一種新型釬料的成型方法及應用

王星星，龍偉民，于新泉，裴夤崟，孫華為，程亞芳

(鄭州機械研究所新型釬焊材料與技術國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

0 前言

金屬棒材、管材、線材、型材生產(chǎn)中，拉拔加工是常用的一種塑性加工方法。拉絲機又名拉拔機，作為拉拔工藝中必不可少的加工設備，廣泛用于鋼絲繩、電線電纜、五金加工等行業(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的金屬加工設備之一，中國機械行業(yè)標準JB/T 7910-1999對其基本參數(shù)、技術要求等進行了標準規(guī)范[1-2]。

拉絲模作為拉絲機的核心工具，可使金屬坯料通過?？子纱肿兗?，經(jīng)過數(shù)道次拉拔，成型為實際所需要的形狀和尺寸，對金屬材料制品的預加工處理起著決定作用。拉絲模的模孔，如圓形、方形、六角形等，是改變金屬坯料形狀、尺寸的關鍵[3]。在國內(nèi)外市場中，加工棒狀、絲狀釬料所使用的圓形拉絲模有著廣泛的應用，但其在實際加工特殊形狀（如五角星形、三葉內(nèi)擺線形）釬料時，圓形拉絲模加工的釬料需要進行二次機械加工，比如軋尖工序、線切割等，效率低、能耗高，無法滿足市場需要。

目前市場上常見的拉絲?？煞譃楣潭ㄊ嚼z模（主要是硬質(zhì)合金模[4-5]、金剛石模[6-8]、剛玉陶瓷模[9]等）、旋轉(zhuǎn)式拉絲模[10-11]、輥（滾）式拉絲模[12-13]三類，而有關特殊形狀滾動拉絲模的報道還很少。本研究主要是設計一種滾動拉絲模，對其結構特征進行描述，通過算例將其加工的新型釬料與圓形拉絲模加工的棒狀釬料進行對比，介紹該拉絲模加工新型釬料的過程，以期對釬焊及相關領域提供更多信息。

1 新型滾動拉絲模的設計

所設計的滾動拉絲模即三葉內(nèi)擺線形滾動拉絲模[14]，其剖視圖和正視圖分別如圖1、圖2所示。在錐形保持架和鋼外套之間有一定的空隙，錐形保持架側面三個均勻分布的小孔，用于盛裝三個鋼球，鋼外套一端帶有進釬孔的限位套可對錐形保持架和鋼外套進行限制。工作過程中，三個鋼球處于半連續(xù)滾滑動狀態(tài)，三鋼球球心所在平面與釬料軸線不必垂直。

圖1 滾動拉絲模的剖視圖Fig.1 Cutaway view of rolling wire drawing dies

圖2 滾動拉絲模的正視圖Fig.2 Elevation of rolling wire drawing dies

在圖1和圖2中，錐形保持架為前端口徑小、后端口徑大的圓環(huán)體，當拉絲機反向轉(zhuǎn)動時，拉絲對錐形保持架具有反作用力，可防止錐形保持架被反向拉動。

三鋼球與成型三葉內(nèi)擺線形釬料的結構關系剖視圖如圖3所示，為了保證拉拔過程的順利進行，鋼球直徑D與拉拔前坯料的直徑d滿足：αD＞βd，30°≤α≤60°，70°≤β≤90°。

圖3 結構關系剖視圖Fig.3 Cutaway view of structure relationship

圖3中，α和β為兩圓心角，S為成型釬料的橫截面積。

2 算例對比

下面通過三個算例將所設計的拉絲模加工的三葉內(nèi)擺線形新型釬料與等體積棒狀釬料的體表面積進行對比，如表1所示，實例中三葉內(nèi)擺線形釬料的長度均為1 m。根據(jù)JIS B 1501-2009標準[15]分別選擇 φ4.8 mm，φ4.36562 mm，φ2.77812 mm的精密鋼球。

結果發(fā)現(xiàn)：在等橫截面積S條件下，加工的三葉內(nèi)擺線形釬料橫截面周長L1大于棒狀釬料橫截面周長L2，即L1＞L2；等體積釬料，加工的三葉內(nèi)擺線形釬料體表面積S1大，而棒狀釬料的體表面積S2小，即 S1＞S2。

通過上述算例對比表明，與傳統(tǒng)圓形拉絲模加工的棒狀釬料相比，三葉內(nèi)擺線形拉絲模加工的新型釬料與三鋼球的接觸面積增加幅度為15%～50%。

表1 算例對比分析Tab.1 Calculation examples analysis

3 三葉內(nèi)擺線形新型釬料的實現(xiàn)及應用

為有效實現(xiàn)三葉內(nèi)擺線形釬料的成型加工，拉拔加工出橫截面如圖4所示的新型釬料，具體步驟如下：

圖4 三葉內(nèi)擺線形新型釬料的剖視圖Fig.4 Cross section diagram of new brazing filler metal

第一步：根據(jù)JIS B 1501-2009標準[15]和實際需要，選用合適尺寸的鋼球。首先用汽油、丙酮清洗鋼球，清洗干凈后，將三個鋼球裝配在錐形保持架上三個小孔中，保證鋼球均勻分布。然后將錐形保持架與鋼外套配裝，保持同軸，使用帶有螺紋的限位套對錐形保持架和鋼球進行限位。

第二步：用干凈的抹布蘸取一定的拉絲液擦拭錐形保持架內(nèi)壁，人為的拉動鑄錠的釬料，由于錐形保持架是可滑動的，錐形保持架和鋼球隨釬料拉動而向前移動，直到被卡緊在鋼外套前端。設定拉絲速度，進行三葉內(nèi)擺線形釬料拉拔成型，在外力作用下加工的釬料剖視圖如圖4所示。拉拔過程中，三鋼球處于半連續(xù)滾動狀態(tài)，三鋼球球心的平面與釬料軸線不必垂直。同時，如果發(fā)現(xiàn)鋼球表面有明顯磨損，立即更換為新鋼球。

第三步：拉拔結束后，卸下限位套，將錐形保持架向后輕推，取出鋼球，對鋼球和錐形保持架表面進行清洗潔凈處理，以備下次循環(huán)使用。

與傳統(tǒng)圓形拉絲模相比，設計的滾動拉絲模具有以下優(yōu)點：

（1）容易操作，使用簡便，無需二次機械加工。

（2）釬料與鋼球之間屬于滾動摩擦，拉拔阻力小。

（3）錐形保持架為圓環(huán)體，拉絲過程中會越拉越緊，錐形保持架不會被反向拉出而損壞。

（4）鋼球成本低（市場價格 0.1元/個），而且更換方便，可循環(huán)使用。

（5）有效降低能耗，可用于三葉內(nèi)擺線形條狀或絲狀釬料的批量生產(chǎn)。

釬焊連接過程中，可將三葉內(nèi)擺線形釬料用于爐中釬焊，有效防止釬料滾動、離開預定焊接位置，影響連接效果。采用棒狀釬料實施爐中釬焊時，容易使釬料在釬焊過程中滾動，降低釬料的流動、潤濕、填縫效果，如圖5a所示。但是，如果采用三葉內(nèi)擺線形新型釬料進行焊接，可防止釬料在釬焊連接過程中滾動，保證釬料的流鋪、填縫效果，提高釬焊接頭質(zhì)量，見圖5b。

圖5 不同形狀釬料釬焊連接示意Fig.5 Schematic diagram of two different brazing filler metal

4 結論

設計了一種三葉內(nèi)擺線形滾動拉絲模，可用于三葉內(nèi)擺線形新型釬料的成型。與傳統(tǒng)的拉絲模相比較，三葉內(nèi)擺線形滾動拉絲模加工的新型釬料與三鋼球接觸面積大。當拉拔長度固定時，與等橫截面積的棒狀釬料相比，新型釬料的橫截面周長、體表面積較大。設計的滾動拉絲?？捎行p少能耗，提高加工效率，獲得防滾動的三葉內(nèi)擺線形絲狀或條狀釬料，優(yōu)化國內(nèi)釬料產(chǎn)品的結構，推動釬焊行業(yè)的快速發(fā)展。

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