異形鋼絲的生產(chǎn)

摘? 要：異形鋼絲的生產(chǎn)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展非常重要，該文主要介紹了異形鋼絲的分類（按材質(zhì)分、按供貨狀態(tài)分、按截面形狀分）、異型鋼絲的特點(diǎn)、對(duì)原料的要求、異形鋼絲加工成形方法（模拉法、輥拉法、軋制法和軋-拉復(fù)合法）、生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)，最后提出未來(lái)異形鋼絲生產(chǎn)的4點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：異形鋼絲? 拉絲? 金屬制品? 生產(chǎn)工藝

中圖分類號(hào)：TG356.46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（a）-0062-03

鋼絲生產(chǎn)是以熱軋線材（盤條）為原料，經(jīng)過(guò)表面準(zhǔn)備、熱處理、拉拔、鍍（涂、包覆）層等四大主要工序加工而成，按成品鋼絲的不同需要，可能還需進(jìn)行扒皮、磨光等輔助工序[1]。工業(yè)上生產(chǎn)和使用的鋼絲絕大多數(shù)截面是圓形的，也一部分鋼絲的截面是非圓形的異形鋼絲。國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)能生產(chǎn)多種截面形狀的異形鋼絲，但在鋼絲尺寸精度、公差、通條性能、外觀和表面處理上仍然與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)有一定差距。

1? 異形鋼絲的分類

1.1 按材質(zhì)分

低碳鋼，中碳鋼，高碳鋼，合金鋼，不銹鋼等。

1.2 按供貨狀態(tài)分

冷拉態(tài)，退火態(tài)，輕拉態(tài)，油淬火回火狀態(tài)。

1.3 按截面形狀分

規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀。

1.3.1 規(guī)則形狀

（1）正方形鋼絲。

邊長(zhǎng)尺寸一般在0.50～8.00mm，交貨狀態(tài)可以是冷拉態(tài)、退火態(tài)的盤卷或直條。主要用于鎖鏈、工具、結(jié)構(gòu)件或小彈簧等彈性構(gòu)件。

（2）矩形鋼絲。

長(zhǎng)寬尺寸一般在0.5～10.55mm之間，多數(shù)為冷拉狀態(tài)，也有處于退火酸洗狀態(tài)。主要用于汽車軟軸、柴油機(jī)軸承大鎖簧，高速柴油機(jī)止推環(huán)、鎖環(huán)、制動(dòng)環(huán)、活塞環(huán)及渦輪葉片鎖尖等構(gòu)件。

（3）扁形鋼絲。

尺寸范圍在0.20～10.5mm之間，通常為冷拉狀態(tài)，或者是冷軋狀態(tài)。主要用于玻璃升降囂、雨刷、內(nèi)燃機(jī)組合油環(huán)、機(jī)械軟軸、模具用強(qiáng)力彈簧、螺旋卡圈金屬外套等結(jié)構(gòu)件。

（4）梯形鋼絲。

梯形鋼絲根據(jù)外形可以分為正梯形鋼絲和高梯形鋼絲。正梯形鋼絲主要用于制造如彈簧墊圈、車輛軟軸等。高梯形鋼絲主要用來(lái)制造各類彈簧，廣泛用于制造模具簧、電子設(shè)備減振簧、武器激發(fā)器簧等。

（5）六角鋼絲。

六角鋼絲常以冷拉矯直狀態(tài)供應(yīng)，主要用來(lái)制造螺母、螺栓及其他結(jié)構(gòu)件。

（6）扁鋼絲。

扁鋼絲的一個(gè)邊為直線形，另一邊為弧形，也稱為“門洞形”，主要用來(lái)制造強(qiáng)力彈簧、卡簧等。

（7）半圓形鋼絲。

半圓形鋼絲的一邊為直線形，另一邊為半圓形，主要用于制造開口銷。

1.3.2 非規(guī)則形狀

除規(guī)則形狀的異形鋼絲外都可歸類為非規(guī)則形狀鋼絲。

2? 異型鋼絲的特點(diǎn)

2.1 形狀特點(diǎn)

（1）形狀功能性。依形狀和用途不同，異型鋼絲具有如導(dǎo)向、密封、定位、穩(wěn)定等功能。

（2）免切削和節(jié)省材料。通常異形鋼絲的截面形狀和尺寸與所加工成型的零件相同或相近似，可以實(shí)現(xiàn)少切削、無(wú)切削加工，減少了金屬的消耗。

（3）高精度。異型鋼絲的尺寸精度現(xiàn)在多數(shù)能夠達(dá)到0.01mm以下，生產(chǎn)控制精度高的甚至可達(dá)到微米數(shù)量級(jí)，如生產(chǎn)的汽車刮片鋼絲、橢圓針布鋼絲等產(chǎn)品。

2.2 力學(xué)性能特點(diǎn)

異形鋼絲具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如耐腐蝕、耐疲勞、耐磨損、低松馳、高強(qiáng)度、高韌性等。當(dāng)然不同用途的異形鋼絲所需要具有的力學(xué)性能是不同的。

3? 異形鋼絲對(duì)原料的要求

異形鋼絲的原料可以是圓鋼絲，也可以是盤條，但絕大多數(shù)廠家采用的都是盤條。冶煉過(guò)程中，必須采用爐外精煉技術(shù)進(jìn)行精煉處理，使盤條中有害化學(xué)成分S、P的含量小于0.03%。生產(chǎn)重要用途異形鋼絲的盤條用鋼要采用合金化及超純凈冶煉技術(shù)，保證異形鋼絲性能滿足要求。盤條必須是通過(guò)高速軋機(jī)、控制軋制、控制冷卻生產(chǎn)的大盤重盤條，盤條表面沒(méi)有缺陷，鋼中夾雜物要嚴(yán)格控制大小及個(gè)數(shù)的多少[2]。

4? 異形鋼絲的生產(chǎn)方法

異形鋼絲的生產(chǎn)除冷加工成形之外，其他的生產(chǎn)工序（如熱處理、酸洗、涂層、拉拔及涂油包裝）與同種圓鋼絲基本相同，原則上采用同一工藝。

異形鋼絲加工成形方法分為：模拉法、輥拉法、軋制法和軋-拉復(fù)合法等[3]。

4.1 輥拉法

輥拉是金屬在兩個(gè)以上的模輥所組成的孔型內(nèi)，通過(guò)拉絲機(jī)的牽引使鋼絲向前運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生變形。在摩擦力的作用下，模輥均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入穩(wěn)定拉拔狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：輥拉變形時(shí)，金屬表面受到滾動(dòng)摩擦力小，金屬的受力狀態(tài)有利于金屬塑性變形，加工硬化慢，可以提高部分壓縮率和總壓縮率，從而減少拉拔道次，減少中間環(huán)節(jié)，不僅降低了成本，而且提高了生產(chǎn)效率。輥模拉拔時(shí)，可減少變形能耗與熱處理能耗，輥拉時(shí)變形金屬所受的摩擦為滾動(dòng)摩擦，模拉時(shí)變形金屬所受摩擦為滑動(dòng)摩擦，因此，在同樣拉拔條件下，輥拉比模拉所需功小。再加上輥拉時(shí)總壓縮率大，可減少中間熱處理次數(shù)，因而可節(jié)能降耗，大約可降低能耗25%。輥拉可減少酸洗次數(shù)且不用涂層，這是因?yàn)檩伬瓬p少了拉拔道次，提高了變形總壓縮率，中間熱處理次數(shù)減少了，提高了成材率。輥拉時(shí)所受摩擦為滾動(dòng)摩擦，摩擦力及變形熱小，因而對(duì)鋼絲表面處理工藝要求也低，生產(chǎn)時(shí)碳鋼表面不用磷化，不銹鋼不用涂層，大大節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，降低了成本。

缺點(diǎn)：模具的一次性投入資金較大，鋼絲的尺寸波動(dòng)較大。

（1）輥拉工藝流程。

冷拉圓絲→退火→酸洗→涂層→輥拉→表面尺寸檢驗(yàn)→取試樣→理化檢驗(yàn)→防銹包裝→入庫(kù)。

（2）坯料尺寸的選擇。

如果坯料尺寸過(guò)大，那么棱角易起毛刺，損傷模輥;如果坯料尺寸過(guò)小，那么坯料在孔型中會(huì)充不滿。確定坯料尺寸時(shí)，我們主要考慮成形的道次、材料的硬度、延伸性能、潤(rùn)滑等因素。

4.2 模拉法

模拉法是用硬質(zhì)合金模具把圓形坯料逐道次地進(jìn)行拉拔，直至拉拔成所需要的形狀和尺寸規(guī)格。

模拉異形鋼絲對(duì)酸洗和涂層質(zhì)量要求比較高，通常兩道次以上拉拔采用磷化+硼砂涂層。兩道次以內(nèi)拉拔可采用鍍銅或硼砂涂層。潤(rùn)滑采取導(dǎo)入或強(qiáng)制導(dǎo)入措施，以減緩不均勻變形。

模拉生產(chǎn)異形鋼絲的主要優(yōu)點(diǎn)有：鋼絲的尺寸公差范圍小;鋼絲產(chǎn)品形狀精度高;鋼絲成品的通條性能好;生產(chǎn)設(shè)備投入資金小。

模拉生產(chǎn)異形鋼絲的主要缺點(diǎn)有：模具的尖角處不容易充滿;變形過(guò)程中金屬表面受到的摩擦力比較大，殘余拉應(yīng)力也比較大，易生產(chǎn)出麻面鋼絲，嚴(yán)重時(shí)造成鋼絲表面劃傷;生產(chǎn)周期長(zhǎng);復(fù)雜截面無(wú)法生產(chǎn);制造模具的難度大。

模拉工藝流程：冷拉圓絲→熱處理→酸洗→磷化→涂硼砂→拉拔成形→表面尺寸檢驗(yàn)→取試樣→理化檢驗(yàn)→防銹處理→包裝入庫(kù)。

4.3 軋制法

異形鋼絲軋制法生產(chǎn)的最大特點(diǎn)是鋼絲在與軋輥接觸的面上只受到徑向壓力，而不受到縱向拉力，鋼絲變形量大，可提高鋼絲一次變形率[2]。

異形鋼絲冷軋，就是在常溫下進(jìn)行鋼絲的軋制，主要適用于生產(chǎn)寬厚比≤4的異型鋼絲，如梯形鋼絲、扁鋼絲、半圓形鋼絲等。

異形鋼絲熱軋是把鋼絲加熱到760℃以上進(jìn)行軋制，其目的主要是增大鋼絲的一次壓下量，解決寬厚比大于5的大規(guī)格鋼絲和生產(chǎn)問(wèn)題。鋼絲的加熱方式主要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備情況，可以采用感應(yīng)加熱鋼絲方式，也可采用電接觸加熱鋼絲方式。熱軋的技術(shù)關(guān)鍵是要解決好鋼絲的加熱和軋輥的冷卻。異形鋼絲熱軋法生產(chǎn)具有的優(yōu)點(diǎn)有：生產(chǎn)周期短;不進(jìn)行中間退火降低了能耗;鋼絲需要加熱的時(shí)間短，更不需要中間退火，生成的脫碳層薄。

4.4 軋-拉復(fù)合法

軋-拉復(fù)合法是先用軋機(jī)軋制出成品前形狀，然后通過(guò)拉拔成形來(lái)生產(chǎn)異形鋼絲的一種方法。軋-拉復(fù)合法最主要的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)中可以把部分壓縮率設(shè)定得比較大。軋-拉復(fù)合法主要適應(yīng)于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、寬厚比比較大、利用單一方法又難以生產(chǎn)的異型鋼絲。

5? 生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)

5.1 寬展

寬展是在軋制前后鋼絲的寬度變化量，影響鋼絲寬展的因素很多，如壓下量、摩擦系數(shù)、材質(zhì)、輥徑等，通過(guò)工藝試驗(yàn)，確定這些影響因素跟寬展的關(guān)系，制定合理的軋制工藝，合理地估算圓絲半成品直徑，控制成品絲尺寸精度[4]。

5.2 部分壓縮率及總壓縮率

需要合理地分配部分壓縮率以及確定鋼絲的總壓縮率，以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。通過(guò)試驗(yàn)確定不同抗拉強(qiáng)度鋼絲的部分壓縮率，制定不同規(guī)格鋼絲產(chǎn)品的合理的軋制道次數(shù)。

5.3 應(yīng)力

在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)力往往難以達(dá)到均勻分布狀態(tài)，這就需要通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)研究工作，采用添加去應(yīng)力裝置或者其他方法，達(dá)到去除應(yīng)力的效果。

5.4 鋼絲的直線性

有些鋼絲產(chǎn)品，直線性的要求比較嚴(yán)格。但在生產(chǎn)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼絲側(cè)彎的現(xiàn)象。解決鋼絲側(cè)彎的主要工藝方法有：嚴(yán)格按照熱處理工藝要求進(jìn)行熱處理操作，提高鋼絲通條均勻性;適當(dāng)增加鋼絲的直徑，鋼絲先進(jìn)行均勻退火，然后進(jìn)行輕拉工藝，再進(jìn)行軋制[2]。

5.5 鋼絲熱處理

異型鋼絲在經(jīng)過(guò)加工變形之后，力學(xué)性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，如彎曲性和延伸性能降低、抗拉強(qiáng)度上升等。為了滿足客戶對(duì)高性能鋼絲的需求，需要采用經(jīng)濟(jì)合理的熱處理生產(chǎn)工藝，保證鋼絲最終成品的高性能。

5.6 潤(rùn)滑劑

為了降低金屬料與模具之間的摩擦系數(shù)，減少接觸面之間的咬合，需要應(yīng)用一定量的潤(rùn)滑劑使變形金屬與模具之間形成一定厚度的隔離層。但是異型鋼絲的生產(chǎn)速度快時(shí)產(chǎn)生的變形熱很大，設(shè)備和鋼絲都會(huì)處于高溫狀態(tài)，它會(huì)嚴(yán)重影響軋制設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)精度，同時(shí)也影響異型鋼絲產(chǎn)品的力學(xué)性能。在生產(chǎn)前，可以選用多種潤(rùn)滑劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，認(rèn)真分析產(chǎn)品質(zhì)量，從而選擇出適應(yīng)不同材質(zhì)異型鋼絲所需要的最佳的潤(rùn)滑劑。

5.7 導(dǎo)衛(wèi)裝置

導(dǎo)衛(wèi)裝置的主要作用是正確地將鋼絲導(dǎo)入軋輥的孔型，保證異型鋼絲在軋輥的孔型中穩(wěn)定地進(jìn)行變形，得到幾何外形和尺寸符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的鋼絲，同時(shí)順利地將異型鋼絲從軋輥孔型中導(dǎo)出，防止鋼絲纏輥，也可以控制鋼絲按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的方向進(jìn)行扭轉(zhuǎn)或彎曲。導(dǎo)衛(wèi)裝置要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，如軋輥的孔型形狀、尺寸以及軋輥的配置情況，選取經(jīng)濟(jì)合理的材料，準(zhǔn)確合理地設(shè)計(jì)導(dǎo)衛(wèi)裝置的形狀和尺寸，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化部件，減少機(jī)加工量，降低生產(chǎn)成本。

6? 未來(lái)異形鋼絲生產(chǎn)的主要建議

（1）嚴(yán)格控制盤條質(zhì)量。因?yàn)樵腺|(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著鋼絲成品的質(zhì)量，必須從化學(xué)成分（尤其是碳、硫、磷）、組織（索氏體組織含量多）、尺寸精度（包括尺寸公差和不圓度）、內(nèi)在質(zhì)量（主要指盤條內(nèi)部不得有縮孔、氣泡、收縮疏松，非金屬夾雜、脫碳等缺陷）、表面質(zhì)量（主要指盤條表面應(yīng)光滑，不得有目視可見(jiàn)的折疊、裂縫、耳子、分層、結(jié)疤及夾雜等缺陷）、力學(xué)性能（主要指盤條的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷面收縮率、斷后伸長(zhǎng)率等）、盤重等方面嚴(yán)格控制盤條質(zhì)量。

（2）加強(qiáng)異形鋼絲模具的設(shè)計(jì)與加工技術(shù)的研究工作。模具直接關(guān)系到鋼絲的性能和質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本，對(duì)于異形鋼絲的生產(chǎn)具有非常重要的意義和作用。

（3）采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、輔助制造，設(shè)計(jì)制造出更多更好的異形鋼絲來(lái)代替現(xiàn)有鋼絲。

（4）加強(qiáng)大專院校、研究所、生產(chǎn)企業(yè)之間的科研合作，進(jìn)行工藝技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

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