第一部分:為什么“拉不動”?(拉拔力異常增大)
“拉不動”在工藝上表現為拉拔力急劇增加,甚至超過拉絲機的拉力極限或材料的強度極限,導致斷線或停機。其根本原因在于變形抗力 > 拉拔力。
主要原因:
材料加工硬化
原因: 這是最常見的原因。金屬在冷塑性變形過程中,其晶粒發生畸變、位錯密度增加,導致強度和硬度升高,塑性和韌性下降。如果拉拔前的材料已經經過多次大變形量的拉拔,或者本次拉拔的減面率過大,材料會變得非常硬且脆,難以繼續變形。
判斷: 拉拔前的線材硬度很高,彎曲時感覺僵硬。
道次減面率過大
原因: 單道次拉拔的變形量(減面率)設計不合理,超過了該材料在當前狀態下的塑性極限。試圖一次拉得太細,需要巨大的拉拔力,并且會使材料內部產生巨大的應力和大量的變形熱,極易導致拉斷。
潤滑失效
原因: 與產生毛刺的原因類似但后果更嚴重。潤滑劑不足、品質不佳、被污染或溫度過高,無法在模孔和線材之間形成有效的潤滑膜。這會導致摩擦力急劇增大,使得大部分拉拔力被用于克服摩擦力,而不是用于材料的塑性變形。
表現: 線材和模具出口溫度異常高,表面粗糙、有劃痕甚至“拉毛”。
模具孔型設計不當或磨損嚴重
原因: 模具的壓縮區角度不合理,使得金屬變形不順暢,流動阻力增大。或者模具磨損后,定徑區過長,增加了不必要的摩擦力。
材料本身問題
原因: 來料(線坯)的硬度本身偏高,例如退火不充分、合金成分不當或有嚴重的偏析缺陷,其初始變形抗力就很大。
第二部分:為什么“易折斷”?
“易折斷”的本質是材料在拉拔應力下發生了脆性斷裂或過載斷裂。這通常發生在“拉不動”的情況下,但也可能單獨出現。
主要原因:
塑性耗盡(加工硬化嚴重)
原因: 這是“拉不動”的必然結果。材料經過多次冷拔后,其延伸率和斷面收縮率等塑性指標已嚴重下降,變得像脆性材料一樣,無法承受任何額外的變形,稍有應力集中就會斷裂。
內部或表面缺陷
原因:
表面缺陷: 來料本身的劃痕、裂紋、折疊或嚴重的氧化皮。這些缺陷在拉拔過程中會成為應力集中點,就像撕一張紙先剪個小口一樣,裂紋會從此處擴展導致斷裂。
內部缺陷: 材料內部有氣孔、夾雜物(如氧化物、硅酸鹽等)或中心縮松。這些缺陷破壞了材料的連續性,在拉拔應力的作用下形成內部裂紋并擴展。
拉拔應力過大與應力集中
原因: 除了減面率過大導致的整體高應力外,模具入口區不光滑、有磕碰傷,會在局部產生巨大的應力峰值,即使平均應力不高,也足以在局部引發裂紋。
振動和抖動: 拉絲機運行不平穩,線材在模孔中抖動,會產生沖擊載荷,極易造成斷線,尤其是在細線拉拔時。
熱處理(退火)工藝不當
原因:
中間退火不足: 在多道次拉拔過程中,沒有及時進行退火來消除加工硬化,或者退火的溫度、時間不足,未能使材料充分再結晶恢復塑性。
退火過熱: 退火溫度過高導致晶粒粗大,反而會降低材料的強度和韌性,同樣容易拉斷。
第三部分:系統性解決方案
解決“拉不動、易折斷”的問題,需要從材料、模具、潤滑和工藝四個方面系統性地進行調整。
1. 優化拉拔工藝規程
合理分配道次減面率: 這是核心。制定科學的拉拔工藝表,采用“逐道次遞減”的原則。總加工率一定時,前幾道次可以用較大的減面率,越往后道次,減面率應越小。對于不同金屬,總加工率和單道次加工率有經驗值(如銅桿單道次通常不超過25%)。
引入適當的中間退火: 這是恢復塑性的關鍵手段。通過檢測線材的硬度或根據經驗,在加工硬化達到臨界點前安排退火工序。確保退火工藝(溫度、時間、氣氛)正確,使材料發生完全再結晶,充分恢復塑性。
2. 嚴格控制來料質量
檢驗與預處理: 對進廠的線坯進行硬度、直徑和表面質量的檢驗。確保來料硬度合格,表面無嚴重缺陷。對于有氧化皮的鋼材,必須通過良好的酸洗和磷化/硼化處理來暴露潔凈表面并形成潤滑載體。
3. 確保潤滑高效可靠
選用高性能潤滑劑: 針對不同材料(如鋼、銅、鋁)選用專用的拉絲粉或液體潤滑劑,確保其具有足夠的極壓抗磨性能和冷卻能力。
保持潤滑系統清潔: 定期清理和更換潤滑劑,防止金屬屑和雜質劃傷線和模具。
4. 精細化管理模具
優化模具孔型: 確保模具的壓縮區角度、定徑區長度設計合理,保證金屬流動順暢,摩擦力小。
定期檢查與更換: 建立模具使用檔案,定期在顯微鏡下檢查內壁磨損情況,及時淘汰不合格的模具。
5. 保證設備狀態良好
設備維護: 確保拉絲機各塔輪、導輪轉動靈活,無嚴重磨損,避免對線材產生額外的刮擦和阻力。調整好收線和張力的穩定性,防止線材抖動。
總結與排查流程
當出現“拉不動、易折斷”的問題時,建議按以下順序排查:
第一步:檢查來料。 用手感或硬度計檢查線材是否過硬?表面有無明顯缺陷?
第二步:檢查潤滑。 潤滑劑是否充足、干凈?線材出模孔時是否過熱?
第三步:檢查模具。 更換一個新模具或檢查當前模具的磨損情況。
第四步:復核工藝。 計算當前的減面率是否過大?回顧拉拔歷史,是否已超過安全道次而未進行退火?
第五步:檢查設備。 觀察機器運行是否平穩,線材有無劇烈抖動。