一种线切割钼丝高速冷拉制备方法与流程

1.本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及一种线切割钼丝高速冷拉制备方法。


背景技术：

2.电火花线切割用电极丝主要是钼丝，钼丝是理想的电火花线切割机床用电极丝,可切割各种钢材和硬质合金,加工形状极其复杂的零件,其放电加工稳定,能有效地提高模具的精度。它以价廉、韧性好、强度高、导电性能好以及伸长率低等优点通常被选作为高速走丝线切割加工较为理想的电极工具。
3.现有业内线切割钼丝成品制备采用的冷拉拔技术拉制速度不超过150m/min，生产效率低，且拉制出的成品存在直径均匀性差、组织不够致密的问题。另外，由于钼属于难加工金属，如果将应用于铜、钢等塑性金属加工的常规高速冷拉丝制备技术直接应用于钼丝高速冷拔加工，则会因为润滑问题导致模具损耗量大、无法量产以及钼丝表面产生深沟槽进而扩展成裂纹等质量问题。
4.而采用铜、钢等塑性金属丝材的常规高速冷拉拔制备技术，其润滑方式为全浸泡式液体润滑，即丝材整体浸泡在润滑液中，拉丝过程在液体中进行，润滑液具有润滑与冷却双重作用，满足塑性材料高速冷拔加工所需的润滑与冷却需要。
5.但是，采用上述液体润滑的方式不能直接移植于钼丝这种难变形金属高速冷拔加工，因为，拉丝塔轮全浸泡在润滑油中，而丝材在拉拔过程，需要绕经塔轮，在润滑油作用下，其丝材表面石墨乳涂层容易被破坏，由于钼丝属于难变形金属，在其冷拔过程中，润滑液无法顺利进入模孔的压缩区及定径区，因此，需要靠其表面那层具有一定成膜强度的石墨乳涂层来进行润滑，而一旦该石墨乳涂层破坏，加之液体润滑油又无法起到润滑作用，所以，导致钼丝与模具形成干摩擦，这样，模具极易损坏，无法达到量产目的；且由于缺少润滑，钼丝表面会形成深沟槽，从而进一步造成钼丝裂纹的产生。


技术实现要素：

6.为解决上述现有拉拔技术技术效率不足、会因为润滑问题导致模具损耗量大、无法量产以及钼丝表面产生深沟槽进而扩展成裂纹等质量问题的不足，本发明提供一种线切割钼丝高速冷拉制备方法，步骤如下：
7.s1、将钼合金盘条经粗规格热拉、热拉多模串拉加工得到拉制态丝材；
8.s2、在所述拉制态丝材表面涂覆所述石墨乳溶液，然后对所述拉制态丝材进行烘干处理得到烘干石墨乳涂层；
9.s3、将带有所述烘干石墨乳涂层的所述拉制态丝材经过植物油循环槽沾油进入冷拉模具进行高速冷拉加工，即得线切割钼丝。
10.在一实施例中，所述烘干处理过程为所述拉制态丝材涂覆石墨乳溶液后以30～50m/min的速度，经600～800℃、长度400～900mm的加热区烘干制得。
11.在一实施例中，所述烘干处理过程与热拉多模串拉集成设置。具体的，烘干处理过
程的加热区与热拉多模串拉相同，即烘干处理过程涂覆石墨乳溶液后经热拉多模串拉的加热区烘干，烘干后不经过热拉多模串拉的模具，而是直接进入后续沾油冷拉的流程，具体如图1所示。
12.在一实施例中，所述烘干石墨乳涂层厚度为2～5μm、含c量为1200～3000ppm。
13.在一实施例中，所述石墨乳溶液包括石墨乳胶体与水；所述石墨乳胶体与水重量配比为1:4。具体的，所述石墨乳胶体为市面上常规厂家生产的石墨乳原装胶体。
14.在一实施例中，所述石墨乳溶液比重为1.0～1.06g/cm3。
15.在一实施例中，所述植物油循环槽内油温为25～40℃。
16.在一实施例中，所述植物油循环槽上设有控温装置。具体的，控温装置采用出油管、散热器及进油管的组合，散热器设置在出油管上。植物油循环槽内的植物油顺出油管流过散热器散热后，通过进油管重新流入植物油循环槽。优选的，出油管及散热器可设置多组，增加散热效率。
17.在一实施例中，所述高速冷拉加工拉拔速度为260～400m/min。
18.在一实施例中，所述高速冷拉加工包括至少3道次冷拉。
19.在一实施例中，每道次冷拉变形量为10～25％。
20.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的线切割钼丝高速冷拉制备方法，有益效果如下：
21.1、本发明实现了冷拔钼丝速度从行业平均130m/min提升至260m/min～400m/min，实现了高效、低成本的目的。
22.2、本发明属于专用的难变形金属高速冷拔技术，其与其他行业例如铜、钢等塑性材料常规的高速冷拉技术所采用的全浸泡方式不同，利用专用的烘干石墨乳涂层极佳的润滑性能可以有效解决高速冷拉钼这种难变形金属所带来的模具快速损耗、难量产的问题。
23.3、本发明利用植物油控温、沾植物油来冷却模具温度的方式，降低模具服役温度，也有效提升了模具耐用度即有效减少模具快速损耗，模具快速损耗问题的解决可以实现获得良好的丝材表面，避免因模具损耗带来的丝材深沟槽及继续冷拔加工引起的深沟槽扩展带来的裂纹问题。
24.4、本发明所制备的线切割钼丝，具有直径均匀、组织致密、表面硬度高等质量优势，而这些质量优势均为线切割钼丝在客户终端能得到很好使用效果的关键质量特性，质量优越，客户的使用满意度、粘合度高。
25.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
27.图1为本发明一实施例中烘干处理过程工艺示意图；
28.图2为实施例1钼丝成品表面状态示意图；
29.图3为实施例1烘干石墨乳涂层厚度示意图；
30.图4为实施例1金相组织显微示意图；
31.图5为实施例2金相组织显微示意图；
32.图6为实施例3金相组织显微示意图；
33.图7为实施例4金相组织显微示意图；
34.图8为对比例1金相组织显微示意图；
35.图9为对比例1成品表面显微示意图；
36.图10为对比例1被拉丝塔轮破坏后的石墨乳涂层显微示意图；
37.图11为图10放大图；
38.图12为对比例2金相组织显微示意图；
39.图13为对比例2成品表面显微示意图；
40.图14为热拉多模串拉工艺示意图；
41.图15为对比例2钼丝成品表面状态示意图；
42.图16为对比例2拉制态丝材表面压实的石墨乳涂层厚度示意图；
43.图17为对比例2裂纹探伤实测图；
44.图18为裂纹探伤实测样式图；
45.图19为本发明一实施例中植物油循环槽工艺流程示意图；
46.图20为实施例1制得的钼丝的微观示意图；
47.图21为采用常规低速拉拔技术制得的钼丝的微观示意图。
48.附图标记：
49.100拉制态丝材
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200无热拉多模串拉模具 300石墨乳溶液涂覆区
50.400加热区
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500热拉多模串拉模具
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600进油管
51.700储油箱
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800出油管
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900散热器
具体实施方式
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
54.本发明提供的线切割钼丝高速冷拉制备方法能够应用在高稀土氧化物掺量的复
合掺杂线切割钼丝的制备中，高稀土氧化物掺量的复合掺杂线切割钼丝由于其稀土氧化物掺量高，采用普通冷拉拔工艺易断裂，生产无法进行。而采用本发明的线切割钼丝高速冷拉制备方法，能够在有效生产的同时，进一步提高复合掺杂线切割钼丝的产量及质量。
55.高稀土氧化物掺量的复合掺杂线切割钼丝的钼合金盘条前期制备步骤如下：
56.按设定比例将钼粉及稀土氧化物进行掺杂制备均匀粉末，然后经过等静压成型及烧结，随炉冷却后得到钼合金坯条；
57.将烧结后的所述钼合金坯条经过两辊轧机热连轧制成钼合金盘条；
58.所述钼合金盘条再进行至少一次的旋锻、至少一次的热拉工艺得到拉制态丝材。稀土氧化物采用氧化镧或氧化铈。热拉工艺包括粗规格热拉及热拉多模串拉。同时，在粗规格热拉、热拉多模串拉的加工过程中，依照现有技术会于各道次粗规格热拉、热拉多模串拉前涂覆石墨乳，并经过模具拉拔得到的拉制态丝材表面具有压实的石墨乳涂层。具体石墨乳配比可依照实际进行，不作限定。
59.下述实施例及对比例钼合金盘条均参照此工艺流程进行制备。
60.实例1
61.拉制镧含量7500ppm的线切割钼丝
62.a1、依照工艺流程制备镧含量为7500ppm的钼合金盘条；将钼合金盘条经粗规格热拉、热拉多模串拉加工，热拉温度为700℃，制得拉制态丝材。
63.a2、在拉制态丝材表面涂覆一层石墨乳溶液，并以40m/min的线速度经750℃、长度500mm的加热区烘干制备出烘干石墨乳涂层；
64.a3、将a2、所制得的拉制态丝材经过高速冷拉加工，温度为室温，采用专用烘干石墨乳涂层润滑，再沾植物油冷却模具，涂层厚度2.5μm，油温为40℃，冷拉速度为380m/min，冷拉道次变形量在18％。
65.本实施例采用的石墨乳溶液可用市面上常规厂家生产的石墨乳原装胶体进行调配，石墨乳溶液相关指标可参考表1，按石墨乳原装胶体与水配比为1:4，进行充分搅拌后，其大致比重范围为1.0～1.06g/cm3，然后以该配制后的石墨乳溶液作为烘干石墨乳涂层制备的初步材料，对拉制态丝材表面进行涂覆。附着有烘干石墨乳涂层的丝材表面状态如图2所示；如图3所示，其涂层厚度为2～5μm，含c量为1200～3000ppm。
66.表1石墨乳溶液相关指标表
[0067][0068]
本实施例所制备的复合掺杂线切割钼丝，如图4所示金相组织致密，表面没有存在深沟槽和微裂纹，裂纹等级a0，模产为6.2万米/孔。
[0069]
实例2
[0070]
拉制镧含量18000ppm的线切割钼丝
[0071]
b1、依照工艺流程制备镧含量为18000ppm的钼合金盘条；将钼合金盘条经粗规格热拉、热拉多模串拉加工，热拉温度为700℃，制得拉制态丝材。
[0072]
b2、在拉制态丝材表面再涂覆一层石墨乳溶液，并以35m/min的线速度经750℃、长度500mm的加热区烘干制备出烘干石墨乳涂层；
[0073]
b3、将b2所制得的拉制态丝材经过高速冷拉加工，温度为室温，采用烘干石墨乳涂层润滑，涂层厚度3μm，再沾植物油冷却模具，油温为37℃，冷拉速度为260m/min，冷拉道次变形量在18％；
[0074]
其余工艺参数均与实施例1相同。
[0075]
本实施例所制备的复合掺杂线切割钼丝，如图5所示金相组织致密，表面没有存在深沟槽和微裂纹，裂纹等级a1，模产为5.2万米/孔。
[0076]
实例3
[0077]
拉制铈含量8000ppm的线切割钼丝
[0078]
c1、依照工艺流程制备铈含量为8000ppm的钼合金盘条；将钼合金盘条经粗规格热拉、热拉多模串拉加工，热拉温度为700℃，制得拉制态丝材。
[0079]
c2、在拉制态丝材表面涂覆一层石墨乳溶液，并以45m/min的线速度经750℃、长度500mm的加热区烘干制备出烘干石墨乳涂层；
[0080]
c3、将c2所制得的拉制态丝材经过高速冷拉加工，温度为室温，采用专用烘干石墨乳涂层润滑，再沾植物油冷却模具，涂层厚度2.5μm，油温为40℃，冷拉速度为380m/min，冷拉道次变形量在18％。
[0081]
其余工艺参数均与实施例1相同。
[0082]
本实施例所制备的复合掺杂线切割钼丝，如图6所示金相组织致密，表面没有存在深沟槽和微裂纹，裂纹等级a0，模产为6.5万米/孔。
[0083]
实例4
[0084]
拉制铈含量18000ppm的线切割钼丝
[0085]
d1、依照工艺流程制备铈含量为18000ppm的钼合金盘条；将钼合金盘条经粗规格热拉、热拉多模串拉加工，热拉温度为700℃，制得拉制态丝材。
[0086]
d2、在拉制态丝材表面再涂覆一层石墨乳溶液，并以37m/min的线速度经750℃、长度500mm的加热区烘干制备出专用石墨乳涂层；
[0087]
d3、将d2、所制得的拉制态丝材经过高速冷拉加工，温度为室温，采用专用烘干石墨乳涂层润滑，再沾植物油冷却模具，涂层厚度2.5μm，油温为40℃，冷拉速度为260m/min，冷拉道次变形量在18％。
[0088]
其余工艺参数均与实施例1相同。
[0089]
本实施例所制备的复合掺杂线切割钼丝，如图7所示金相组织致密，表面没有存在深沟槽和微裂纹，裂纹等级a2，模产为5.2万米/孔。
[0090]
对比例1
[0091]
对比例1与实施例1的区别在于，热拉后采用的冷拉加工为其他行业普遍采用的塑性金属材料高速冷拉制备技术(即全浸泡液体润滑拉丝、俗称水箱拉丝技术)来制备，其余步骤及工艺参数相同。
[0092]
对比例1所制备的复合掺杂线切割钼丝，其金相如图8所示出现明显裂纹，丝材表面如图9所示出现深沟槽，裂纹等级c，模具损耗大，模产为0.7万米/孔。
[0093]
在对比例1中直接采用其他行业普遍采用的塑性金属材料高速冷拉制备技术，则
由于拉丝塔轮全浸泡在润滑油中，而丝材在拉拔过程，需要绕经塔轮，在润滑油作用下，其丝材表面石墨乳涂层容易被破坏如图10及图11所示，同时由于钼丝属于难变形金属，在其冷拔过程中，润滑液无法顺利进入模孔的压缩区及定径区，因此，需要靠其表面那层具有一定成膜强度的石墨乳涂层来进行润滑，而一旦该石墨乳涂层破坏，加之液体润滑油又无法起到润滑作用，所以，导致钼丝与模具形成干摩擦，这样，模具极易损坏。
[0094]
对比例2
[0095]
对比例2与实施例1的区别在于：不经过步骤a2，直接将步骤a1制得的拉制态丝材，进行步骤a3的高速冷拉拔，其余步骤及工艺参数相同。
[0096]
对比例2所制备的复合掺杂线切割钼丝，其金相如图12所示出现明显裂纹，丝材表面如图13所示出现深沟槽，裂纹等级b，模具损耗大，模产为2.7万米/孔。
[0097]
对比例2实际工艺如图14所示，仅采用钼丝行业冷拔加工中普遍采用压实的石墨乳涂层进行润滑，即在热拉多模串拉最后一道后不进行烘干石墨乳涂层的制备。热拉多模串拉最后一道过模拉拔压合后获得的丝材表面，如图15所示。并如图16中所示，其丝材表面压实的石墨乳涂层厚度小于2μm、含c量小于1200ppm。采用上述石墨乳涂层润滑，其模产平均水平为3.48万米/孔。拉制得到丝材表面有明显深沟槽，且其激光探伤图纸如图17所示，表明经过多道次冷拉拔后，得到的丝材存在密集性裂纹。
[0098]
实施例1～4及对比例1～2的实施结果：
[0099]
实施例1～4及对比例1～2的掺杂试验方案成分表如表2中所示
[0100]
表2掺杂试验综合评价表
[0101][0102]
注:图18为裂纹探伤实测样式图，裂纹等级以15％报警门限的ppm值为划分：a料：＜2000；b料：2000～10000；c料及以上：＞10000。其中裂纹等级中a料分为3个等级，a0：＜1000；a1：1000～1500；a2：1500～2000,具体如下表3所示：
[0103]
表3φ0.18mm钼丝成品经涡流探伤后裂纹等级界定表
[0104]
[0105][0106]
同时，基于实施例1，进一步研究沾油冷却工艺对高速拉拔技术的影响：
[0107]
以实施例1的烘干石墨乳涂层作为基础润滑剂，并将丝材通过植物油循环油槽沾油带入冷拉模具进行降模温加工。植物油有专门控温装置，如图19所示：植物油从储油箱抽出后，通过出油管经过散热器冷却油温，通过控制散热器的换热能力来实现油温可控，实现油温在25～50℃之间自由调节。
[0108]
下表4为采用控温装置和未采用控温装置的润滑液温度及对应模具温度随拉制时间变化的记录数据，润滑液温度可以有效降低13℃，模温可以有效降低20℃左右。采用控温装置后其冷拉模产可达5.6万米/孔，而未采用控温装置仅为3.5万米/孔。
[0109]
表4采用控温装置和未采用控温装置的润滑液温度及对应模具温度随拉制时间变化表
[0110][0111]
由表4可以看出，本发明通过采用烘干石墨乳涂层及沾油冷却模温的技术，可以实现冷拔钼丝速度达到260～400m/min，冷拉道次变形量在10～25％。
[0112]
同时，进一步对比实施例1与低速冷拉技术得到的产品，即将步骤a2及a3替换为现有常规低速冷拉技术。
[0113]
实施例1得到的产品如图20所示，组织致密，表面硬度较高。而采用常规低速冷拉技术制备的钼丝，不仅生产效率低，而且如图21所示其制备出的成品金相组织不够致密，表面硬度低。同时如表5所示，实施例1得到的产品直径均匀性(cp值)平均值高于常规低速冷拉技术制备的钼丝。
[0114]
表5两种技术的直径均匀性及硬度对照表
[0115][0116]
综上所述，本发明提供的一种线切割钼丝高速冷拉制备方法，能够应用在高稀土氧化物掺量的复合掺杂线切割钼丝的制备中，生产效率高、成本低。同时能够有效提高制得的复合掺杂线切割钼丝的各项性能指标。
[0117]
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
[0118]
尽管本文中较多的使用了诸如钼合金盘条、拉制态丝材等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0119]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。