河南机电高等专科学校毕业设计/论文
绪 论
铜材料在外界温度下总是有一个残留的氧化膜，而这一氧化膜是当铜线进入热杆轧制阶段时，在高温的、连续铸造的铜杆上形成的。氧化膜具有一定的危害，因为它们会在拉丝过程中导致很多缺陷，如：使拉丝膜过度磨损、可焊性变差、搪瓷膜和裸导体之间的附着力变弱等。
拉线模是生产线材的重要工具，是实现正常的连续拉伸，保证拉伸制品质量的关键。要使拉线获得高质量的拉伸制品，不仅取决于原材料以及拉线模本身的材质，还取决于模子的孔型设计和使用时的其它配合条件。目前，随着高速拉丝机的广泛应用，拉线模的使用在拉丝过程中具有相当重要的作用。
在实际的铜拉丝生产过程中，使用的拉丝润滑剂有多种，它们的性能相差很大，严重影响线材的质量，因此为了提高线材质量，节约成本，合理选择和正确使用拉丝润滑剂显得格外重要。
为达到以上目的，就要求润滑剂油基稳定，乳化性好，具有优良的润滑性、冷却性和清洗性，易于把铜粉末过滤与沉淀，在整个生产过程中始终保持最佳的润滑状态，以便形成一层能承受高压力而不被破坏的薄膜，降低工作区的摩擦力，提高拉丝质量。各种不同的润滑剂具有不同的优缺点，其使用时间要根据不同的特点来决定。
铜单线的退火是电线电缆生产过程中的重要工序之一，导线电性能、机械性能及表面质量的好坏很大程度上取决于退火的工艺及生产方式。
金属塑性变形的重要特点之一是加工硬化。随着变形程度的增加，变形浪里的所有指标，如屈服极限，强度极限和硬度都增大，而塑性指标如延伸率，断面缩减率都减少，同时还会增大电阻，导热性下降。这会对拉丝产生不良的影响。
拉线是利用材料的塑性来实现的一种机械操作。用于这种目的的机械可能是直接的或积累的，这种机械叫做拉丝机或者拉丝台，它包括一系列的固定的拉线模，在每个拉线模之间安置导轮以使导线保持一定的张力，拉丝机把导线拉过拉线模，最终的拉丝操作是由一个拉线模后面所施加的力来完成的，之后把拉过的线材收到线盘上。
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第1章 拉丝工艺及材料的选用
在外界温度下，铜线总是有一个残留的氧化膜，而这一氧化膜是当铜线进入热杆轧制阶段时，在高温的、连续铸造的铜杆上形成的。氧化膜具有一定的危害，因为它们可使裸导体之间的附着力变弱。 1.1 拉丝工艺的基本原理
1.1.1 拉制的特点
对金属线材施加拉力，使之通过模孔，以获得与模孔尺寸形状相同的制品的塑性加工方法称拉线。
拉制的特点：
拉制可以得到尺寸精确，表面光洁及断面形状复杂的制品。 拉制品的生产长度可以很长，直径可以很小，并且在整个长度上断面完全一致。
拉制能提高产品的机械性能。
拉制的缺点是：每道加工率较小，拉制道次较多，能耗大。
1.1.2 关于可拉性
材料的“可拉性”最直接的体现是拉制不同线径时的断头率。在拉制小线或微细线，或在高速拉线机，或多头拉线机，或在多工序结合连续生产的条件下，这个矛盾更为突出。要提高“可拉性”，降低拉线断头率，应从三个方面入手。
1.提高制杆的质量
这是问题之源，工序之首。首先要从工艺突破入手，并配有人工或自动监测装置，以保证在最佳的工艺参数条件下稳定操作，并辅以先进的管理方式。
2.重视拉线的辅助系统
除拉线工艺和拉线设备对“可拉性”有影响外，还应重视润滑剂及其过滤、控温和细菌性腐败；拉线模材料、几何形状和尺寸精度的问题。模子制造尺寸及其测量工具精度不够，直接影响了合理的配模而导致断
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线，这点对拉线生产尤为重要。
3.要把住拉线坯料的进厂检验和中间检验
为防患于未然，提高线的可拉性和表面质量，我们应该注意对引进线材和设备的检验，在生产过程中，工人本身和工艺人员也要注意对产品的检验，逐渐完善技术研发和工艺，这不仅保证了产品质量，还可以提高线材的利用率，降低成本。
1.2 铜材料的选用
铜杆的缺陷往往来源于连续铸造过程和轧制过程，这包括：残渣、铜氧化夹杂物、热裂、裂块、铜杆表面氧化颗粒的形成。大部分金属间化合的夹杂物都比较脆，因而引起拉丝过程中裂纹发生。
由拉丝引起的表面缺陷，往往是以拉模划痕、机械损伤、弧口凿或裂片的形式出现在裸导体的表面。这通常是由拉丝机内移动线未对准或拉丝膜炉口内铜精炼的压制力太大则形成的。
可溶于铜基体的元素 主要有Al、Fe、Ni、Sn、Zn、Ag、Cd、P等等。这些元素含量很少时，与铜形成了固溶体,对铜的加工性能和塑性影响很小，但是降低了铜的导电性能。必须注意到，这些元素与铜形成的固溶体，与铜基体相比较硬。在铸造状态不佳时，有可能形成杂质团粒聚集，影响了铜的冷加工性能。
这组元素里，P的作用最特殊，具有两重性。它在铜中固溶，会显著降低铜的导电性，但是能够脱氧，防止冷加工开裂，改善铜的机械性能。
几乎不固溶于铜基体的杂质元素主要是O、S等，它们与铜生成化合物杂质，对于铜基体的导电影响不是很大，但是所形成的脆性化合物则会明显降低铜的塑性。如果形成这种化合物团粒，则对铜杆拉丝性能的影响更加不能疏忽。因此，可以提高铜导电性能和加工性能。但是如果铜基体较纯，这种影响就会比较小。另外，含氧量高时，如果铜丝在还原性气氛中退火，会造成“氢脆”。
很少固溶于铜基体的杂质元素主要有Bi、Pb等。它们与铜形成易溶共晶，会使铜的加工性能的降低。Bi共晶还呈现出“冷脆性”，冷加工时易造成开裂。
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1.3 几种常见的断线的问题与分析
1.3.1 杯锥状断裂
杯锥状断裂是指线材断口的一端呈杯状，另一端呈尖锥状，而锥尖总是指向拉伸方向。断裂初始阶段的锥体表面有一很深、很大、很长的凹坑，这是由微气孔聚集所造成的，这表明拉力相对较大。圆形凹坑的一端全部指向一个方向——断裂端空心孔，这意味着该断裂部分已经收缩。断裂截面外部的剪切边缘环绕锥体，并与线材轴线成45°角，其高度由断裂处的截面收缩率所决定。
引起杯锥状断裂既有内因又有外因。内因是材料本身的缺陷，诸如：脆性、偏析、污染以及线材中氧化压铜颗粒的聚集，这是由铸锭过程中的宏观或显微颗粒引起的。由于线材中聚集着氧化颗粒及气孔，这就很容易引起杯锥状断裂。外因则是拉线模润滑不够，模孔形状不合适，以及拉线时变形度过高或过低等。拉线模中润滑液不足，往往会在线模入口处形成模损环。该模损环作为一种润滑阻碍物，会加剧拉线材与拉线模之间的摩擦。
不过有人指出在模孔形状合适时也会出现杯锥状断裂，这归因于连续运行的拉线设备滑动不够，致使拉线模前后的金属流量不相等，从而引起断裂。
杯锥状断裂的形成分为三个阶段： 1.气孔的形成；
2.气孔聚集形成显微裂缝； 3.显微裂缝增加以至断线。
显微裂缝的形成，要么是气孔增加超过临界值；要么是熔渣或氧化物阻塞，其阻力超过了线材晶核的轴向流体静压力。当有足够的流体静压力对其产生影响，以及线材中存在的熔渣粒子成长并分布到一定程度时，气孔便聚集在一起形成裂缝，导致断裂，并在拉应力作用下使截面收缩加剧。裂纹在线材中的扩展，从外表面看成45°角。
内部裂纹以一定的速度扩展，因而金属在裂纹尖角旁有足够的时间流动，其结果使裂纹尖角磨圆。在此情况下，由裂纹尖角引起的应力集中虽然不是很高，但对促进新气孔的产生及增长足足有余，这种慢慢扩展的内部裂缝破坏了线材内部的晶体网格，从而导致断裂。
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杯锥状断裂形成的三个阶段，并不是在单个道次，而是在压缩瞬间形成的。
真正造成杯锥状断裂的是线模角度，它与拉力的直接关系为：在最佳线模角的情况下，拉力微乎其微。但线模角增大时，拉力也随之增大，致使被拉材料自行剪开并在线模入口处形成一变形死区。靠近线模入口的金属不是向前流动的，而是黏在线模内侧形成微型的沟槽。在过度区，通往死区的金属流量，能引起线材内部撕裂而导致杯锥状断裂。
防止杯锥状断裂的办法有两种：一是改良线材，降低变形区的流体静压力，这是因为变形程度过高或过低都会促使杯锥状断裂的形成。另一是采用角度较小及截面收缩率较大的拉线模，也可以减少杯锥状断裂的发生。
1.3.2 三角口引起的断线
三角口是指线材表面的尖角状裂缝。三角口的v形并不总是很明显，随着变形程度及模孔形状的变化，v形往往变成了圆形。有这种损伤的线材很脆，并随着不断变形而断裂。带有三角口的线材的纵向剖面经过磨光后，可以看见线材表面下的裂纹。三角口断裂面通常与线材轴向成45°角，且无截面收缩，这是线材的脆性所致。
进线不直或模孔形状不合适会引起变形不均，并产生与拉伸方向平行的过大的线材表面应力，这样便形成了与应力轴线垂直的显微裂缝，裂缝则随着不断变形而扩大。这种沿拉伸方向出现的断裂块并不扩展，而是形成尖角状表面缺陷，并最终引起断线。
在常规的线材生产中，线材表面氧化物高度集中是引起三角口的原因。由于铸锭表面空气冷凝停止所引起的氧的聚集，根据冷凝表面的分布情况以及铸造、冷凝及轧制过程，线材或多或少要受三角口的影响。
在良好的拉线条件下，是不会出现三角口的。但是当存在有物理方面的不良因素时，就会导致此缺陷。首先的模孔形状不合适，如拉线模工作区角度不对，锥角太小甚至没有，进、出口区角度也不合理。另外，因线模安置偏斜而使进线不直或被拉线材弯曲也会引起三角口。尖角状表面缺陷是由于拉线模导向装置不够长，模孔中心线与拉线中心线不重合所致，当导向装置往返运动时，线材震动加剧，引起线材断裂。因而，三角口并不是在整根线材上都有，而只是存在于某一个阶段。因此，改变铜氧化物的分布，可以避免此缺陷。
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电线电缆 拉丝工艺
