金屬線材拉絲模設(shè)計(jì)

金屬線材拉絲模設(shè)計(jì)

拉索模是一種工業(yè)設(shè)備拉緊金屬線的模型。圓柱形模的芯緊密嵌入圓形鋼套筒。按照模芯材料不同,拉絲模的種類可以分為硬質(zhì)合金拉絲模、金剛石拉絲模等,其中硬質(zhì)合金拉絲模主要用于拉制鋼絲。拉絲模的中心有個(gè)一定形狀的孔,圓、方、八角或其它特殊形狀。在金屬被拉拔穿過(guò)模孔的過(guò)程中,金屬的徑向尺寸變小,同時(shí)形狀發(fā)生變化。拉絲模是金屬制品形變加工的基本工具,主要用于拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體,適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工,是拉拔生產(chǎn)過(guò)程中一種非常重要的消耗性模具。拉絲模孔形制作工藝主要包括模具打孔、模孔整形、?？讙伖?個(gè)主要過(guò)程。其中,模具打孔是決定拉絲模孔形和幾何尺寸的關(guān)鍵因素之一。目前最常用的小孔加工方法有:機(jī)械加工、電火花加工、電解加工、超聲加工、電子束加工及激光加工等。由于拉絲模模芯材料具有高強(qiáng)度、高耐磨性的特點(diǎn),利用傳統(tǒng)機(jī)械鉆削加工難以完成對(duì)模具的打孔,故多采用激光加工方法進(jìn)行打孔。本文綜述了國(guó)內(nèi)激光加工技術(shù)在拉絲模打孔工藝中的發(fā)展?fàn)顩r,重點(diǎn)介紹激光打孔技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)、加工步驟,并對(duì)激光技術(shù)的近期發(fā)展進(jìn)行了展望。1精密激光打孔機(jī)國(guó)內(nèi)于1965年5月激光打孔機(jī)成功地用于金剛石拉絲模打孔生產(chǎn),獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。后來(lái)運(yùn)用到聚晶金剛石拉絲模的壓縮區(qū)、定徑區(qū)的加工。用紅寶石激光器在金剛石拉絲模上打孔不僅效率高,而且錐形邊比較平滑,模具正反面的錐形同心度好。80年代采用調(diào)Q方法產(chǎn)生高峰值功率窄脈寬的激光脈沖可以打出Φ0.1mm深5mm小孔。激光加工拉絲模具的飛躍是在90年代,開(kāi)始運(yùn)用YAG物質(zhì)(釔鋁石榴石)并采用連續(xù)式的帶微機(jī)處理器。通過(guò)事先編制的?？壮绦蜉斎腚娔X,即能自動(dòng)完成整個(gè)模孔的粗加工,大大簡(jiǎn)化了制模工藝,保證了?？椎母鞣N需要的標(biāo)準(zhǔn)形狀。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外激光打孔機(jī)整機(jī)水平處在一個(gè)迅速發(fā)展的階段,激光器輸出功率逐漸提高,脈沖寬度越來(lái)越窄,頻率范圍越來(lái)越寬,其他參數(shù)也越來(lái)越朝著有利于打孔的方向發(fā)展。導(dǎo)光系統(tǒng)和激光打孔機(jī)控制部分的柔性不斷提高,使得打孔范圍不斷擴(kuò)大。王瑞雪通過(guò)分析激光器的加工參數(shù)、?？壮尚畏椒?、光路系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)等,設(shè)計(jì)了聚晶金剛石拉絲模用精密激光加工系統(tǒng)。針對(duì)影響打孔直徑大小的加工工藝參數(shù)—頻率、電流和層厚采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,通過(guò)方差分析得出影響打孔直徑因素的主次順序?yàn)?電流>頻率>層厚,得到拉絲模激光加工孔徑范圍為0.05～0.06mm。2激光鉆孔工藝一束能量密度極高的激光束照射到加工零件表面上,部分光能即被表面吸收并轉(zhuǎn)化成熱能。照射斑點(diǎn)處,能量密度高達(dá)108～106W/cm2,能產(chǎn)生104℃以上的高溫,在這樣的高溫下,材料很容易被熔化或氣化升華,在這期間材料的氣化物夾帶著熔化物噴濺而出,同時(shí)伴隨著爆炸和沖擊,于是在被加工零件上形成孔洞,即激光打孔。由于激光加工是高能密度熱加工,加工后零件表面有零件材料的微層,還需精修,所以,激光打孔多用于拉絲模的粗加工。在利用激光加工精密微孔時(shí),為了提高被加工孔的質(zhì)量,要求激光束經(jīng)過(guò)聚焦后具有非常小的光斑直徑和較高的能量密度。根據(jù)所加工的拉絲模孔形、孔徑尺寸和制作工藝要求,確定系統(tǒng)加工處所需的激光光斑直徑。聚焦后的光斑直徑可按該公式進(jìn)行計(jì)算。式中:M2為激光束的質(zhì)量因子;d為焦平面處光斑直徑;λ為激光波長(zhǎng);?為焦距;D為透鏡入射光束直徑。3激光穿孔的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法相比,激光打孔具有如下的優(yōu)點(diǎn):3.1高效能激光器由于激光打孔是用高能激光束對(duì)材料進(jìn)行瞬時(shí)作用,作用時(shí)間只有10-3～10-5s,因此激光打孔速度非?？?。將高效能激光器與高精度的機(jī)床系統(tǒng)配合,通過(guò)微處理機(jī)進(jìn)行程序控制,可以實(shí)現(xiàn)高效率打孔。在相同的工件上激光打孔與電火花打孔及機(jī)械鉆孔相比,效率提高10～1000倍。3.2熱壓加工激光打孔不受材料的硬度、剛性、強(qiáng)度和脆性等機(jī)械性能限制,用高能量密度的熱能進(jìn)行加工,幾乎能在所有的材料上打孔。它既適于金屬材料,也適于一般難以加工的非金屬材料。3.3機(jī)械變形,易斷鉆頭激光打孔是非接觸加工,降低了機(jī)械加工慣性和機(jī)械變形,不存在工具損耗及機(jī)械鉆微孔時(shí)易斷鉆頭等問(wèn)題,對(duì)工件幾乎無(wú)作用力。所以能在易變形的工件上打孔,且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)操作。3.4激光加工區(qū)域和影響因素激光能聚焦成極細(xì)的光束,聚焦直徑可至0.3mm,能加工細(xì)而深的小孔。激光加工過(guò)程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,對(duì)非激光照射部位沒(méi)有影響或影響極小。因此,其熱影響區(qū)小,工件熱變形小,后續(xù)加工量小。在小孔加工中,深徑比是衡量小孔加工難度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。3.5靈活的加工方法由于激光束易于導(dǎo)向、聚集、實(shí)現(xiàn)作各方向變換,極易與數(shù)控系統(tǒng)配合,對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工,因此是一種極為靈活的加工方法。激光打孔機(jī)可以和自動(dòng)控制系統(tǒng)及微機(jī)配合,加工方便。3.6頭切削決別針激光打孔時(shí),由于激光可以在空中傳輸,即使孔的斜度很大,也能輕易成孔。傾斜面上的小孔加工的主要問(wèn)題是鉆頭入鉆困難,鉆頭切削刃在傾斜平面上單刃切削,兩邊受力不均,產(chǎn)生打滑難以入鉆,甚至產(chǎn)生鉆頭折斷。而激光卻特別適合于加工與工件表面成6°～90°角的小孔,即使是在難加工材料上打斜孔也不例外。另外,由于激光打孔過(guò)程與工件不接觸,因此加工出來(lái)的工件清潔,無(wú)污染。因?yàn)檫@種打孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過(guò)程,它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機(jī)械穿孔帶來(lái)的殘?jiān)?因而十分衛(wèi)生。4激光鉆孔加工的必要性激光打孔是利用脈沖激光所提供的高功率密度以及優(yōu)良的空間相干性,使工件被照射部位的材料汽化蒸發(fā),進(jìn)行金屬等硬質(zhì)材料的打孔。激光打孔在激光加工中歸類于激光去除,也叫蒸發(fā)加工。其作用過(guò)程大體分為如下幾個(gè)階段:激光束照射工件材料,工件材料吸收光能;光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁构ぜ牧蠠o(wú)損加熱;工件材料被熔化、蒸發(fā)、汽化并濺出、去除或破壞;作用結(jié)束與加工區(qū)冷凝。激光打孔的過(guò)程是一個(gè)激光和物質(zhì)相互作用的熱物理過(guò)程,存在多種不同的能量轉(zhuǎn)換,包括反射、吸收、汽化、再輻射和熱擴(kuò)散等,它是由激光光束特性如激光的波長(zhǎng),脈沖寬度,脈沖功率、聚焦?fàn)顟B(tài)等和物質(zhì)諸多的物理特性決定的,因此,影響激光打孔的因素很多。為了獲得高質(zhì)量的微孔,應(yīng)根據(jù)激光打孔的一般原理和特點(diǎn),對(duì)影響激光打孔質(zhì)量的主要參數(shù)進(jìn)行分析和了解。激光打孔技術(shù)是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù),同時(shí)也是目前激光加工應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一