拉丝模

技术领域

本公开涉及拉丝模。本申请要求基于2020年8月24日申请的日本专利申请特愿2020-140863号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照被援引到本说明书中。

背景技术

以往，拉丝模例如公开于日本特开平2-6011号公报(专利文献1)、日本特开平2-127912号公报(专利文献2)、日本特开平4-147713号公报(专利文献3)、国际公开第2013/031681号公报(专利文献4)、日本特开2014-34487号公报(专利文献5)、以及日本特开昭56-98405号公报(专利文献6)中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-6011号公报

专利文献2：日本特开平2-127912号公报

专利文献3：日本特开平4-147713号公报

专利文献4：国际公开第2013/031681号公报

专利文献5：日本特开2014-34487号公报

专利文献6：日本特开昭56-98405号公报

发明内容

本公开的拉丝模是由非金刚石材料构成、设置有模孔、并且具有压缩区(reduction)和位于压缩区的下游侧的定径区(bearing)的拉丝模，压缩区中的模孔的开口角度即压缩区角度为17°以下，在与拉丝方向垂直的模孔的圆周方向上，从定径区内的特定位置开始

±20μm的范围内的模孔的表面粗糙度Ra为0.025μm以下。

附图说明

[图1]图1是根据实施方式的拉丝模的剖面图。

[图2]图2是沿着图1中的II-II线的剖面图。

[图3]图3是用于说明定径区1d内的表面粗糙度的测定方法的图。

[图4]图4是示出模孔1h和填充于模孔1h内的复制品(replica)

300的剖面图。

具体实施方式

[本公开所要解决的课题]

在以往的拉丝模中，要求寿命的提高。

[本公开的实施方式的说明]

首先列举本公开的实施方式并进行说明。

本公开的拉丝模是由非金刚石材料构成、设置有模孔、并且具有压缩区和位于压缩区的下游侧的定径区的拉丝模，压缩区中的模孔的开口角度即压缩区角度为17°以下，在与拉丝方向垂直的模孔的圆周方向上，从定径区内的特定位置开始±20μm的范围(合计40μm的范围)内的模孔的表面粗糙度Ra为0.025μm以下。

作为非金刚石材料，具有CBN、或者选自由钛、硅、铝以及铬组成的组中的至少一种的氮化物或碳化物。

CBN可以是不存在结合材料的无粘合剂CBN，也可以是存在粘合剂的CBN。作为非金刚石材料，可以是CBN和压缩型hBN(六方氮化硼)的混合物。这里，“压缩型六方氮化硼”表示晶体结构与通常的六方氮化硼相似，c轴方向的面间距比通常的六方氮化硼的面间距(0.333nm)小的六方氮化硼。

模孔的与拉丝方向垂直的剖面通常为圆形。但是，该剖面也可以是方形的。

拉丝模从上游侧起依次具有钟形口区(bell)、变形区(approach)、压缩区、定径区、出口角区(back relief)以及出口区(exit)。

压缩区中的模孔的开口角度即压缩区角度为17°以下。在平行于拉丝方向的模孔的剖面图中，在压缩区的直径RD为1.050D的部分的两个侧面绘制2条第一切线，将2条第一切线所成的角度设为压缩区角度。当压缩区角度超过17°时，拉丝模的寿命缩短。更优选地，压缩区角度为6°以上15°以下。

在与拉丝方向垂直的模孔的圆周方向上，从定径区内的特定位置开始±20μm的范围内的表面粗糙度Ra为0.025μm以下。当该表面粗糙度超过0.025μm时，线材的表面粗糙度劣化，寿命缩短。优选地，表面粗糙度Ra为0.005μm以上0.025μm以下。

优选地，在将定径区的直径设为D时，定径区的长度为200％D以下。当将定径区的长度设为200％D以上时，定径区变长，寿命有可能降低。需要说明的是，“有可能”表示变成那样的可能性较低，并不意味着以高概率变成那样。

优选地，减面率为5％以上。当减面率超过5％时，定径区有可能容易磨损。减面率根据(拉丝前的线材的截面积－拉丝后的线材的截面积)/(拉丝前的线材的截面积)×100求出。

优选地，模在压缩区中与母线材初始接触，并且在包含定径区的50％D以上的长度中与线材接触。在这种情况下，可以更可靠地在定径区中加工线材。

优选地，拉丝模的热导率为100至300W/(m·K)。在这种情况下，可以容易地使拉丝模中因与线材摩擦而产生的热量逸散到外部。

CBN模的形状规格如果没有适当地设定，则模寿命会因机械磨损而显著缩短。CBN的努氏硬度为40-50GPa左右，只有金刚石(70-130GPa)的一半左右，在机械磨损方面存在不利的弱点。因此，通过将压缩区形状等设定在适当的范围内，能够防止模面压变得过高，从而抑制机械磨损。

CBN模与金刚石模相比，模内面容易产生瑕疵，如前所述，影响拉丝后的线品质的CBN的硬度低，因此在进行内面研磨时产生模内面瑕疵，对拉丝后的线材品质有很大影响。

本公开的拉丝模通过解决上述课题而具有长寿命。

图1是根据实施方式的拉丝模的剖面图。如图1所示，根据实施方式1的拉丝用的模1具有模孔1h。模1从上游侧起依次具有钟形口区1a、变形区1b、压缩区1c、定径区1d、出口角区1e以及出口区1f。

钟形口区1a位于模孔1h的最上游侧。限定钟形口区1a的模孔1h的侧面的切线12a、13a所成的角度α为钟形口区角。钟形口区1a相当于待被拉丝的线材和润滑材料的入口。

变形区1b设置在钟形口区1a的下游。在钟形口区1a与变形区1b的边界处，模孔1h的斜率可以连续地变化，也可以非连续地变化。限定变形区1b的模孔1h的侧面的切线12b、13b所成的角度β为变形区角。

压缩区1c设置在变形区1b的下游。在变形区1b与压缩区1c的边界处，模孔1h的斜率可以连续地变化，也可以非连续地变化。限定压缩区1c的模孔1h的侧面的角度γ为压缩区角。

定径区1d设置在压缩区1c的下游。在压缩区1c与定径区1d的边界处，模孔1h的斜率可以连续地变化，也可以非连续地变化。限定定径区1d的模孔1h的直径D是恒定的。定径区1d为圆筒状。定径区1d是模孔1h中孔径最小的部分。

出口角区1e设置在定径区1d的下游。在定径区1d与出口角区1e的边界处，模孔1h的斜率可以连续地变化，也可以非连续地变化。限定出口角区1e的模孔1h的侧面的角度θ为出口角区角。

出口区1f设置在出口角区1e的下游。在定径区1d与出口角区1e的边界处，模孔1h的斜率可以连续地变化，也可以非连续地变化。限定出口角区1e的模孔1h的侧面的角度φ为出口区角。

在将压缩区1c的直径设为RD时，在RD与D之间，D＜RD≤1.050D的关系成立。因此，具有上述关系的直径RD的部分为压缩区1c。压缩区1c的截面积超过定径区1d的截面积的100％且为110％以下。

定径区1d的长度为L。在L与D之间，0＜L≤200％D的关系成立。

为了测定钟形口区1a、变形区1b、压缩区1c、定径区1d、出口角区1e以及出口区1f的形状，在模孔1h中填充转印材料(例如，Struers K.K.制、RepliSet)，制作转印有模孔1h的形状的复制品。将该复制品在包含中心线1p的平面上切断，得到图1的模孔1h那样的模孔1h的剖面图。基于该剖面图，可以测定各部位的形状。在定径区1d的直径充分大的情况下，通过使转印了模孔1h的复制品弹性变形，可以将其从模孔1h拔出。在定径区1d的直径较小、即使使复制品弹性变形也无法将复制品从模孔1h拔出的情况下，在出口区1f附近切断复制品，使用复制品再生除出口区1f以外的部分的形状。进一步，在模孔1h中填充转印材料以制作复制品，在钟形口区1a附近切断该复制品，使用复制品再生除钟形口区1a以外的部分的形状。通过使它们合体，可以得到模孔1h的剖面。

在测定压缩区角γ时，在模孔1h的剖面图中，在压缩区1c的基准点11c(RD＝1.050D的部分)处在两侧面上绘制切线12c、13c，并将2条切线12c、13c所成的角度设为压缩区角γ。

[本公开的实施方式的详细情况]

(实施例1)

(BL(无粘合剂)CBN模的基础拉丝评价)

为了确认根据模材料的不同而产生的性能，准备了下述3种相同形状的模并进行了评价。

模材料

准备了A.单晶金刚石模、B.无粘合剂PCD模、C.CBN模这3种。CBN模包含99质量％以上的CBN和小于1质量％的hBN。该组成通过以下方法测定。CBN模中的立方氮化硼、压缩型六方氮化硼以及纤锌矿型氮化硼的含有率(体积％)可以通过X射线衍射法测定。具体的测定方法如下所述。用金刚石磨石电沉积线将CBN模切断，将切断面作为观察面。

使用X射线衍射装置(Rigaku公司制造的“MiniFlex600”(商品名))，得到CBN模的切断面的X射线光谱。此时的X射线衍射装置的条件例如如下所示。

特征X射线：Cu-Kα(波长0.154nm)

管电压：45kV

管电流：40mA

滤光器：多层镜

光学系统：集中法

X射线衍射法：θ-2θ法。

在得到的X射线光谱中，测定下述的峰强度A、峰强度B及峰强度C。

峰强度A：从衍射角2θ＝28.5°附近的峰强度(X射线光谱的衍射角2θ＝28.5°的峰强度)中去除背景而得的压缩型六方氮化硼的峰强度。

峰强度B：从衍射角2θ＝40.8°附近的峰强度(X射线光谱的衍射角40.8°的峰强度)中去除背景而得的纤锌矿型氮化硼的峰强度。

峰强度C：从衍射角2θ＝43.5°附近的峰强度(X射线光谱的衍射角2θ＝43.5°的峰强度)中去除背景而得的立方氮化硼的峰强度。

压缩型六方氮化硼的含有率通过计算峰强度A/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值而得到。纤锌矿型氮化硼的含有率通过计算峰强度B/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值而得到。立方氮化硼多晶体的含有率通过计算峰强度C/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值而得到。由于压缩型六方氮化硼、纤锌矿型氮化硼以及立方氮化硼都具有相同程度的电子重量，因此可以将上述X射线峰强度比视为CBN模中的体积比。如果知道各自的体积比，则可以根据压缩型六方氮化硼的密度(2.1g/cm

CBN的结晶粒径D50为200至300μm。D50是指将粒子从某个粒径分为2个部分时，大的一侧与小的一侧成为相等个数的直径。

D50如下测定。利用线放电加工和金刚石磨石电沉积线等切断CBN模，在切断面上进行离子铣削。使用SEM(日本电子株式会社制造的“JSM-7500F”(商品名))观察CP加工面上的测定部位，得到SEM图像。测定视野的尺寸设为12μm×15μm，观察倍率设为10000倍。在将测定视野内观察到的晶粒的晶界分离的状态下，使用图像处理软件(Win Roofver.7.4.5)，计算各晶粒的长宽比、各晶粒的面积、以及晶粒的圆当量直径的分布。利用其结果计算D50。

模形状(模A～C均相同)

压缩区角度γ：13度(开口角：以下压缩区的角度全部记载为开口角)

定径区1d长度L：30％D

模孔1h直径D：0.18mm(减面率设定为16％)

定径区1d的圆周方向长度40μm范围内的表面粗糙度Ra：0.015μm

定径区1d的表面粗糙度Ra如下测定。

已知定径区1d的表面粗糙度Ra由研磨定径区1d的工具和研磨条件决定。准备相同材质和尺寸的第一和第二模。在相同的研磨工具和研磨条件下研磨第一和第二模。由此，第一和第二模的定径区1d具有相同的表面粗糙度Ra。需要说明的是，作为研磨方法，有使用研磨针和游离磨粒的超声波研磨、利用激光加工的研磨等。

为了观察第一模的模孔1h的剖面形状，利用平面磨床从侧面一侧对模1进行磨削，磨削模孔直径D的50％以上。

图2是沿着图1中的II-II线的剖面图。在图2中，用虚线表示磨削前的模的形状。模孔1h的磨削量为到点501中心线1p为止的距离50％D以上。从中心线1p到点502的距离为50％D以下。

利用醇类等对露出的模孔1h进行脱脂、清洗，除去定径区1d的污垢。测定使用以下装置。

测定装置：Olympus Corporation制造的MEASURING LASER MICROSCOPE OLS4000

图像尺寸(像素)：1024×1024

图像尺寸：258×258μm

扫描模式：XYZ高精度+彩色

物镜：MPLAPONLEXT×50倍

DIC：关闭

变焦(zoom)：×1

评价长度：40μm

截止λc：8μm

滤光器：高斯(Gaussian)

分析参数：粗糙度参数

倍率：×100

截止：8μm

使用上述测定装置，根据上述摄影条件拍摄包含表面粗糙度测定部的图像。此时，在因瑕疵等而导致图像不反射的范围内获取尽可能明亮的图像。在图像拍摄时，将模磨削面1z设置成与显微镜平行。

图3是用于说明定径区1d内的表面粗糙度的测定方法的图。使所拍摄的图像显示在画面上，在距图3的模孔1h的两端的壁面31、41等距离的位置处绘制线1y。该线1y与模孔1h的中心线1p大致一致。

示出垂直于线1y的方向的线101。线101的位置处的模孔1h的内周面(构成垂直于中心线1p且包含线101的平面的圆)的形状表示为圆弧曲线201。

使线101(例如)沿着箭头110所示的上方向平行移动至线102的位置。随之，线102的位置处的模孔1h的内周面(构成垂直于中心线1p且包含线102的平面的圆)的形状表示为圆弧曲线202。圆弧曲线202的半径大于圆弧曲线201的半径。

使线101(例如)沿着箭头120所示的下方向平行移动至线103的位置。随之，线103的位置处的模孔1h的内周面(构成垂直于中心线1p且包含线103的平面的圆)的形状表示为圆弧曲线203。圆弧曲线203的半径小于圆弧曲线201的半径。这样，使线101沿着箭头110所示的上方向和箭头120所示的下方向移动，显示各位置的内周面，寻找圆弧曲线的半径最小的位置，即圆弧曲线最高的位置。该位置是定径区1d。

与定径区1d的线104对应的圆弧曲线204表示定径区的内周面的形状。

以圆弧曲线204的底部(在图2中为104与线1y的交点210)为基准，将左右20μm(合计40μm)的范围设定为粗糙度测定范围，将该范围内的表面粗糙度Ra设为定径区1d的表面粗糙度。

第一模和第二模具有相同的定径区1d的表面粗糙度Ra，使用第二模进行拉丝加工。

拉丝条件

线材：SUS316L

线速：500m/分钟

润滑：油性

拉丝距离：30km

结果如表1所示。

[表1]

在表1中“寿命”的判断中，将拉丝后的线材的表面粗糙度Ra为0.100μm以上的时间点判断为寿命。

“环磨损”表示模的内周面的压缩区1c附近呈环状磨损。

环磨损的大小通过以下方法确定。在模孔1h中填充转印材料(例如，Struers K.K.制、RepliSet)，制作转印了模孔1h的形状的复制品。将该复制品在包含中心线1p的平面上切断，得到图1的模孔1h那样的模孔1h的剖面图。图4是示出模孔1h和填充在模孔1h中的复制品300的剖面图。如图4所示，复制品300具有沿着模孔1h的形状。在复制品300的外表面转印有模孔1h的内表面的形状。在压缩区1c形成有环磨损304a、304b。利用透射显微镜拍摄复制品300，使用图像分析软件(WinRoof、ImageJ等)计算环磨损304a、304b的面积，将较大的面积作为环磨损的结果。在图4中，在复制品300的左右形成有环磨损304a、304b，但是计算环磨损304a、304b的面积，以面积大的一方为结果。将由连接环磨损304a的上端301和下端302的直线以及棱线303包围的部分的面积设为环磨损304a的面积。在该面积为50μm

“线径变化量”表示拉丝开始时的拉丝后的线材线径与先达到寿命或30km拉丝后的任一者的拉丝后的线材线径之差。

“偏磨损”表示定径区1d变形为除圆形以外的形状。单晶金刚石的磨损取决于单晶金刚石的面取向。因此，在某个方向上容易磨损，而在其他方向不易磨损。其结果，产生偏磨损。由于无粘合剂PCD和CBN是多晶体，因此在所有方向上都以相同的方式磨损，因此不会产生偏磨损。

对于无粘合剂PCD和CBN而言，“拉拔力”是拉丝30km时的拉拔力相对于拉丝15km时的拉拔力的增加比例。对于单晶金刚石而言，“拉拔力”是拉丝20km时的拉拔力相对于拉丝15km时的拉拔力的增加比例。

“线材表面粗糙度Ra”是表示先达到寿命或拉丝30km后的任一者的线材表面的粗糙度Ra。Ra由JIS B 0601(2001)定义，通过Olympus Corporation制造的MEASUREING LASERMICROSCOPE OLS4000测定。

单晶金刚石模在拉丝20km的时间点，线材表面粗糙度劣化，达到寿命。观察拉丝后的模具时可推测，偏磨损和环磨损剧烈进行，模内面产生凹凸，该凹凸被转印到线材上，模达到寿命。

无粘合剂PCD的模在拉丝15km的时间点产生环磨损。在拉丝30km的时间点，在3种模中环磨损最深。另外，还可以确认由于环磨损的进行，拉拔力增加了10％左右，推测容易发生断线。

CBN模即使拉丝30km，环磨损也明显少于其他模，几乎看不到线径和拉拔力的变化，具有良好的拉丝性能。

(实施例2)

(无粘合剂CBN模形状依赖性的基础评价)

为了比较因模材料的不同而产生的形状依赖性，准备了下述模并进行了评价。除拉丝评价条件和压缩区角度以外的规格与实施例1相同。

模材料

准备了与实施例1相同的A.单晶金刚石模、B.无粘合剂PCD模、C.CBN模这3种。CBN模包含99质量％以上的CBN和小于1质量％的hBN。CBN的结晶粒径D50为200至300μm。

模形状(模A～C均相同)

压缩区角度：18度

定径区1d长度：30％D

定径区1d的圆周方向长度40μm范围内的表面粗糙度Ra：0.015μm

模孔1h直径D：0.18mm(减面率设定为16％)

拉丝条件

线材：SUS316L

线速：500m/分钟

润滑：油性

结果如表2所示。

[表2]

由于CBN模在13km处达到了寿命，因此在该时间点中断了评价。与压缩区角度为13°时不同，CBN模的寿命最短。

可以确认单晶金刚石和无粘合剂PCD模产生了环磨损。另一方面，CBN模虽然没有产生环磨损，但是从压缩区1c到定径区1d的内表面非常粗糙，并且线径扩大量也比其他的金刚石模大。因此，虽然不论形状如何均具有抑制环磨损的效果，但是由于与金刚石相比硬度相对较低，因此认为在面压容易上升的高角度的模中无法充分发挥性能。

(实施例3)

研究了在使压缩区角度变化时的CBN模的性能。

拉丝条件

模孔尺寸：80μm

线材：SUS316L

拉丝距离：60km

线速：500m/分钟

反张力：5cN

模规格：参照表3

模材料：仅CBN模。CBN模包含99质量％以上的CBN和小于1质量％的hBN。CBN的结晶粒径D50为200～300μm。

进行了与实施例1同样的测定。结果如表3所示。

[表3]

关于寿命，将模编号4的寿命设为1，将寿命为1以上设为A，将寿命为0.8以上且小于1设为B，将寿命小于0.8设为C。

“定径区表面粗糙度Ra”与实施例1和2同样，是定径区1d的圆周方向长度40μm范围内的表面粗糙度Ra。

关于拉丝结果，将线性变化量为0.5μm以下设为合格，将线材粗糙度Ra为0.05μm以下设为合格，将真圆度为0.3μm以下设为合格，如果寿命为A或B则设为合格，综合来说，如果这4个项目全部为合格，则作为拉丝模设为良品(合格)。

为了鉴定由于CBN模的形状的不同而产生的拉丝性能，对于压缩区角度设定5个条件进行了实验，结果显示：在压缩区角度为17度以下的情况下，难以产生环状的模磨损，线材表面粗糙度、真圆度、线径变化量倾向于变小。

另一方面，在压缩区角度超过17度的情况下，环磨损和定径区磨损的进行急剧加快，产生线材表面粗糙度的劣化和线径的扩大等问题。根据以上的结果，作为CBN模，推荐适当的压缩区角度为17度以下。

(实施例4)

研究了使定径区长度发生变化时的CBN模的性能。

准备了表4所示的定径区长度的CBN模，在与实施例3同样的条件下进行了拉丝试验。结果如表4所示。

[表4]

关于寿命，将模编号4的寿命设为1，将寿命为1以上设为A，将寿命为0.8以上且小于1设为B，将寿命小于0.8设为C。

合格标准与实施例3相同。

在定径区长度小于400％D的情况下，即使进行拉丝也几乎不产生环磨损，线材品质(线径变化、粗糙度、真圆度)也保持良好的状态。

在定径区长度为400％D的情况下，线材品质良好，但是显示出稍稍容易发生断线等的倾向。但是，通过降低线速而成为良好的拉丝性(无断线)。根据以上的结果，CBN模的定径区在200％D以下的情况下发挥最佳性能。

(实施例5)

研究了CBN模的模孔1h中的初始表面粗糙度对拉丝性能的影响。研究了使定径区长度发生变化时的CBN模的性能。

准备了表5所示的定径区长度的CBN模，在与实施例3同样的条件下进行了拉丝试验。结果如表5所示。

[表5]

关于寿命，将模编号4的寿命设为1，将寿命为1以上设为A，将寿命为0.8以上且小于1设为B，将寿命小于0.8设为C。合格标准与实施例3相同。

初始模内面粗糙度对拉丝时的线径变化量和真圆度没有较大影响。另一方面，判明了初始模粗糙度对线品质有很大影响。根据以上，模内面粗糙度Ra优选为0.025μm以下。

应当理解，本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是上述实施方式表示，并且意图包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

符号的说明

1模、1a钟形口区、1b变形区、1c压缩区、1d定径区、1e出口角区、1f出口区、1h模孔、1p,1y中心线、101,102,103,104线、1z模磨削面、11a,11b,11c基准点、12a,12b,12c,13a,13b,13c切线、31,41壁面、110,120箭头、201,202,203,204圆弧曲线、210交点、501,502点。