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1 超聲波拉絲 -簡介

  超聲波拉絲(ultrasonic wire drawing)
  在被超聲波振動的拉絲模中拉拔金屬絲的工藝。超聲波頻率為6~60kHz,常用20kHz。超聲波拉絲的目的在於降低拉拔力以及具有由此產生的一系列優點。超聲波拉絲與超聲波清洗、超聲波焊接、超聲波探傷和超聲波測距等一樣,是超聲波技術在工業中的一種應用。超聲波拉絲工藝大都限於用來拉拔難拉的金屬絲;用於大規模生產的銅、鋁和鋼絲的拉拔尚待開發。

2 超聲波拉絲 -拉絲方式

  超聲波拉絲有兩種方式:(1)把拉絲模和金屬絲都浸泡在拉絲的潤滑冷卻液中,對此液體施加振動;(2)拉絲模和金屬絲都處於空氣中,在拉絲過程中對它們施加振動。前者振動的能量通過液體介質傳遞到變形區,中間損失很大。然而加振的液體排除了堆集並堵塞於模口的粘膠狀物(由金屬絲表面脫落的金屬灰和潤滑液混和而成的)。新鮮而清潔的潤滑液能順利進入變形區,有利於潤滑和金屬絲表面光潔。因此,這種形式是超聲波拉絲和超聲波清洗的共同作用。后一種形式的特點是變形區的能量集中,振動效率高,是通常使用的方式。

3 超聲波拉絲 -拉絲裝置

  由拉絲和超聲振動兩個系統組成。拉絲裝置由轉動的拉絲捲筒(絞盤)和模座組成。振動系統由電振蕩發生器、機一電換能器和變幅桿組成。電振蕩發生器是將電網50Hz的交流電通過電容器、電感器和電子管線路轉變為6~60kHz的交流電;機一電換能器是用磁致伸縮的鎳或電致伸縮的陶瓷將電振蕩轉變為機械振動;變幅桿是一端粗一端細的桿件,粗端與機一電換能器相連,承接振動源傳來的振動,小端作為模座,固定拉絲模,承受拉拔力,振動通過變幅桿傳給拉絲模。在振動頻率固定並振動能量無損耗的情況下,變幅桿的作用是在截面積變小時使振動振幅變大,並因此而得名。振動發生時有頻率和振幅兩個參數。質點振動時具有能量。質點的質量大、振動的頻率高和振幅大則質點振動的能量大。振動的傳播成為波動,有波長和波幅兩個參數。振動一般以行波方式傳播,但受到某種特定的干擾時成為駐波。駐波有波節和波腹兩個特殊位置。處于波腹處的質點振幅最大,處于波節處的節點振幅最小。超聲頻率的振動在變幅桿中傳播時,桿件中具有超聲波,其波長可按振動頻率和桿件材料的彈性模量算得。桿件的長度應使桿件內產生駐波。模子作為被振動的質點應固定在波腹處或波節處。
  向拉絲模加振的方向可以有軸向、徑向和切向。常用軸向加振,此時拉絲模應放置在駐波的波腹位置上,拉絲方向與加振方向相同。用徑向加振時,則拉絲模應放置在駐波的節點上,並以模子的外圓對著振源,即拉絲方向與加振方向相垂直。

4 超聲波拉絲 -工藝特點

  超聲波拉絲的優點是可以降低拉拔力,由此可使拉拔斷線率降低,道次變形量增大,拉拔道次減少,模孔的磨損減小,從而提高模子壽命,減少金屬絲的不均勻變形,改善金屬絲的性能和表面質量,總之可提高金屬的可拉拔性。而拉拔力的降低量隨拉絲速度的提高而減小,隨對拉絲模振動功率的增大(振幅增大和頻率增大)而增大,另外隨拉絲模與拉絲捲筒間距的變化而周期性地變化。關於振動使拉拔力降低的原因,有應力疊加、摩擦效應、旋鍛效應、振動發熱和位錯貯能等幾種說法。位錯貯能說認為振動能為位錯所吸收,從而啟動位錯的外力即可降低。振動發熱說認為振動能在線材內轉化為熱能,使線材升溫,從而降低了變形抗力。旋鍛效應說解釋徑向加振時的拉拔力降低的原因是模孔直徑方向上交替發生漲縮,如同旋轉鍛造,在二壓一拉的應力狀態下,壓應力的加強使拉應力降低(見屈服條件),故拉拔力降低。由於物體受振動時內部產生振動應力,其大小同振動的頻率和振幅、被振物體的彈性模量和其中的波速等有關。於是應力疊加說認為,由於金屬的變形抗力是定值,所以線材內部有了振動應力將導致拉拔力的降低。摩擦效應說認為作軸向加振拉絲時,在振動周期中的某一段時間內。模子速度與線材速度的方向不但相同而且模速大於線速,於是線材所受摩擦力方向與拉拔力相同,從而降低拉拔力,以此解釋拉拔力降低值隨拉絲速度提高而減少的現象。

5 超聲波拉絲 -超聲波拉絲注意事項

  在拉絲過程中施加了超聲波之後, 除了實現了斷續拉絲之外, 還對金屬起到振動時效作用。但同時金屬中傳播超聲波都是在彈性範圍內, 容易使溫度升高, 降低金屬的塑性。這對變形區的金屬而言是有利的, 但對已經通過拉絲模的金屬來說是有害的。成型之後的金屬絲本身就比成型之前要細, 能承受的拉拔力也小, 施加超聲波之後很可能更容易斷絲, 這是超聲波不利的一面。在走絲速度和振動頻率不變的前提下逐漸增大振動強度, 使模具與金屬絲逐漸地能夠脫離開來, 從而實現斷續加工, 脫離的越徹底拉拔力降低的越大。但是隨著振動強度的增大, 每次變形時的變形量也就越大, 由於受到金屬塑性變形極限的限制, 所以拉拔力的降低也不是隨著振動強度的增加而無限制的增加。
  超聲波拉絲的缺點與不足還有:只在低速拉絲時拉拔力才明顯降低,對要求高生產率不利;消耗的振動能大於節約的拉拔能;存在刺耳的雜訊;增加了操作的複雜性。
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