影响拉线模使用寿命因素的分析

朱志云（南方冶金学院）

　　摘要：从拉线模质量及其使用方法和拉伸条件等方面，分析了影响拉线模使用寿命长短的因素；并指出，控制好拉线模的孔型尺寸，提高拉线模的制作水平和模孔表面光洁度，改善拉伸条件，注意使用方法，可以延长拉线模的使用寿命。

　　关键词：拉线模；线材；使用寿命

　　1 前 言

　　拉线模是电线电缆行业生产线材的重要工具，它是实现正常的连续拉伸，保证拉伸制品质量的关键。要使拉线模达到最佳的使用寿命，获得高质量的拉伸制品，不仅取决于拉线模本身的材质，还决定于模子的孔型设计和使用时的其它配合条件。

　　目前，随着高速拉丝机的广泛应用，拉线模使用寿命的长短问题日益突出。本文结合铜线材厂家的生产实际以及国内外拉线模具的一些新发展，对影响拉线模使用寿命的因素作一简要分析。

　　2 拉线模的质量对其使用寿命的影响

　　拉线模本身质量是影响其使用寿命的一个重要因素。拉线模的质量与模芯材料、孔型设计及加工工艺有关，改善模芯材质，设计合理的孔型结构及改进加工技术，均有利于提高模子的使用寿命和线材质量。

　　2.1 模芯材料

　　目前，国内生产铜线所使用的拉线模的模芯材料以硬质合金、天然金刚石和人造聚晶金刚石为主。

　　硬质合金是硬度很高的碳化钨和金属钴的粉末烧结体。它具有高的硬度、很好的耐磨性及较强的抗冲击性，价格低廉，是一种极佳的拉线模制作材料，广泛应用于拉拔粗、中线材。目前，国外采用热等静压（HIP）处理、超细晶工艺来降低孔隙度，提高合金的硬度，以及加入稀有金属、发展表面涂层工艺，提高合金表面强度。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。

　　天然金刚石具有硬度高、耐磨性好的特点，拉制的线材表面光洁度很高。由于天然金刚石在结构上具有各向异性，导致其硬度也呈各向异性，使模孔的磨损不均匀，制品不圆整。加之价格昂贵、稀少，一般用作表面质量要求高的细线拉线模或成品拉线模。

　　人造聚晶金刚石是无定向的多晶体。它具有硬度高，耐磨性好，抗冲击能力强的优点。在硬度上不存在各向异性，磨损均匀，模具使用寿命长，适用于高速拉拔。由于国产聚晶模坯存在晶粒粗大、抛光性能差等质量问题，目前国内厂家多使用聚晶模作过渡模，而不用作成品模。但随着聚晶模内在质量和加工水平的提高，有取代昂贵的天然金刚石作成品模使用的趋势。

　　2.2 拉线模的孔型设计

　　在相同材质条件下采用不同的孔型设计，模子使用寿命相差甚远。因此，改进孔型设计是提高模具使用寿命的一条重要途径。
拉丝模孔型一般分为曲线型（即R型系列）和直线型（即锥型系列）。

　　从线材在拉线模内变形均匀的角度分析，似乎曲线型较直线型好，因此，我国过去普遍采用前苏联上世纪50年代使用的R型系列来制订拉丝模制作规范。这种孔型是在当时“圆滑过渡”的理论指导下设计出来的，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，各部交界处要求“倒棱”，圆滑过渡，把整个孔型研磨成一个很大的、具有不同曲率的弧面。这种孔型的模子在当时的拉拔速度条件下，还是可以适用的。到上世纪70年代末至80年代初，随着拉线速度的提高，拉线模的使用寿命就成了突出问题。为了适应高速拉线的要求，美国的T.Maxwall和E.G.Kennth提出了“直线型”理论。该理论着重考虑了拉拔过程中的润滑作用和磨损因素，指出经改进后的直线型拉线模孔型应具有以下几个特点：

　　（1）孔型各部分的纵剖面线都必须是平直的。平直的工作锥面拉拔力最小。

　　（2）模具各部位的交接部分必须明显，这样各部位可以充分发挥各自的作用，避免了过渡角对定径区实际长度的减小。

　　（3）延长入口区和工作区高度，使线材进入模孔工作锥的中间段，利用入口锥角和工作锥角上半部分形成的楔形区，建立“楔形效应”，在线材表面形成更致密牢固的润滑膜，减少磨损，适合于高速拉拔。

　　（4）定径区必须平直且长度合理。定径区过长，拉线摩擦力增大，线材拉出模孔后易引起缩径或断线；定径区过短，难以获得形状稳定、尺寸精确和表面质量良好的线材，同时模孔还会很快磨损超差。

　　采用直线型理论设计出的拉线模，经实践应用，其使用寿命比R型拉线模提高3～5倍以上。

　　2.3 模具加工制作水平

　　模具加工制作水平对模具质量的影响，主要体现在两个方面：一是拉线模的孔型尺寸，二是模孔内表面光洁度。

　　国外拉线模具的研磨工艺普遍采用高速机械研磨机，以及表面镀以金刚石的金属磨针，该设备运行平稳，磨针的规格及使用规范化，产品精度高。模子的孔型尺寸利用轮廓记录仪及孔径测量仪来检测，并用检查拉线模专用的显微镜来检查表面光洁度。

　　而国内许多厂家还在采用落后的设备，使用手工操作来研磨孔型，因此，存在着以下问题：孔型参数波动较大，难以加工出平直的工作锥；定径区与工作区交接处易研磨出过渡角，使线材在定径区中产生二次压缩，增加外摩擦力，减短了定径区长度，缩短模具的使用寿命；磨损的磨针修复频度因人而异，使用不规范，造成孔型的一致性差。检测手段也落后，只能依靠目测或者放大镜、显微镜等简单工具检测，而且注重的是模内表面光洁度，对孔型尺寸不能有效检测，更谈不上控制了。

　　3 拉伸条件对模具使用寿命的影响

　　在线材的拉伸过程中，影响模具使用寿命的工艺条件主要有：反拉力P`的作用、道次压缩率δ、润滑剂及线材的表面质量。

　　3.1 反拉力P`

　　拉伸时线材在模孔内受到的作用力有：模壁的正压力Ｎ、摩擦力Ｔ、拉拔力Ｐ以及反拉力Ｐ＇。

　　根据拉线时力的平衡条件和金属材料的屈服准则，Ｏ．Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｇ．Ｓａｃｈｓ用微元分析法推导出拉线时轴向拉应力σＰＸ为

　　σＰＸ＝σＳ