硬質(zhì)合金拉絲模是生產(chǎn)金屬絲材的重要工具之一,它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣將直接影響著金屬絲材的產(chǎn)量和質(zhì)量。影響拉絲模的使用壽命的因素很多,如拉絲模本身的材質(zhì)質(zhì)量問(wèn)題、拉絲模的幾何形狀、生產(chǎn)金屬絲的減面率、潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑效果、拉絲模加工質(zhì)量以及拉絲模在使用過(guò)程的冷卻方式等。由于目前高速拉絲機(jī)的廣泛使用,設(shè)計(jì)適應(yīng)高速拉絲機(jī)用的高速拉絲模和延長(zhǎng)拉絲模的使用壽命的研究工作國(guó)內(nèi)外一直在進(jìn)行,諸如對(duì)模芯材料的改進(jìn)和孔型理論的研究等等。高速拉絲,因?yàn)樗俣鹊奶岣?可帶來(lái)一系列的問(wèn)題,如發(fā)熱的增大,拉絲模磨損的加劇使拉絲模壽命降低等,下面僅將從拉絲模的功和力計(jì)算分析拉絲模的幾何參數(shù)與磨損的關(guān)系,確定最佳的拉絲模幾何參數(shù)以利減少磨損,延長(zhǎng)拉絲模的使用壽命。

傳統(tǒng)的拉絲模設(shè)計(jì)理論其內(nèi)孔分為入口區(qū)、潤(rùn)滑錐區(qū)、工作錐區(qū)、定徑區(qū)和出口區(qū),如圖所示。其中工作錐角和工作錐及直筒部的表面光滑程度對(duì)引拔力、變形力及引拔發(fā)熱有很大影響。可按下式計(jì)算變形功:

sqwP9-WX.jpg

拉絲模的幾何形狀

3.png


A—總變形功
A0有效變形功
Ar摩擦功(外部損耗)
As剪切功(內(nèi)部損耗)
V—變形物體的體積
Kfm引拔前后抗拉強(qiáng)度的算術(shù)平均值
f1引拔前材料截面積
F2引拔后材料截面積
μ—摩擦系數(shù)
α—拉絲模工作錐半角


從式可知,摩擦功與摩擦系數(shù)Λ成正比,與工作錐角Α成反比;內(nèi)部損耗剪切功則與Α角成指數(shù)關(guān)系,故Α角變小,則摩擦功增加,尤其在10以下時(shí),摩擦功急劇增加,但內(nèi)部損耗減少。反之,Α角增大,則摩擦功減少,內(nèi)部損耗增加。在實(shí)際工作中,當(dāng)有效變形功一定時(shí),為獲得最小變形功,應(yīng)降低摩擦功與剪斷功。摩擦功大,拉絲過(guò)程中摩擦力大,拉絲模磨損增加;另外,摩擦熱也增加,拉絲過(guò)程中拉絲溫度上升,拉絲加工硬化增加,這些都會(huì)導(dǎo)致拉絲模的使用壽命降低。

拉絲模工作錐作為模具孔形中非常重要的一個(gè)組成部分,定拉絲模錐角。人們一般從獲得最小拉拔力的觀點(diǎn)出發(fā)確定拉絲模錐角。圖為拉絲模拉絲的受力狀況:

OUDy1NmZ.jpg


在拉絲過(guò)程中,當(dāng)金屬絲材向P向運(yùn)動(dòng),受到的力有:??着c變形金屬材料接觸面上的法向力Km(與接觸面垂直)成為變形金屬的主要作用力,同時(shí)模壁也受到了該力的反作用力和拉絲模對(duì)金屬絲的外摩擦力Zr作用。
P—拉絲機(jī)對(duì)金屬絲的軸向拉拔力
Km—拉絲模壁對(duì)金屬絲的壓力(模孔壁表面所受正壓力)
Zr—拉絲模壁對(duì)金屬絲的外摩擦力
Zn—純變形力
Zs—剪斷力(是由于實(shí)際拉絲中,材料流在拉絲模進(jìn)口處被向內(nèi)曲折,因受到這種多余的曲折變形而產(chǎn)生的力。
金屬絲拉拔力P=純變形力+摩擦力+剪斷力=Zn+Zr+Zs
Zn = Km(f1-f2)=Km F
(f1 = πd12/4, f2=πd22/4,F= f1-f2)
Zr = μKm Q
Q = F/sinα≈F/αα很小時(shí))
Zs = 0.77αf2 Km
Km = Kfm /(1+ )
Kfm = (σδ1δ2 )
(σδ1拉伸前線材的抗拉強(qiáng)度kg/㎜2 , σδ2拉伸后線材的抗拉強(qiáng)度kg/㎜2 )


4.png


其中γ=(d12-d22)/ d12×100% = (f12-f22)/ f12×100%是拉絲模的減面率


當(dāng)α一定時(shí),隨γ增加,Km下降。由于工作區(qū)是一個(gè)錐形,在入口處,減面率小,Km大,金屬絲對(duì)模壁的壓力大,??妆谑艿降哪Σ磷饔么?,引起碳化物顆粒逐步剝落,從而導(dǎo)致模孔壁產(chǎn)生環(huán)溝槽磨損;在出口處,減面率大,Km最小,??妆谑艿降哪Σ磷饔靡沧钚?從上分析也可知,拉絲模的工作錐受的作用力是隨錐半徑的減小而減少的。當(dāng)γ一定時(shí),隨α增加Km增加。減面率γ的變化對(duì)拉絲模正壓力Km的影響比工作錐半角α的變化對(duì)正壓力Km的影響更大,在可拉拔范圍內(nèi),減面率為5%以下時(shí),隨α角增大,拉絲模的正壓力Km值增高較大;而減面率在20%以上時(shí),α角的增大對(duì)正壓力Km影響不顯著,故在可拉拔的范圍內(nèi),提高減面率γ遠(yuǎn)比減小工作錐半角α實(shí)現(xiàn)降低拉絲模正壓力要有效得多。也可以說(shuō),為降低模具磨損,盡可能采用大的減面率是一個(gè)有效辦法。

正壓力Km可分解為徑向力Kmr和切向力Kmτ。


5.png

拉絲模承受的Kmr過(guò)大,是導(dǎo)致拉絲模爆裂的主要原因。從公式知,當(dāng)減面率γ增大,則γ/(1-γ)增大,Kmr減少,為了減小徑向正壓力,可以取大的減面率Χ,有利于降低拉絲模所受的徑向正壓力,減少拉絲模爆裂的發(fā)生。

我們可以繪制α與Kmr的關(guān)系曲線,研究α與Kmr的關(guān)系,取γ=30,μ=0.1。可知,當(dāng)α<6°;時(shí),工作錐半角α增大,Kmr增加,徑向正壓力Kmr增加;當(dāng)6°≤α<16°時(shí),工作錐半角α下降;當(dāng)α≥16°時(shí),工作錐半角α增大,徑向正壓力Kmr增加;在拉絲過(guò)程中,為防止模具因徑向擠壓力過(guò)大造成爆裂,應(yīng)使α在6°~16°范圍較好。

Kfm是拉拔前后抗拉強(qiáng)度的算術(shù)平均值,拉拔后的抗拉強(qiáng)度σs2是一個(gè)受許多因素影響的值,如拉制時(shí)的速度,拉制的溫度,拉制的潤(rùn)滑情況,拉絲模本身的減面率γ等。拉制時(shí)的速度高,則拉制時(shí)發(fā)熱大;如果潤(rùn)滑情況不好,拉制時(shí)溫度也高。拉制時(shí),溫度高, 材料加工硬化, σs2提高,Kfm提高,Zr提高,則降低拉絲模的使用壽命。

在實(shí)際拉絲中,拉拔絲材在拉絲進(jìn)口處被向內(nèi)曲折,由于受這類多余的曲折變形,又使拉拔力增加,稱為剪斷力Zs,目前,剪斷力Zs一般采用經(jīng)驗(yàn)公式,威頓(Whitton)等得到的實(shí)驗(yàn)公式被廣泛采用。圖中是剪斷力Zs與α和γ的關(guān)系。從圖中可知,當(dāng)γ一定時(shí),α增加,剪斷力增加,α減小時(shí),剪斷力減少。當(dāng)α一定時(shí),γ增加, 剪斷力減?。?/span>γ減小,剪斷力增加。

拉絲模除了因制模工藝不當(dāng),違反拉絲工藝(過(guò)拉)造成磨芯開裂外,磨損是其主要失效形式。磨芯受到金屬絲的磨損后,一方面造成硬質(zhì)合金材料消耗,另一方面,磨損后產(chǎn)生的硬質(zhì)合金微粒被金屬絲帶入模孔工作區(qū)和定徑帶,起到研磨劑的作用,加速??灼渌课坏哪p,同時(shí)阻礙潤(rùn)滑劑的帶入,破壞潤(rùn)滑膜的完整性,影響拉制后制品的表面質(zhì)量。

因 此:

為提高硬質(zhì)合金拉絲模使用壽命和所拉絲材的質(zhì)量,可以從下面著手:

①、在可拉伸的情況下,盡量采用大減面率γ,可以減少?gòu)较蛘龎毫m r和減少剪斷力的內(nèi)部損耗功As。

②、在減面率γ和摩擦系數(shù)μ一定后,拉絲模的最小工作錐半角α則一定,這是一個(gè)使拉絲力最小的理想錐半角α′。在此錐半角α′下工作,摩擦力Zr和外部損耗功Ar,剪斷力Zs和內(nèi)部損耗功As將最小,拉絲模的使用壽命將最佳。

③、在6。~16。范圍,隨α的增加,拉絲模所受的徑向擠壓力越小。  

表1 不同減面率和摩擦系數(shù)與拉絲模最小工作錐半角

減面率

摩  擦  系  數(shù)

%

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

10

3°0

4°13

5°8

5°55

6°36

7°11

7°41

8°17

11

3°10

4°25

5°24

6°12

6°54

7°35

8°10

8°45

12

3°16

4°19

5°38

6°29

7°15

7°56

8°24

9°9

13

3°27

4°50

5°51

6°47

7°35

8°17

8°55

9°30

14

3°33

5°0

6°5

7°4

7°53

8°38

9°16

8°51

15

3°44

5°10

6°11

7°18

8°10

8°55

9°37

10°21

16

3°51

5°20

6°33

7°35

8°27

9°13

9°54

10°36

17

3°58

5°30

6°47

7°49

8°41

9°33

10°15

11°0

18

4°5

5°45

7°0

8°3

8°59

9°51

10°36

11°22

19

4°11

5°55

7°14

8°17

9°13

10°8

10°54

11°40

20

4°18

6°5

7°29

8°31

9°30

10°25

11°11

11°57

21

4°25

6°15

7°39

8°45

9°47

10°40

11°29

12°14

22

4°32

6°23

7°49

8°59

10°1

10°54

11°16

12°16

23

4°33

6°33

8°0

9°13

10°15

11°8

12°4

12°57

24

4°46

6°43

8°10

9°26

10°29

11°22

12°22

13°13

25

4°53

6°54

8°20

9°40

10°43

11°39

12°39

13°32

26

5°0

7°1

8°31

9°54

10°58

11°57

12°57

13°50

27

5°7

7°11

8°41

10°5

11°8

12°15

13°11

14°4

28

5°14

7°21

8°52

10°15

11°12

12°29

13°29

14°22