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当某些金属材料通过拉丝机拉拔时为什么拉不动?易折断该如何解决?
作者:system    日期:2025-11-04    阅读()

第一部分:为什么“拉不动”?(拉拔力异常增大)

“拉不动”在工艺上表现为拉拔力急剧增加,甚至超过拉丝机的拉力极限或材料的强度极限,导致断线或停机。其根本原因在于变形抗力 > 拉拔力

主要原因:

  1. 材料加工硬化

    • 原因: 这是最常见的原因。金属在冷塑性变形过程中,其晶粒发生畸变、位错密度增加,导致强度和硬度升高,塑性和韧性下降。如果拉拔前的材料已经经过多次大变形量的拉拔,或者本次拉拔的减面率过大,材料会变得非常硬且脆,难以继续变形。

    • 判断: 拉拔前的线材硬度很高,弯曲时感觉僵硬。

  2. 道次减面率过大

    • 原因: 单道次拉拔的变形量(减面率)设计不合理,超过了该材料在当前状态下的塑性极限。试图一次拉得太细,需要巨大的拉拔力,并且会使材料内部产生巨大的应力和大量的变形热,极易导致拉断。

  3. 润滑失效

    • 原因: 与产生毛刺的原因类似但后果更严重。润滑剂不足、品质不佳、被污染或温度过高,无法在模孔和线材之间形成有效的润滑膜。这会导致摩擦力急剧增大,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变形。

    • 表现: 线材和模具出口温度异常高,表面粗糙、有划痕甚至“拉毛”。

  4. 模具孔型设计不当或磨损严重

    • 原因: 模具的压缩区角度不合理,使得金属变形不顺畅,流动阻力增大。或者模具磨损后,定径区过长,增加了不必要的摩擦力。

  5. 材料本身问题

    • 原因: 来料(线坯)的硬度本身偏高,例如退火不充分、合金成分不当或有严重的偏析缺陷,其初始变形抗力就很大。


第二部分:为什么“易折断”?

“易折断”的本质是材料在拉拔应力下发生了脆性断裂或过载断裂。这通常发生在“拉不动”的情况下,但也可能单独出现。

主要原因:

  1. 塑性耗尽(加工硬化严重)

    • 原因: 这是“拉不动”的必然结果。材料经过多次冷拔后,其延伸率和断面收缩率等塑性指标已严重下降,变得像脆性材料一样,无法承受任何额外的变形,稍有应力集中就会断裂。

  2. 内部或表面缺陷

    • 原因:

      • 表面缺陷: 来料本身的划痕、裂纹、折叠或严重的氧化皮。这些缺陷在拉拔过程中会成为应力集中点,就像撕一张纸先剪个小口一样,裂纹会从此处扩展导致断裂。

      • 内部缺陷: 材料内部有气孔、夹杂物(如氧化物、硅酸盐等)或中心缩松。这些缺陷破坏了材料的连续性,在拉拔应力的作用下形成内部裂纹并扩展。

  3. 拉拔应力过大与应力集中

    • 原因: 除了减面率过大导致的整体高应力外,模具入口区不光滑、有磕碰伤,会在局部产生巨大的应力峰值,即使平均应力不高,也足以在局部引发裂纹。

    • 振动和抖动: 拉丝机运行不平稳,线材在模孔中抖动,会产生冲击载荷,极易造成断线,尤其是在细线拉拔时。

  4. 热处理(退火)工艺不当

    • 原因:

      • 中间退火不足: 在多道次拉拔过程中,没有及时进行退火来消除加工硬化,或者退火的温度、时间不足,未能使材料充分再结晶恢复塑性。

      • 退火过热: 退火温度过高导致晶粒粗大,反而会降低材料的强度和韧性,同样容易拉断。


第三部分:系统性解决方案

解决“拉不动、易折断”的问题,需要从材料、模具、润滑和工艺四个方面系统性地进行调整。

1. 优化拉拔工艺规程

  • 合理分配道次减面率: 这是核心。制定科学的拉拔工艺表,采用“逐道次递减”的原则。总加工率一定时,前几道次可以用较大的减面率,越往后道次,减面率应越小。对于不同金属,总加工率和单道次加工率有经验值(如铜杆单道次通常不超过25%)。

  • 引入适当的中间退火: 这是恢复塑性的关键手段。通过检测线材的硬度或根据经验,在加工硬化达到临界点前安排退火工序。确保退火工艺(温度、时间、气氛)正确,使材料发生完全再结晶,充分恢复塑性。

2. 严格控制来料质量

  • 检验与预处理: 对进厂的线坯进行硬度、直径和表面质量的检验。确保来料硬度合格,表面无严重缺陷。对于有氧化皮的钢材,必须通过良好的酸洗和磷化/硼化处理来暴露洁净表面并形成润滑载体。

3. 确保润滑高效可靠

  • 选用高性能润滑剂: 针对不同材料(如钢、铜、铝)选用专用的拉丝粉或液体润滑剂,确保其具有足够的极压抗磨性能和冷却能力。

  • 保持润滑系统清洁: 定期清理和更换润滑剂,防止金属屑和杂质划伤线和模具。

4. 精细化管理模具

  • 优化模具孔型: 确保模具的压缩区角度、定径区长度设计合理,保证金属流动顺畅,摩擦力小。

  • 定期检查与更换: 建立模具使用档案,定期在显微镜下检查内壁磨损情况,及时淘汰不合格的模具。

5. 保证设备状态良好

  • 设备维护: 确保拉丝机各塔轮、导轮转动灵活,无严重磨损,避免对线材产生额外的刮擦和阻力。调整好收线和张力的稳定性,防止线材抖动。

总结与排查流程

当出现“拉不动、易折断”的问题时,建议按以下顺序排查:

  1. 第一步:检查来料。 用手感或硬度计检查线材是否过硬?表面有无明显缺陷?

  2. 第二步:检查润滑。 润滑剂是否充足、干净?线材出模孔时是否过热?

  3. 第三步:检查模具。 更换一个新模具或检查当前模具的磨损情况。

  4. 第四步:复核工艺。 计算当前的减面率是否过大?回顾拉拔历史,是否已超过安全道次而未进行退火?

  5. 第五步:检查设备。 观察机器运行是否平稳,线材有无剧烈抖动。


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