超声波拉丝

在被超声波振动的拉丝模中拉拔金属丝的工艺

在被超声波振动的拉丝模中拉拔金属丝的工艺。超声波频率为6～60kHz，常用20kHz。超声波拉丝的目的在于降低拉拔力以及具有由此产生的一系列优点。

简介

超声波拉丝(ultrasonic wire drawing)

超声波拉丝与超声波清洗、超声波焊接、超声波探伤和超声波测距等一样，是超声波技术在工业中的一种应用。超声波拉丝工艺大都限于用来拉拔难拉的金属丝；用于大规模生产的铜、铝和钢丝的拉拔尚待开发。

拉丝方式

超声波拉丝有两种方式：(1)把拉丝模和金属丝都浸泡在拉丝的润滑冷却液中，对此液体施加振动；(2)拉丝模和金属丝都处于空气中，在拉丝过程中对它们施加振动。前者振动的能量通过液体介质传递到变形区，中间损失很大。然而加振的液体排除了堆集并堵塞于模口的粘胶状物(由金属丝表面脱落的金属灰和润滑液混和而成的)。新鲜而清洁的润滑液能顺利进入变形区，有利于润滑和金属丝表面光洁。因此，这种形式是超声波拉丝和超声波清洗的共同作用。后一种形式的特点是变形区的能量集中，振动效率高，是通常使用的方式。

拉丝装置

由拉丝和超声振动两个系统组成。拉丝装置由转动的拉丝卷筒(绞盘)和模座组成。振动系统由电振荡发生器、机一电换能器和变幅杆组成。电振荡发生器是将电网50Hz的交流电通过电容器、电感器和电子管线路转变为6～60kHz的交流电；机一电换能器是用磁致伸缩的镍或电致伸缩的陶瓷将电振荡转变为机械振动；变幅杆是一端粗一端细的杆件，粗端与机一电换能器相连，承接振动源传来的振动，小端作为模座，固定拉丝模，承受拉拔力，振动通过变幅杆传给拉丝模。在振动频率固定并振动能量无损耗的情况下，变幅杆的作用是在截面积变小时使振动振幅变大，并因此而得名。振动发生时有频率和振幅两个参数。质点振动时具有能量。质点的质量大、振动的频率高和振幅大则质点振动的能量大。振动的传播成为波动，有波长和波幅两个参数。振动一般以行波方式传播，但受到某种特定的干扰时成为驻波。驻波有波节和波腹两个特殊位置。处于波腹处的质点振幅最大，处于波节处的节点振幅最小。超声频率的振动在变幅杆中传播时，杆件中具有超声波，其波长可按振动频率和杆件材料的弹性模量算得。杆件的长度应使杆件内产生驻波。模子作为被振动的质点应固定在波腹处或波节处。

向拉丝模加振的方向可以有轴向、径向和切向。常用轴向加振，此时拉丝模应放置在驻波的波腹位置上，拉丝方向与加振方向相同。用径向加振时，则拉丝模应放置在驻波的节点上，并以模子的外圆对着振源，即拉丝方向与加振方向相垂直。

工艺特点

超声波拉丝的优点是可以降低拉拔力，由此可使拉拔断线率降低，道次变形量增大，拉拔道次减少，模孔的磨损减小，从而提高模子寿命，减少金属丝的不均匀变形，改善金属丝的性能和表面质量，总之可提高金属的可拉拔性。而拉拔力的降低量随拉丝速度的提高而减小，随对拉丝模振动功率的增大(振幅增大和频率增大)而增大，另外随拉丝模与拉丝卷筒间距的变化而周期性地变化。关于振动使拉拔力降低的原因，有应力叠加、摩擦效应、旋锻效应、振动发热和位错贮能等几种说法。位错贮能说认为振动能为位错所吸收，从而启动位错的外力即可降低。振动发热说认为振动能在线材内转化为热能，使线材升温，从而降低了变形抗力。旋锻效应说解释径向加振时的拉拔力降低的原因是模孔直径方向上交替发生涨缩，如同旋转锻造，在二压一拉的应力状态下，压应力的加强使拉应力降低(见屈服条件)，故拉拔力降低。由于物体受振动时内部产生振动应力，其大小同振动的频率和振幅、被振物体的弹性模量和其中的波速等有关。于是应力叠加说认为，由于金属的变形抗力是定值，所以线材内部有了振动应力将导致拉拔力的降低。摩擦效应说认为作轴向加振拉丝时，在振动周期中的某一段时间内。模子速度与线材速度的方向不但相同而且模速大于线速，于是线材所受摩擦力方向与拉拔力相同，从而降低拉拔力，以此解释拉拔力降低值随拉丝速度提高而减少的现象。

注意事项

在拉丝过程中施加了超声波之后, 除了实现了断续拉丝之外, 还对金属起到振动时效作用。但同时金属中传播超声波都是在弹性范围内, 容易使温度升高, 降低金属的塑性。这对变形区的金属而言是有利的, 但对已经通过拉丝模的金属来说是有害的。成型之后的金属丝本身就比成型之前要细, 能承受的拉拔力也小, 施加超声波之后很可能更容易断丝, 这是超声波不利的一面。在走丝速度和振动频率不变的前提下逐渐增大振动强度, 使模具与金属丝逐渐地能够脱离开来, 从而实现断续加工, 脱离的越彻底拉拔力降低的越大。但是随着振动强度的增大, 每次变形时的变形量也就越大, 由于受到金属塑性变形极限的限制, 所以拉拔力的降低也不是随着振动强度的增加而无限制的增加。

超声波拉丝的缺点与不足还有：只在低速拉丝时拉拔力才明显降低，对要求高生产率不利；消耗的振动能大于节约的拉拔能；存在刺耳的噪声；增加了操作的复杂性。

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