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1、1/15湿拉理论概述2/15湿拉工序是一个承前（HP）启后（Cord）的工序。要获得令 Cord 工序满意的钢丝，不仅要优化湿拉的各项工艺参数，还要掌握 HP 工序的生产过程，以及盘条的各项性能，并且还要了解钢丝在帘线工序的工艺表现。只有这样，才能及时准确地解决各种复杂多变的工艺问题，提高产品性能。湿拉的工艺问题凭肉眼不易观察，需要使用金相观察、化学分析等工具和方法，需要力学、金属材料与热处理、有机化学、机械等多方面的知识。湿拉的理论需要从微观和抽象的角度去理解。在这里仅根据生产实际情况对湿拉的工艺理论进行了简要的介绍。冷拉钢丝是利用金属的塑性，借助拉丝模具并在外力作用下使金属变形，3/15从
2、而获得所需的形状、尺寸、机械及物理性能的一种金属压力加工方法。作为其中的一种，湿拉专指把电镀黄铜钢丝拉拔至帘线成品所需的单丝直径的拉拔工艺。湿拉因其使用润滑液润滑而区别于干式拉拔。1. 拉拔力1.1 钢丝的拉拔变形过程图 1， 钢丝应力分析示意图如图 1 所示：钢丝拉拔时，受拉拔力 F、正压力 P和摩擦力 W 共同作用，发生塑性变形。应力状态为两向压应力 r、一向(轴向)拉应力 l，以及周向剪切应力 。因此，钢丝从表层到中心，变形程度逐渐减小。随着拉丝模入口角、钢丝与拉丝模之间的摩擦系数增大，这种不均匀变形将更加明显。严重的不均匀变形与钢丝组织缺陷共同作用，将导致中心毛刺（断丝的一种）的产生。
3、图 2，中心毛刺外观（300 倍）当拉拔应力超过模子出口处钢丝的抗拉强度时，钢丝将发生颈缩而断裂。WFWP拉丝模钢丝4/15由于钢丝内部组织缺陷的存在不可避免，因此钢丝实际的抗拉强度要远低于理论抗拉强度。这一点在模序设计时必须要考虑。根据固体变形理论，所有的塑性变形皆在弹性变形之后，并且伴有弹性变形，而在塑性变形之后必然有弹性恢复，即弹性变形。根据光弹性试验，拉拔变形区内的应力分布如图 3 所示。图 3， 变形区内的应力分布在钢丝拉拔加工硬化不十分剧烈时，根据应力分析，径向应力 r从入口向出口逐步减少，而轴向应力 l逐渐增大。此外由于湿拉是滑动式多模拉拔，反拉力不断波动，引起模子入口处弹性区剧
4、烈波动。因而模子入口处磨损较快，易出现拉拔圆环。在钢丝拉拔过程中，晶粒逐渐被拉长拉细，位错密度增加，从而钢丝的抗拉强度也逐渐增加，即发生了“加工硬化” 。当位错密度增大到一定程度，像裂纹这样的组织缺陷开始迅速增加并扩展，断丝的可能性也迅速上升。因此，钢丝的变形是有一定限度的。图 4，钢丝的“加工硬化”拉拔过的钢丝在一段时间后，抗拉强度会有一定程度的增加，我们称之为5/15“时效” （aging） 。这是因为金属中部分小原子在一定温度和时间条件下迁移到位错运动产生的断层中，修补了这些断层，从而提高了钢丝强度。并且温度越高，时效所需时间越短。因此既使在多道次拉拔过程中，时效也会不同程度的存在。在拉
5、拔过程中，由于钢丝的不均匀变形而产生附加应力，在拉拔后产生残余应力。一般钢丝表面为拉应力，中心为压应力。残余应力对钢丝机械性能有显著影响，对成品的尺寸稳定性也有不良作用。图 5， 钢丝的残余应力1.2 各种因素对拉拔力的影响- 拉拔力与钢丝的抗拉强度拉拔力与钢丝的抗拉强度成线性关系，强度越高，所需拉拔力越大。- 拉拔应力与变形程度拉拔应力与变形程度成正比关系。随着压缩率增大，拉拔应力增加。- 拉丝模的几何形状对拉拔力的影响。通过前面的应力分析可知，当拉丝模入口角增大，钢丝与模壁接触面积减少，摩擦力降低，但剪切力增加。通过试验发现，最佳入口角约为 11。图 6， 拉丝模入口角与拉拔力6/15-
6、拉拔速度对拉拔力的影响在低速（5m/min 以下）拉拔时，拉拔应力随拉拔速度的增加而有所增加。当拉拔速度增加到 610m/min 时，拉拔应力下降，继续增加拉拔速度对拉拔应力影响不大。开动拉拔设备瞬间，由于产生冲击现象而使拉拔应力显著增大，这也是启动断丝的原因。- 摩擦与润滑对拉拔力的影响在湿拉过程中，钢丝与模子之间会产生很大的摩擦力和很多热量，使用润滑液可以在钢丝与模子之间形成一层耐压润滑膜，防止钢丝与模子之间直接接触，从而减少摩擦和磨损，有利于钢丝拉拔。钢丝湿拉时的润滑方式是介于流体润滑与边界润滑的混合润滑。另一方面，润滑液有冷却钢丝和拉丝模的作用。拉拔过程中，钢丝与拉丝模之间的摩擦系数大
7、小对拉拔力有很大的影响。润滑液的耐压性能、润滑方式、拉丝模材质、拉丝模和钢丝的表面状况对摩擦系数的大小皆有影响。拉丝模越硬，抛光得越好，钢丝越不容易粘结拉丝模，摩擦力就越小。在模子入口处改善建立流体动力润滑条件（润滑楔效应） ，也能降低摩擦系数。流体动压力越大，润滑效果越好。流体动压力的大小与润滑楔的角度、润滑液性能、粘度以及拉拔速度有关，润滑楔的角度越小、润滑液粘度越大、拉拔速度越高，则润滑楔效应越显著。- 反拉力对拉拔力的影响根据图 1 的受力分析，随着反拉力的增加，模子所受到的压力近似直线下降，拉拔力 P 逐渐增加。但是，在反拉力 Q 达到临界反拉力 Qc 之前，对拉拔力并无影响。临界反
8、拉应力 Qc的大小主要与钢丝的弹性极限和拉拔前的预变形程度有关，而与该道次的压缩率无关。弹性极限和预变形程度越大，则临界反拉应力也越大。这是因为，随着反拉应力的增加，模子入口处的接触弹性变形区逐渐减少（如图 3 所示） 。同时，钢丝作用于模壁上的压力减少，继而摩擦力也相应减少。摩擦力的减少值与此时的反拉力值相当，故拉拔力并不增加。当反拉力超过临界反拉力，将改变塑性变形区内的应力 r、 l 的分布，使拉拔力增大。利用这一点，将反拉应力控制在临界反拉应力值范围以内，可以在不增大拉拔应力和不减少道次压缩率的情况下减少模子入口处金属对模壁的压力磨损，延长模子的使用寿命。- 振动在拉拔时对模子施以振动可
9、以显著降低拉拔力。振动的方式有轴向、径向和周向。在公司还没有使用这种技术。1.3 拉拔力的理论计算7/15拉拔力的理论计算方法较多，如平均主应力法、滑移线法、上界法以及有限元法等。目前应用较为广泛的为主应力法。根据图 1 钢丝拉拔中的应力分析示意图。在变形区内 x 方向上取一厚度为dx 的单元体，并根据单元体上作用的 x 轴向应力分量，建立平衡微分方程： dfDdDnllxlx )ta(41)(422 略去高阶微量得： 0)ta(dfnlxl 当模角 与摩擦系数 f 很小时，采用近似塑性条件 lx - n = s。积分得： DBdslxl2)1(利用边界条件，当反拉应力为 q(un 时，将导致
10、钢丝拉断。因此，产生建立湿拉过程的第 4 个条件：拉丝模直径超差必须在一定范围内。3.2 焊接要实现湿拉的连续高效生产，ISC 钢丝必须首尾焊接在一起。如果钢丝焊接质量达不到要求，焊接点将无法通过所有的拉拔道次和后工序的生产。因此，良好的焊接工艺对生产的稳定十分重要。电阻对焊是最常用的方法。对焊操作有以下四个步骤：（1）钢丝端头准备，14/15（2）通电加热、顶锻， （3）通电回火， （4）清除焊疤。公司用钢丝为高碳钢，对焊接头的金相组织十分复杂。通电开始时，以接触电阻为主。随着温度的升高在挤压力作用下，钢丝的接触端面趋向平贴，接触电阻减少，逐步过渡到以钢丝自身电阻为主。其温度分布是接口区高，
11、然后向两侧陡降。加热到一定温度（1000C） ，顶锻应快，在瞬间将接触面附近的高温金属（过烧）和氧化物夹杂挤出。但此时金相组织是球化组织，而不是片状珠光体组织。在临界点 AC1温度以上，球状珠光体向奥氏体转变，同时奥氏体晶粒逐渐长大。对焊接后的冷却过程，冷却速度较快，焊缝附近在冷却过程中形成各种不平衡组织。从焊缝向两侧依次为“贝氏体+屈氏体+索氏体” 、 “贝氏体+马氏体+残余奥氏体” 、 “索氏体+碳化物” 、 “索氏体+碳化物+铁素体” 。此时焊接区脆性严重，需要高温回火处理。由于加热时间短，回火温度应偏高（700750C） ，如果回火温度过高，会重新产生部分奥氏体。当加热时间足够，焊接区
12、的组织会趋于均匀，大体为索氏体+碳化物组织。3.3 润滑在钢丝拉拔过程中，钢丝与拉模间会产生很高的摩擦力和热量，使用润滑剂可以在钢丝和拉模之间形成一层耐压润滑膜，防止钢丝与模子直接接触，从而减少摩擦和磨损，有利于钢丝拉拔。湿拉润滑液一方面具有润滑作用，另一方面具有冷却和清洗钢丝表面作用，并且经过拉拔，润滑液中的部分成分残留在钢丝表面，调整钢丝表面状态，减小钢丝在捻制时的摩擦力，并且不能降低钢丝与橡胶的粘合力。公司现在使用的是 Variol 润滑剂与 Trepalbe 皂片按 4：1 重量比为主配制而成的乳化液，主要成分为硬脂酸盐和一些耐压耐高温添加剂。使用中还要添加磷酸、磷酸锌，NaOH、软水，共同形成合适的润滑剂，并循环使用。图 11 润滑循环示意图影响润滑剂效果的因素有：湿拉机器回液池沉淀池废液池热交换器配液罐运走有机磷酸锌颗粒大小有机磷酸锌浓度Cu 浓度机器上润滑剂温度脂肪酸和表面剂浓度润滑作用磷化作用润滑剂效果15/15有效润滑成分在拉拔中不断消耗，Cu 粒子由于钢丝镀层磨损不断增加，使得润滑液的润滑特性不断变坏，因此需要对各种乳化液参数进行监控调整，使之控制在较稳定的范围内，从而保证润滑性能的稳定。
