CN106232251B - 金属线材拉丝加工用模具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供具有比传统模具长的寿命且能够防止金属线材表面损伤的金属线材拉丝加工用模具。还提供该模具的制造方法。在金属线材拉丝加工用模具中(1)形成有供金属线材贯穿的模具孔(2)。当将Ra1定义为模具孔的从模具孔的支承部(2b)起到与30％的面积减小率对应的进入部(2a)的位置为止的内表面的在模具孔的轴向上的表面粗糙度，将Ra2定义为模具孔的从模具孔的支承部起到与30％的面积减小率对应的进入部的位置为止的内表面的在与模具孔轴向正交的方向上的表面粗糙度，将Ra3定义为模具孔的支承部的内表面的在模具孔的轴向上的表面粗糙度时，满足0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3的关系。
Description
技术领域
本发明涉及金属线材拉丝加工用模具(以下还简称为“模具”)及其制造方法，特别地涉及具有比传统模具长的寿命且能够防止金属线材表面损伤的金属线材拉丝加工用模具及其制造方法。
背景技术
对于金属线材拉丝加工用模具，通常使用具有高硬度且具有出色耐磨耗性和耐冲击性的硬质合金。通过使碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等硬质颗粒与诸如钴(Co)或者镍(Ni)等的铁族金属的粘结剂烧结来制备硬质合金。最常规的硬质合金是包含作为硬质颗粒的WC和作为粘结剂的Co的合金，由具有该组成的硬质合金制成的模具用于金属线材的拉丝。
通常，通过施行如下定径步骤(sizing step)来制造模具：以形成有预留孔的新模具或者使用了的模具作为原材料，对预留孔的内表面进行研磨，以形成具有预定直径的模具孔。现今，通过在使模具和研磨针转动的同时将研磨针插入模具孔中来对模具孔的内表面执行研磨(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-57843号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，对于增强作为拉丝加工的对象的金属线材的强度和执行高速拉丝的尝试可能会产生诸如模具的早期磨耗等的问题。例如，高速拉丝需要解决如下问题：(ⅰ)模具的早期磨耗严重，这会缩短模具的寿命；(ⅱ)被拉丝的线材表面变粗糙且发生损伤；(ⅲ)拉丝之后，线材表面上剩余的润滑成分减少，使拉丝时的润滑性降低。用于改善耐磨耗性的渗硼处理是应对该问题的选择。然而，仅仅对渗硼处理的条件等进行改善是不够的，还需要额外的对策。
因此，本发明的目的是提供具有比传统模具长的寿命且能够防止金属线材表面损伤的金属线材拉丝加工用模具及其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人进行了锐意广泛的研究，结果发现新模具的孔在与该孔的轴向交叉的方向上在研磨期间产生损伤，该研磨损伤会导致上述问题。因而，通过将模具孔的内表面的表面粗糙度Ra进行如下设定，本发明人在减少金属线材表面的损伤和良好地延长模具的寿命方面已经取得成功，由此完成了本发明。
具体地，本发明的金属线材拉丝加工用模具是形成有供金属线材贯穿的模具孔的金属线材拉丝加工用模具，
其中，所述模具孔包括在所述金属线材的贯穿方向上渐缩的进入部以及具有恒定的内径且位于所述进入部之后的位置的支承部，Ra1表示所述模具孔的从所述支承部起到与30％的面积减小率对应的所述进入部的位置为止的内表面的在所述模具孔的轴向上的表面粗糙度，Ra2表示所述模具孔的从所述支承部起到与30％的面积减小率对应的所述进入部的位置为止的内表面的在与所述模具孔的轴向正交的方向上的表面粗糙度，Ra3表示所述模具孔的所述支承部的内表面的在所述模具孔的轴向上的表面粗糙度，所述Ra1、所述Ra2和所述Ra3满足由下式表示的关系：
0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3。在本文中，表面粗糙度Ra是指根据JIS B0601测量的算术平均粗糙度(单位为“μm”)。
本发明的金属线材拉丝加工用模具的制造方法是本发明的上述金属线材拉丝加工用模具的制造方法，是上述金属线材拉丝加工用模具的制造方法，
其中，所述制造方法包括：定径步骤，将供金属线材贯穿的模具孔的内表面研磨成预定直径；和研磨步骤，在该定径步骤之后通过磨料流加工对所述模具孔的内表面进行研磨。
发明的效果
根据本发明，提供具有比传统模具长的寿命且能够防止金属线材表面损伤的金属线材拉丝加工用模具及其制造方法
附图说明
图1的(a)是根据本发明的一优选实施方式的模具的立体图，图1的(b)是沿着图1的(a)的线A-A的方向的模具截面图。
图2的(a)是实施例1的模具的模具孔的进入部(approach section)的电子图像，图2的(b)是比较例1的模具的模具孔的进入部的电子图像。
具体实施方式
以下，将通过使用附图来详细地说明本发明的实施方式。
图1的(a)是根据本发明的一优选实施方式的模具的立体图，图1的(b)是沿着图1的(a)的线A-A的方向的模具截面图。在图示的示例中，模具1的外形为圆柱状，并且在模具1的大致中央处设置有供金属线材贯穿的模具孔2。如图1的(b)所示，模具孔2包括：进入部2a，其形成为朝向待被拉丝的线材的出口方向(exit direction)缩小；支承部(bearingsection)2b，其具有恒定的内径、位于进入部2a之后；以及离开部(release section)2c，其具有朝向出口方向增大的内径、位于支承部2b之后。进入部2a设置有预定的锥角。从进入部2a侧供给金属线材并将朝向支承部2b拉该金属线材。此时，通过进入部2a的渐缩形状来使金属线材的直径拉伸挤压，由此执行拉丝加工。
在本发明的金属线材拉丝加工用模具中，Ra1表示从支承部2b起到与30％的面积减小率对应的进入部2a的位置为止的内表面的在模具孔2的轴向上的表面粗糙度，Ra2表示模具孔2的从支承部2b起到与30％的面积减小率对应的进入部2a的位置为止的内表面的在与轴向正交的方向上的表面粗糙度，Ra3表示模具孔2的支承部2b的内表面的在模具孔的轴向上的表面粗糙度，Ra1、Ra2和Ra3满足由下式表示的关系：
0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3。
在图1的(b)中，Ra1、Ra2和Ra3的箭头表示各表面粗糙度的方向。
当Ra2小于0.14μm时，进入部2a的内表面在与孔的轴向正交的方向上足够光滑。因而，润滑剂在模具孔中的流动阻力减小，并且金属线材的拉丝方向上的摩擦阻力减小。因此，能够减少金属线材表面的损伤。另外，减小润滑剂的流动阻力会减小金属线材的摩擦阻力。归因于此，减少了模具的早期磨耗，从而能够改善模具的寿命。此外，通过使金属线材的线材插入方向上的Ra、即Ra1小于Ra2，能够进一步减小金属线材的摩擦阻力。此外，当插入金属线材时，支承部2b的Ra3决定待精加工的金属线材的表面光滑度。因而，使该部分的Ra最小、即使Ra1>Ra3。特别地，与模具孔2的轴向正交的方向上的表面粗糙度Ra2优选为0.11μm以下。
本发明的模具1要求具有硬且难以磨耗的特性，因此优选地由如下硬质合金制成：通过使硬质碳化物或氮化物的粉末与作为粘结剂的软质金属的粉末烧结而制得的硬质合金。硬质碳化物和氮化物的示例包括：作为一元系的WC、VC、TiC、TaC、NbC、Cr3C2、Mo2C、VC以及TiN；和作为伪二元系或者伪三元系的WC-TiC、TiC-TiN、WC-TiC-TaC(NbC)以及WC-TiC-TiN。另一方面，作为用作粘结剂的软质金属，除了Co以外，还能够使用Ni、Co-Ni、Ni-Fe等。优选为包括作为硬质颗粒的WC和作为粘结剂的Co的模具。
除了满足由0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3表示的关系以外，本发明的模具1没有特别限制。本发明的模具1用于金属线材的拉丝加工。作为拉丝加工的对象的金属线材的示例包括：钢线、不锈钢线以及高碳素钢线，并且这些线的表面可以是已经被施加了电镀处理等的表面。
接着，将说明本发明的金属线材拉丝加工用模具的制造方法。
通常，通过施行如下定径步骤来制造金属线材拉丝加工用模具：对形成有供金属线材贯穿的模具孔的新模具的模具孔或者使用了的模具的模具孔进行研磨。本发明的金属线材拉丝加工用模具的制造方法是本发明的上述金属线材拉丝加工用模具的制造方法，并且本发明的金属线材拉丝加工用模具的制造方法包括：定径步骤，将供金属线材贯穿的模具孔的内表面研磨成预定的内径；和研磨步骤，在定径步骤之后通过磨料流加工(abrasiveflow machining)对模具孔的内表面进行研磨。由此，润滑剂在模具孔中的流动阻力减小，因此能够减小金属线材的拉丝方向上的摩擦阻力，从而能够减少金属线材表面的损伤。此外，模具的摩擦减小，因而还能够改善模具的寿命。
磨料流加工是使用通过混炼磨粒而制得的称作研磨介质的粘弹性流体的表面研磨方法，并且磨料流加工是通过使研磨介质在模具孔中流动并使研磨介质中的磨粒压接移动至模具孔的内表面来执行加工的方法。因而，当对模具孔2的内表面执行磨料流加工时，在高研磨压力下执行支承部2b的研磨，由此使Ra3小于Ra1。另外，由于磨料流加工允许研磨介质在预定压力下在模具孔中往复，所以使Ra1小于Ra2。因此，通过对模具孔2的内表面执行磨料流加工直到Ra2小于0.14μm，能够获得满足下式的金属线材拉丝加工用模具：
0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3。
另外，在传统的研磨方法中，通过将研磨针中包括的金刚石的粒径变小，能够使Ra2为0.14μm以下，但是不能满足Ra2＞Ra1＞Ra3的关系。
关于本发明的模具的制造方法中使用的研磨介质的磨粒，可以使用碳化硅、氧化铝、金刚石等。另外，能够使用粒径为大约例如10μm至80μm的磨粒，可以适当地选择与期望的模具孔的孔径相对应的粒径。磨粒的形状也没有特别限制，并且磨粒的形状的示例包括球状、不定形、平形以及盘形等。优选为球状。例如，在本发明的模具的制造方法中，能够优选地使用粒径为约30μm的金刚石粉末作为磨粒。此外，研磨介质的粘弹性流体没有特别限制，并且能够使用传统的磨料流加工所使用的任何粘弹性材料。
例如，使用粒径为30μm的金刚石粉末作为磨粒在90±5kgf/cm2(约8.8MPa)的研磨压力下进行研磨，对于诸如小于0.2mm的窄直径的模具孔，可以使用约80秒的研磨时间；对于约0.5mm的直径的模具孔可以使用约40秒的研磨时间，对于诸如0.9mm以上的大直径的模具孔可以使用约20秒的研磨时间。此外，研磨压力不限于上述范围。在高研磨压力下，能够缩短研磨时间，而待研磨的各个模具之间的研磨的不同可能会变大。
对本发明的模具的制造方法而言唯一重要的事是包括：定径步骤，将供金属线材贯穿的模具孔的内表面研磨成预定内径；和研磨步骤，在定径步骤之后通过磨料流加工对模具孔的内表面进行研磨。除上述以外，没有特别限制，并且能够采用任何公知的技术。例如，与传统技术相同地，在定径步骤中可以通过在使模具和研磨针转动的同时将研磨针插入模具孔中来执行模具孔的研磨。
此外，在研磨步骤之后执行渗硼处理(boronizing process)、即在研磨步骤之后施行所谓的渗硼处理步骤，可以增强模具孔表面的硬度，从而改善了耐磨耗性。另外，能够通过任何公知的方法执行渗硼处理。例如，能够通过如下方法来执行渗硼处理：通过在液体石蜡中混合碳化硼(B4C)而成糊状，将所获得的包含碳化硼的液体石蜡充填入模具孔中，并且在电炉等中加热。
实施例
以下，将通过使用实施例来更详细地说明本发明。
<实施例1至实施例3>
作为定径步骤，在使设置有预留孔的模具和研磨针转动的同时，将研磨针插入模具孔中，以对三个模具的各自的模具孔进行研磨，使得磨料流加工时的加工余量为约3μm。接着，作为研磨步骤，使用由挤压磨石有限公司(Extrude Hone Co.,Ltd.)制造的EX-800型磨料流加工装置对由研磨针研磨的各模具的模具孔进行研磨。将所获得的各模具沿着模具的长度方向切成两半，测量磨料流加工之后的模具孔的Ra1、Ra2和Ra3。此外，使用各模具，对金属线材执行金属线材拉丝加工以检查各模具的寿命。表1示出了所获得的结果，图2的(a)示出了实施例1的模具的孔中的进入部的电子显微镜图像。图2的(a)的纵向为轴向。此外，通过使磨耗介质在约8.8MPa(90kgf/cm2)的压力下在模具孔中往复，执行模具孔的研磨。研磨介质的细节如下。
粘结剂：硅系硼化物的聚合物
研磨剂：黑碳化硅
磨粒：粒径为30μm的金刚石粉末
剥离剂(release agent)：包含矿物油和润滑剂的润滑材料
<比较例1至比较例5>
在使设置有预留孔的模具和研磨针转动的同时，将研磨针插入模具孔中来研磨五个模具的各自的模具孔，使得磨料流加工时的加工余量为约3μm。此外，为了获得预定的Ra分布，适当地调整研磨针的磨粒的硬度和粒径。之后，在不执行磨料流加工的情况下，将所获得的各模具沿着模具的长度方向切成两半，测量Ra1、Ra2和Ra3。另外，使用各模具，对金属线材执行拉丝加工以检查各模具的寿命。表1示出了所获得的结果。此外，图2的(b)示出了比较例1的模具的模具孔中的进入部的电子显微镜图像。图2的(b)的纵向为轴向。
[表1]
[表2]
表1示出了在对模具孔的进入部执行了磨料流加工的实施例1至实施例3满足0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3的关系。另一方面，在对模具孔的进入部未执行磨料流加工的比较例1至比较例5的表面粗糙度Ra2均为0.14μm以上。另外，表明：在金属线材的拉丝量方面，与比较例1至比较例5的模具相比，实施例1至实施例3的模具更优异。
附图标记说明
1 模具
2 模具孔
2a 进入部
2b 支承部
2c 离开部
Claims (2)
1.一种金属线材拉丝加工用模具，所述金属线材拉丝加工用模具形成有供金属线材贯穿的模具孔，其特征在于，
所述模具孔包括在所述金属线材的贯穿方向上渐缩的进入部以及具有恒定的内径且位于所述进入部之后的位置的支承部，Ra1表示所述模具孔的从所述支承部起到与30％的面积减小率对应的所述进入部的位置为止的内表面的在所述模具孔的轴向上的表面粗糙度，Ra2表示所述模具孔的从所述支承部起到与30％的面积减小率对应的所述进入部的位置为止的内表面的在与所述模具孔的轴向正交的方向上的表面粗糙度，Ra3表示所述模具孔的所述支承部的内表面的在所述模具孔的轴向上的表面粗糙度，所述Ra1、所述Ra2和所述Ra3满足由下式表示的关系：
0.14μm＞Ra2＞Ra1＞Ra3。
2.一种金属线材拉丝加工用模具的制造方法，该制造方法为权利要求1所述的金属线材拉丝加工用模具的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：定径步骤，将供金属线材贯穿的模具孔的内表面研磨成预定直径；和研磨步骤，在该定径步骤之后通过磨料流加工对所述模具孔的内表面进行研磨。
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