用方便，在拉丝时防止模子受力过大产生破裂，使模子的抗冲击性能提高，减少或抵消模芯所受的胀力，提高模芯强度，同时拉丝变形所产生的热量通过模套起着传热和散热的作用［10－11］。

一般情况下，拉丝模的模孔结构形状见图1。由入口区、润滑区、工作区、定径区、出口区5 部分组成［12］。

图1 拉丝模的模孔结构形状图

(1)入口区和润滑区:入口区一般带有圆弧，便于拉制材料进入工作区，不为模孔边缘所擦伤，润滑区形成储蓄池，使润滑剂储蓄并起润滑作用。

(2)工作区是整个模孔的重要部分，也叫压缩区，金属拉伸塑性变形是在本区进行的，即金属材料通过此区由大尺寸的截面积压缩成小尺寸的截面积。

(3)定径区的作用是丝材获得稳定和精确的形状、尺寸，定径区要进行镜面抛光才能保证拉丝表面质量。

(4)拉丝模的出口圆锥一般为锥形体或半圆球体，其作用是为了防止丝材出模时被划伤表面，出口角的大小为60°左右。

1.2 拉丝模检测仪

挪威Conoptica 公司生产的CU－10 拉丝模检测仪，由拉丝模具三维检测仪以及检测软件和专用电脑组成，可将拉丝模全面检测出内部孔型图，包括孔径、椭圆度、定径区长度(包括左右定径、平均定径、有效定径)、压缩角(包括左右半角)等主要参数，操作界面图见图2［13－14］。

图2 CU－10 拉丝模检测仪操作界面图

1.3 细钼丝拉丝模现用状况

现用细钼丝聚晶拉丝模多数使用质量不稳定，工作寿命起伏较大，例如直径0.18 mm 的为10 万～30 万m。通过使用CU－10 拉丝模检测仪对现用拉丝模进行检测，发现主要有以下问题［15］:

(1)检测压缩角较小，多数为4° ～6°，并且有左、右半角不对称的情况。

(2)定径区长度范围为20% ～90%，也存在左右不对称的情况。

2 拉丝模主要参数的研究设计

在拉丝模各区中，与所加工金属丝材接触最密切的是工作区和定径区，其中最重要的孔型参数是压缩角、定径区长度、孔径椭圆度［16－17］。

2.1 压缩角

工作区承受拉丝变形主作用力，是拉丝模的重要部分，压缩角是其最重要参数。压缩角的大小与拉丝时断面收缩率(即拉丝压缩率)有密切关系，国外引入△参数作为确定压缩角的关键因素，其定义为“通过拉丝模面中点的圆弧与金属丝与模子接触长度的比值”，用公式可表示为:［18］

其中，断面收缩率r，压缩角2α。

一般认为在润滑条件良好的情况下，参数取值1 ～1.5 之间，可有利于拉丝顺利进行，润滑条件较差时要加大参数值，可达到2.0 左右。按照细钼丝的拉丝道次压缩率通常范围10% ～20%，并考虑到实际生产中丝材表面和润滑剂性能的变化，对应的压缩角可选定6° ～14°。按照理论公式，测算参数如表1。

表1 不同拉丝压缩率、压缩角下对应的值

2.2 定径区长度

定径区过长使摩擦力增加，从而使拉伸力增加，易引起缩丝、断丝;定径区过短会降低模子强度和重复使用次数。一般情况，软金属丝定径区长度是模孔直径的0. 5 ～1. 5 倍，硬金属丝则可取得短一些［19－20］。

2.3 孔径椭圆度

在拉丝模孔横截面上存在着直径不等的现象，其最大外径与最小直径之差即为椭圆度。在理想状况下，当然希望椭圆度越小越好，但是实际上或多或少都有椭圆。椭圆度一般用最大和最小直径差值除以标称直径，所得的百分数来表示，一般控制在0.4%以内。

根据以上所述，设计从φ0.30 mm 至φ0.18 mm的多模拉丝，各道次压缩率14% ～18%之间，拉丝速度50 ～60 m/min，可选取压缩角8° ～12°，有效定径区长度40% ～80%，椭圆度不超过0.4%，研究各拉丝模的模孔参数变化［21－22］。

3 拉丝模主要孔型

3.1 拉丝模主要孔型参数变化

为研究各拉丝模的孔型参数变化情况，在每拉丝一定数量后，用CU－10 拉丝模检测仪全面检测1次，从新模初始状态开始，每个拉丝模共计检测7次，检测频率如表2［23］。

表2 拉丝模检测频率表

2.1 孔径变化情况

在连续拉丝过程中，拉丝模孔径的变化情况如表3 所示，对比图如图3 所示。

表3 各拉丝模孔径变化检测记录表

图3 拉丝模孔径变化对比图

在拉丝50 万m 以内，各孔径逐步缓慢变大，在50 万m 以后，最后一道拉丝模0.18 mm 有加速增大趋势，尺寸已超出公差范围。

2.2 压缩角变化情况

在连续拉丝过程中，压缩角的变化情况见表4，对比图见图4。

表4 各拉丝模压缩角变化检测记录表

图4 拉丝模压缩角变化对比图

随拉丝数量的增加，拉丝模压缩角变小，尤其是最后一道拉丝模0.18 mm。

2.3 定径区长度变化情况

在连续拉丝过程中，定径区长度的变化情况见表5，对比图见图5。

表5 各拉丝模定径区长度变化检测记录表

图5 拉丝模定径区长度变化对比图

随拉丝数量的增加，定径区长度变大，尤其是最后一道拉丝模0.18 mm。

2.4 模孔椭圆度变化情况

在连续拉丝过程中，模孔椭圆度的变化情况见表6，对比图见图6。

表6 各拉丝模椭圆度变化检测记录表

随拉丝数量的增加，模孔椭圆度变大，尤其是最后一道拉丝模0.18 mm。

图6 拉丝模椭圆度变化对比图

3 对比分析

从以上的检测数据可看出，设计的这套拉丝模可顺利拉丝50 万m，使用效果较好。超过50 万m后，这套拉丝模的最小孔径0.18 mm，首先磨损超过0.002 mm，直径偏差超出标准要求，同时压缩角明显变小，定径区显著变大［24－25］。

这是由于对于相同质量丝材而言，丝径越小，其表面积越大，相应在拉丝时与拉丝模接触的面积加大，易造成拉丝模的磨损大，所以该套拉丝模的最小模孔先磨损超差，符合多模拉丝的模孔变化规律［26－27］。

4 结 论

由以上对细钼丝聚晶拉丝模的孔型设计和使用检测对比可看出合理的孔型参数对实际拉丝过程的重要性，对于细钼丝从0.30 mm 拉制至0.18 mm 的各拉丝模，合理的参数为压缩角8° ～12°，有效定径区长度40% ～80%，椭圆度不超过0.4%。

并且对于多模拉丝，正常情况下后面道次的拉丝模磨损比前面道次的要大，最后几道拉丝模易出现超差情况［28］。因此，在实际生产中要定期检查，发现异常及时更换，保证整套拉丝模的合理使用。

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