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    丝模使用中常见的问题

      发布时间:2018-03-23 09:37

      拉丝模作为金属制品生产的基本工具,从旌到现在,其结构和材质发生了很大的变化。但直到今天,模具生产者和使用者仍在研究拉丝模的结构和应用。因为在金属制品行业,拉丝模的质量关系到产品的质量、模具使用寿命、生产效率、能源及成本消耗等多种因素。

      模套多由高质量的钢制成(国内多为45钢),硬度为HRC20-25,模套与模芯之间采用过盈配合,以达到补强的作用,否则在拉拔高强度的线材时,模芯容易破裂[1]。模芯是拉丝模的关键部分,根据用料的不同,可分为天然金则石模、单晶金刚石模、复晶金刚石模、硬质合金模等;对于硬质合金模具来说,是由碳化钨和钴粉烧结而成的,模芯中钴的含量一般在3%-12%之间,烧结后模芯体积大约收缩15%-30%,形成质地均匀、硬度高、耐磨性极好的合金,其硬度在FRA86-93之间[2]。因此,模芯的使用寿命主要取决于它本身的用料,并与拉拔线材的类型,润滑剂的性能,模芯的孔型及使用时模具的冷却状况等因素有关,其孔型结构有入口锥、润滑锥、工作锥、定径带的出口锥5部分组成。

      入口锥的作用是将线材导入拉丝模,线材进入拉丝模时,应尽可能保持平直,以防止线材产生不均匀应力。润滑锥的作用是在拉拔时导入润滑粉。为了在钢丝表面形成更厚的润滑涂层,润滑锥表面不需要抛光处理,以增加润滑压力。工作锥是模芯构造中至关重要的部分,线材表面润滑层的形成和全部塑性变形都在此区进行,拉丝模具的工作效率也取决于工作锥的几何形状和面积,因此必须确保工作锥角的加工精度和表面光洁度。工作锥应加工成直线型,其表面不得有弧形过渡或圆滑过渡,且工作锥角与定径带应保持在同一轴线上,模芯外径和模套内径应保持同心,这样,可以防止线材拉拔中出现的椭圆现象。

      定径带的作用是控制拉拔线材的直径、不圆度、平直度及表面质量等工艺指标。为保证产品质量,定径带表面需要经过抛光处理,且要求定径带与工作锥和出口锥的交界面相互保持平行,并严格控制定径带的尺寸公差。

      定径带的长度由拉拔材料和模具的材料决定,但主要由拉拔的材料决定。一般来说,对中高碳钢,定径带长度约为直径的25%-35%,对于较软的材料(铜线),定径带的长度一般为直径的50%-100%。另外模具的材料对定径带长短也会产生一定的影响,对于摩擦系数相对较大的,定径带可以稍短一点;对于摩擦系数较小的,允许定径带稍微长一眯,如天然金刚厂模的定径带一般为直径的35%-50%[3]。对短定径带的拉丝模来说,正常使用情况下,允许磨损工作锥,但不能磨损定径带,因为随着定径事的磨损,定径带会逐渐加长,拉拔时产生过热现象,烧焦润滑粉,使润滑失效,并可以导致线材表面发生组织转变;但在低速拉拔时,长定径带的拉丝模材料变形产生热量可以软化润滑粉,并在钢丝表面形成流体边界润滑。所以定径带长度的选择应根据拉拔材料、模具材料、润滑粉和拉拔工艺并通过实验确定。

      把出口锥设计成锥开的目的是为了强化模具的出口,防止模芯破碎,出口锥要求进行抛光处理,并要求定径带与出口锥的交界处有轻微平滑的过渡,否则线材在拉拔时会刮伤其表面并产生大量的金属碎屑,污染润滑粉,并可能导致阻塞下一道模具入口,造成后续的拉拔润滑失效。

      拉拔线材时工作锥角度太大(相当于压缩率太小),使线材进入拉丝模的接触点太靠近定径带(例如用14°模产生16%的压缩率)。在这个例子中,相对来说变形区过短,使线材变形速率加快,并产生大量热,容易导致润滑失效。若冷却不良,会影响线材的组织结构,并加剧模具消耗。若模角再大或压缩率再小,会使接触点更接近定径带,线材在流向定径带的过程中,由于锥角的影响,线材难于平稳过渡到定径区域,容易引起线材内凹,导致缩短,如果材料强度太低也会导致产生缩径或椭圆现象。尽管润滑区相对加长,并且开始瞬间能提供良好润滑,但是它会减小接触表面润滑压力,并产生涡流效应,导致润滑粉反向流出模孔,减弱润滑效果,再加上由变形产生的种种不良效果,最终导致润滑失效,表面裂纹、刮伤,模耗加剧,丝径难以控制。

      工作锥角太小,导致进线接触点靠近工作锥上端,使变形区相对加长,使拉丝机对钢丝产生的残余功增多,产生大量热,加大拉丝机功耗。另外润滑区减小,减弱润滑效果,在变形区某一点将耗尽残存线材表面润滑粉。当拉应力过大时,在定径区域容易引起轴向伸长,出现缩径和椭圆问题,最终将导致润滑不良,产生金属碎屑及断丝、过热、缩丝。

      中心断裂及“人”字裂纹现象在发现后一直被认为是由原材料引起的问题,但直到1930年Fenhison才指出,中心断裂及“人”字裂纹是由拉拔工艺(道次压缩率、拉拔道次)安排不合理引起的。在线材拉拔过程中,线材内部组织沿着轴向延伸,线材表面的组织流动速度大于内部组织的流动,在心部产生沿轴向的拉应力,当轴向的拉应力超过拉拔材料的抗拉强度时,在材料的心部就产生“人”字裂纹,严重时会产生杯锥断裂(柱状)。因此在制定拉拔工艺时应根据拉拔原料、拉丝模类型来合理安排拉拔工艺。

      残余应力和加工硬化是由残余功造成的,残余功使材料硬化加剧,严重的会使线材的表面开裂、起皮,拉拔困难。

      若工艺安排不合理会使残余功增加,并加大设备的能耗,使生产成本增中,利用Wistreich得出△(由压缩率和模子锥角决定)参数来指导工艺的安排,可以避免产生更多的残余功,△数据见表1。

      过去一直认为对于钢丝拉拔△值一般在2-3之间,如果△过大(即模角过大或压缩率过小)会产生更多的残余功,并产生更大的不均匀变形;若△太小(即模角小或压缩率过大)会产生更多的摩擦热,所以△过大或过小都说明拉拔工艺的安排不合理。近年来国外的拉拔工艺安排△一般倾向于取1.5或更小一点(减小模角或加大压缩率会减小△的值)。Thomas Maxwell认为模具的工作锥和钢丝之间的接触长度应是定径带直径的72%到100%,偏小给予有力的证明,因为△取小可以使残余功减至最小,并减少不均匀变形的程度和心部断裂现象,而且当润滑剂性能很好时,会减小摩擦系数,即减少摩擦功的产生。

      拉丝模作为金属制品变形的基本工具,其形状和构造无论怎样变化,其目的都是为了保证生产效率和产品质量,所以制品生产厂家应建立严格的模具返修和检查方法,制定合理的交拔工艺,严格质量控制,才能保证产品的质量。

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