CVD金刚石涂层拉丝模温度场数值分析.

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CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用

CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用化学气相沉积(CVD)金刚石作为一种新型超硬刀具材料，为金刚石刀具的应用开辟了新的途径。

CVD金刚石刀具主要有两种类型：CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。

目前来说，CVD金刚石厚膜刀具的应用比较广泛。

一、CVD金刚石薄膜涂层刀具CVD金刚石薄膜涂层刀具是指通过CVD方法在一定温度下使金刚石沉积于某些基体(通常为K类硬质合金)刀片上的刀具，其金刚石膜厚度约为10～30μm。

CVD金刚石薄膜涂层刀具因金刚石厚度较薄，难于刃磨，前、后刀面及刃口质量较差，只适用于粗加工、半精加工和复杂形状刀具。

粗加工的切削较大，当金刚石与基体间的附着力不足以抗拒切削力的破坏时，金刚石膜就会脱落。

这种刀具加工出的工件表面粗糙度一般大于Ra0.2μm。

尽管目前国内CVD薄膜涂层刀具的应用尚处于萌芽状态，但随着CVD金刚石生长技术的提高，CVD金刚石基团颗粒的大小已经由40～50μm缩小到十几甚至几个纳米，从而出现了纳米金刚石。

如美国阿贡国家实验室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已经生长出质量良好、表面为镜面(表面最高峰与最低峰间距为15nm)、任意厚度的纳米金刚石膜，而且其涂层的附着力足够。

相信其对涂层刀具的应用有所促进。

二、CVD金刚石厚膜焊接刀具CVD金刚石厚膜焊接刀具是先把切割好的CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。

制造工艺流程：高品质的CVD金刚石膜的制备→激光切割→一次焊接成复合片→复合片抛光→二次焊接至刀体上→刃磨→检验。

下面介绍几个关键工序，如切割，焊接，抛光和刃磨等。

1.激光切割CVD金刚石膜硬度高、不导电(现已有导电型CVD金刚石，但其电阻率很大)、耐磨性极强，常规的机械加工和线切割等方法不适合于CVD 金刚石厚膜的切割。

CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用

2007年第26卷4月第4期机械科学与技术Mechanical Science and Technol ogyAp rilVol.262007No.4收稿日期:2006202228基金项目:国家自然科学基金项目(50575135)资助作者简介:曹阳珍(1969-),女(汉),江苏,工程师,硕士研究生,sunfanghong@曹阳珍C VD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用曹阳珍,孙方宏(上海交通大学机械与动力工程学院,上海　200030)摘　要:轴承支撑器是轴承精密加工中的关键部件。

本文采用热丝化学气相沉积(简称CVD)法,以丙酮和氢气为碳源,在WC2Co硬质合金轴承支撑器衬底上沉积金刚石薄膜,制备CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器,并应用于轴承的精密磨削加工。

结果表明,合理控制衬底材料的预处理和CVD沉积工艺对金刚石薄膜质量、形貌、粗糙度和薄膜与衬底间的附着力有显著影响。

与传统硬质合金轴承支撑器相比,CVD金刚石涂层轴承支撑器的耐用度和使用性能显著提高。

关　键　词:轴承支撑器;金刚石薄膜;化学气相沉积中图分类号:TG156 文献标识码:A 文章编号:100328728(2007)0420524204Fabri cati on and Appli cati on of D i a mondFil m2coated Beari n g Support I mple mentCao Yangzhen,Sun Fanghong(School of Mechanical Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai200030)Abstract:A bearing support i m p le ment is of critical i m portance in the p recisi on p r ocessing of bearings.Foll owing the hot fila ment che m ical vapor depositi on(CVD)technique,the dia mond fil m was deposited on the substrate of the WC2Co2ce mented carbide bearing support i m p le ment using acet one and hydr ogen as its reacti on gas.The dia mond fil m2coated bearing support i m p le ment thus fabricated is app lied t o the p recisi on grinding of bearings.The results show that the p retreat m ent of materials of the substrate and the CVD technique should be contr olled app r op riately because they exert re markable influence on the mor phol ogy,quality surface r oughness and adhesive f orce of the dia2 mond fil pared with the ce mented carbide bearing support i m p le ment,the dia mond2coated bearing support i m p le ment using CVD technique has much better durability and perfor mance.Key words:bearing support i m p le ment;dia mond fil m;che m ical vapor depositi on 现代轴承制造技术中不断提高轴承加工精度和效率已成为十分迫切需要解决的问题,轴承支撑器是轴承精密加工中精确定位轴承工件的关键部件,由于目前在轴承精密磨削中使用的支撑器是硬质合金材料,容易磨损,并且会在轴承表面产生划伤和沟纹,直接影响轴承的加工精度。

CVD金刚石涂层拉拔模具参数优化仿真及试验研究

With the rapid development of large-scale equipment manufacturing industry and air-conditioning refrigeration, Chinese demand for copper tubes and wires with much higher qualities increases rapidly. It must not only guarantee adequate mechanical strength and stiffness, but also have a high surface finish and dimensional accuracy. In Chinese traditional drawing area, the cemented carbide drawing dies are widely used for their low manufacturing cost. But because of the material characteristic itself, it becomes abrade easily, so it is difficult to ensure the accuracy, the quality of drawn tubes, and it may also lead the more consuming of drawing dies and the wasting of copper, accordingly restricts the improvement of the productivity and the quality of drawn products. Meanwhile, the large quantities of consumption of cemented carbide drawing dies may directly result of the wasting of the national strategy of tungsten material. Therefore, the use of diamond coating technology to research and develop the new type of CVD diamond-coated drawing dies with excellent performance( CVD diamond films have the very similar hardness with the natural diamond, the high elastic modulus, the high thermal conductivity, the good self-lubricating and chemical stability and so on) can not only substantially increases the working lifetime of drawing dies, the productivity and quality of drawn products, reduce raw material consumption and costs, but also effectively decrease the consumption of tungsten resources and promote sustainable economic development. In this paper, non-linear finite element analysis software was used to simulate copper wires with single-pass and multi-pass drawing, copper tubes with hollow sinking, fixed plug drawing and floating plug drawing. Based on the simulation results, we obtained the distribution of axial andes of drawing products and drawing dies with every drawing conditions. The optimal drawing die parameters were gained by changing the drawing parameters and analyzing the simulation results. Finally, the real drawing experiments were perform with these optimal drawing dies. It has a great significant for prolonging the working lifetime of drawing dies, improving the quality and accuracy of drawn products. The main contents of the paper are as follows: 1. Using non-linear finite element analysis software analyzed the single-pass drawing process of copper wires, and obtained the distributions of axial stress and radial stress on wires and drawing dies; Then the orthogonal experiment was used to investigate the influence of parameters (the semi-angle of drawing dies α , the radius of transition arc R , the length of bearing part L)of diamond-coated drawing dies upon the copper wires drawing process with different compressibility. Based on the range analysis and variance analysis of the simulation results, the optimal parameters of diamond-coated drawing dies were gained, as well as the influence of experiment factors upon the axial residual stress of copper wires and the maximum equivalent stress of diamond-coated drawing dies. Finally the results of application experiments showed that the working lifetime of optimal diamond-coated drawing dies could be increased by a factor of 10 compared with the cemented carbide drawing dies. 2. In order to deeply investigate the influence of drawing passes on copper wires drawing process, the nonlinear FEM software was used to simulate the whole copper wires multi-pass drawing process, and analyzed the influence of the equivalent stress, equivalent strain and residual stress of copper wires multi-pass drawing for production and multi-pass drawing by double degressive method. The simulation results showed that with the same total elongation factor, the optimization of copper wires drawing passes can reduce the wire asymmetry deformation and the residual stress, improve the quality of drawn copper wires and promote the drawing productivity. It is of great significance for the real copper wires multi-pass drawing.

HFCVD热丝

摘要随着HFCVD越来越多的成为金刚石镀膜的首选，热丝的选择也成为沉积工艺的重要环节，的本文主要简述了HFCVD金刚石镀膜中热丝的选择、优化，并通过实验分析影响热丝的主要因素，找出碳化、沉积时失败的原因。

通过参阅其他文献，提出相应可信性的建议，优化实验流程，为下次实验提供更好的实验基础。

关键词：HFCVD 热丝化学气相沉积金刚石涂层钽丝优化abstractWith HFCVD more and more become the first selection of diamond coating, the selection of the hot wire has become an important part of the deposition process, this paper has summarized the HFCVD diamond coating of hot wire selection, optimization, and through the experimental analysis of the main factors influencing the hot wire, find out the cause of the carbide, sedimentary failed.Through refer to other literature, this paper puts forward the corresponding credibility advice, optimizing the experimental process, provide better experimental basis for the next experiment.Key words: HFCVD;Hot filament chemical vapor deposition;Diamond coating;Tantalum optimization0 引言金刚石有诸多优异的性能，如硬度高、耐磨损、导热性好、热膨胀系数低等，是切削加工金属和非金属材料，以及难加工材料的理想刀具材料［3-4］。

CVD金刚石膜高速机械研磨温度场的有限元模拟

（ｃｏｌｆＭｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇＳｅｙｎｉｎｎｅｓｙＳｅｙｎ１９，ｈｎＳｈｏｏｃａｉｇｎｅｎ，ｈｎａｇＬｇｇＵｉｒｔ，ｈｎａｇ１Ｃｉａ）ａＥｉｏｖｉ１０５
ＡｓｒｃＨｇ－ｅｄｍｅｈｎｃｌｒｄｎｆｃｅｉａｖｐｒｄｐｓｉ（ＶｂｔａｔｉｈｓｅｃａｉｉｉｇｏｈｍｃｌａｏｅｏｉｏＣＤ）ｄｍｎｌｓｉａｆｃｎｐａｇｎｔｎｉｏｄｆｍｓｎｅｉｔａｉｉｅ
中图分类号Ｔ５文献标志码ＡＤＩ码Ｇ８Ｏ编１．９９ｊｉｎ１００３６／．ｓ．０６—８２２１．５０５ｓ５Ｘ．０１０．０
ＦｎｔｌｍｅｔｓｍｕａｉｎｏｈｅｅａｕｅｆｌｆＣＶＤｉｉｅｅｎｉｌｔｏｆｔｅｔｍｐｒｔｒｅｄｏｅｉ
ＣＤ金刚石膜高速机械研磨温度场的有限元模拟Ｖ
王新玲周丽黄树涛许立福
（阳理工大学机械工程学院，阳１０５）沈沈１１９
摘要
ＣＤ金刚石膜的高速机械研磨是一种高效的研磨方法，磨区域的温度场分布直接影响金刚石膜Ｖ研
ｓｏｈｅｓｏｒｉｃ．ｍｏｔｎｓｆｗｏｋｐｅｅＫｅｗｏｄｓＣＶＤｉｍｏｄｆｌｙｒｄａｎｍｓ；ｔｍｐｒｔｒｅｄ；ｍｅｈｎｉａｒｎｉｇ；ｆｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｉｅｅａｕｅｆｌｉｃａｃｌｇｉｄｎｉｉｅｅｅｎｔｏ

【国家自然科学基金】_热丝cvd_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

科研热词非晶碳金刚石膜金刚石纳米金刚石薄膜纳米引晶热丝化学气相沉积热丝温度场气相空间场数值分析掺杂金刚石薄膜外延法场发射压力 hfcvd cvd ar浓度
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
推荐指数 4 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
科研热词金刚石薄膜热丝化学气相沉积金刚石涂层温度场高钴硬质合金镶嵌铝中间层金刚石膜表面粗糙度结合力红外吸收硬质合金硝酸盐直流磁控溅射技术热沉流场模具数值分析拉丝模形核密度形核复合镀压痕化学气相沉积(cvd) tic层 ti6al4v cvd金刚石
科研热词硬质合金金刚石薄膜金刚石涂层表面预处理热丝化学气相沉积法涂层质量基体预处理化学气相沉积(cvd) 附着性能镶嵌钢铁金刚石超声振动置换去钴结合力碳源浓度硫酸铜溶液硅铝合金硅掺杂热丝化学气相沉积热丝cvd法沉积气压沉积工艺氮化硅无机非金属材料多层膜结构金刚石涂层基体预处理工艺基体温度基体与灯丝距离切削性能
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究

高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究唐庆顺;姚建盛;谢煌生;卢建湘【摘要】介绍化学气相法(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备CVD金刚石薄膜涂层拉丝模方法,并在线材的拉拔生产过程中对其性能进行了应用研究.首先,采用热丝化学气相沉积法(Hot Filament Chernical Vapor Deposition,HFCVD)在硬质合金拉丝模的内表面(内孔直径为(φ)3.8mm)沉积了高质量的CVD金刚石薄膜.并采用扫描电镜、拉曼光谱对沉积在模具内孔表面的CVD金刚石薄膜的表面形貌、薄膜质量进行了检测和评估.在实际拉拔生产线上对制备的CVD金刚石薄膜涂层拉拔模具进行了应用试验.结果表明,金刚石薄膜涂层拉丝模的工作寿命比传统硬质合金模具提高了8～10倍,并且拉制的线材具有更好的表面质量.【期刊名称】《龙岩学院学报》【年(卷),期】2010(028)005【总页数】4页(P40-43)【关键词】CVD金刚石薄膜涂层拉拔模具;热丝CVD法;拉拔加工【作者】唐庆顺;姚建盛;谢煌生;卢建湘【作者单位】龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012【正文语种】中文【中图分类】TG174.41 前言随着我国国民经济的高速发展，电线电缆加工行业对各类金属线材的需求十分巨大，如全国持牌的电线电缆企业达3000多家，每年消耗的铜、铝材数以百万吨计，电焊条、钢缆等线材的需求也十分巨大。

这些企业必备的拉丝工序每年要消耗大量的拉拔模具，因此，拉拔模是电线电缆行业生产线材的重要工具，它是实现正常的连续拉伸，保证拉拔制品质量的关键。

在传统拉拔行业中，硬质合金模具以其价格低廉而得到广泛应用。

但由于硬质合金的粘结相Co比硬质相WC的硬度低而先行磨损，致使硬质相剥落；另外硬质合金中的WC颗粒棱角尖锐也易引起快速磨损，这些因素导致了拉拔模耐磨性下降，使用寿命短等缺陷，制约了劳动生产率的进一步提高及生产成本的降低；同时，作为战略物质的钨资源的不断减少以及硬质合金和铜价格的不断上升，使得提高拉拔模具寿命、改善产品质量、节约钨和铜资源成为铜管拉拔模具急需解决的问题。

HFCVD金刚石薄膜温度场的数值研究

HFCVD金刚石薄膜温度场的数值研究
汪爱英;孙超;邹友生;黄荣芳;闻立时
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2002(38)11
【摘要】热丝化学气相沉积（HFCVD）生长金刚石膜过程中,在热丝相关工艺参数取优化值的前提下,对热辐射平衡体系中衬底表面辐照度和衬底温度的空间分布进行了模拟计算,探讨了衬底横向热传导对衬底温度分布的影响.结果表明,在绝热边界和1000K恒温边界条件下,热传导都使衬底温度的空间分布均匀性明显优于纯热辐射下的温度分布.这些计算结果为大面积高质量金刚石膜的生长进一步提供了理论基础.
【总页数】5页(P1228-1232)
【关键词】HFCVD;金刚石薄膜;温度场;数值研究;热传导;热丝化学气相沉积
【作者】汪爱英;孙超;邹友生;黄荣芳;闻立时
【作者单位】中国科学院金属研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.444;TB115
【相关文献】
1.HFCVD金刚石薄膜涂层小孔径拉丝模的制备及应用研究 [J], 王新昶;王成川;孙方宏;沈彬
2.低残余应力HFCVD硼掺杂金刚石薄膜的制备与图形化研究 [J], 赵天奇;王新昶;
孙方宏
3.HFCVD 硼掺杂复合金刚石薄膜的机械性能研究 [J], 王新昶;申笑天;孙方宏;沈彬
4.HFCVD 聚晶金刚石薄膜与 TC1对磨摩擦磨损性能研究 [J], 江范清;陈恩厚;奚杰峰;赵炯
5.HFCVD法制备金刚石薄膜影响因素的研究进展 [J], 向耿辉;邸永江;杨声平;杨号因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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http :∥ ZZHD．chinajournal．net．cn E-mail :ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化》基金项目 :国家自然科学基金 (No51075211 ; 南京航空航天大学 2010年度研究生创新基金作者简介 :黄美健 (1987— , 男 , 湖北荆门人 , 硕士 , 研究方向为表面工程技术。

CVD 金刚石涂层拉丝模温度场数值分析黄美健 , 左敦稳 , 卢文壮 , 徐锋 , 张旭辉(南京航空航天大学机电学院 , 江苏南京 210016摘要 :衬底温度是热丝化学气相沉积 (HFCVD 制备金刚石薄膜的重要参数之一 , 在拉丝模表面沉积 CVD 金刚石涂层时 , 均匀的衬底温度场显得尤为重要。

对 HFCVD 系统中制备 CVD 金刚石涂层时拉丝模衬底温度场进行数值分析 , 得到了拉丝模温度场的分布和热丝参数对衬底温度场的影响规律 ,为 CVD 金刚石涂层拉丝模的制备提供重要指导。

关键词 :热丝化学气相沉积 ; 金刚石薄膜 ; 拉丝模 ; 温度场 ; 数值分析中图分类号 :TG17文献标志码 :A 文章编号 :1671-5276(2012 02-0024-04Numerical Analysis of CVD Diamond Wire Drawing Temperature FieldHUANG Mei-jian , ZUO Dun-wen , LU Wen-zhuang , XU Feng , ZHANG Xu-hui (College of Mechanical and Electrical Engineering , Nanjing Universityof Aeronautics ＆Astronautics , Nanjing 210016, ChinaAbstract :Substrate temperature is one of the key parameters in diamond hot filament chemical vapor deposition (HFCVD ．Uniformsubstrate temperature field is even more important in diamond deposition on the interior surface of wire drawing．This paper carries out numerical analysis of the temperature field of wire drawing in HFCVD system and obtains the temperature distribution and the in-fluence characteristics of the hot filament parameters on the magnitude and uniformity of substrate temperature field , which provide a guide for the fabrication of the CVD diamond wire drawing．Key words :hot filament chemical vapor deposition (HFCVD ; diamond film ; wire drawing ; temperature field ; numerical analysis0引言拉丝模是各种金属线材生产厂家拉制线材的一种非常重要的模具 , 广泛应用于拉拔棒材、线材、丝材、管材等领域。

但拉丝模的易消耗性 , 大大增加了拉丝费用。

CVD 金刚石以其高硬度 , 高耐磨性 , 低摩擦系数以及高表面光洁度的良好性能成为了拉丝模最具前景的材质之一 , 为拉丝模行业带来了新的活力 [1]。

热丝化学气相沉积法 (HFCVD 由于设备简单 , 参数易于控制 , 成本低而被广泛应用于各种金刚石产品的生产中。

HFCVD 制备金刚石过程中 , 衬底温度场是影响金刚石涂层品质的关键因素之一 [2]。

目前 , 有些学者对 HF-CVD 法衬底温度场开展了一系列的研究 , 取得了一些成果 [3-5], 但对 HFCVD 法衬底温度场的研究往往基于平面衬底 , 对于曲面衬底温度场的研究很少。

本文运用ansys11．0对 HFCVD 金刚石沉积过程中拉丝模的温度场进行了数值分析 , 讨论了热丝参数对衬底温度场的影响 , 对拉丝模表面 CVD 金刚石涂层的均匀制备具有重要的指导意义。

1拉丝模温度场的有限元模型HFCVD 法沉积金刚石过程中热量传递主要以热辐射的形式发生 , 衬底温度的空间分布主要受热丝的热辐射影响 , 热传导和热对流作用影响较小 [6]。

而在拉丝模内表面沉积金刚石时 , 为保证拉丝模的温度达到可沉积金刚石的温度范围且温度分布均匀 , 应尽量减少拉丝模与其他物体的接触 , 从而减少由热传导造成的热量的散失以及温度的不均匀性。

因此 ,在对拉丝模温度场进行分析时可以忽略由热传导和热对流传递的热量 , 仅考虑热辐射。

采用 ansys11．0进行有限元建模 , 拉丝模和热丝采用 solid70单元 , 拉丝模和热丝表面上覆盖 shell57单元 , 在分析热辐射时将辐射以载荷的形式施加在shell57上。

面与面的辐射角系数采用 AUX12矩阵生成器计算并将其作为超单元进行热分析 ,超单元选用 matrix50。

分析采用的系统为开放系统 , 需定义一个空间节点 , 用于吸收未被模型吸收的能量 , 以达到能量平衡。

拉丝模材料为硬质合金 YG8, 热丝采用钨丝。

不同尺寸的拉丝模在沉积金刚石时 , 热丝排列方式有所不同。

拉丝模的结构为中心轴对称 , 为保证内表面的温度均匀 , 最理想的热丝排列方式是热丝圆柱阵列排布在拉丝模内孔中。

随着拉丝模孔径的减小 , 热丝数量也要相应减少 ,最终可以是单根热丝位于拉丝模中心轴位置。

但当孔径小到不再适合热丝穿过时 , 就不得不采用在拉丝模进口区上方平面阵列热丝的方式。

图 1为对应于三种不用热丝排列方式、公称直径分别为 30mm , 5mm , 3mm 的拉丝模温度场仿真的有限元模型。

·42·Mac hine BuildingA utomation , A pr 2012, 41(2 :24 27研究沉积过程中衬底表面温度场分布情况 , 分析类型为稳态分析 , 选用 Frontal Solver 求解器。

所有输入温度采用摄氏温度。

热丝数量 n , 热丝温度 T f , 热丝直径 d f , 热丝阵列直径 d 阵列 (热丝阵列形成的圆柱面的直径、热丝间距 T f 以及热丝与衬底距离 d f 都是影响拉丝模温度的重要参数 , 本文对其分别进行了分析。

2结果与分析2．1拉丝模内表面温度分布图 2所示分别为三种拉丝模内表面的温度分布图。

图中可以看出 , 三种热丝排列方式下的拉丝模内表面温度整体均呈中心轴对称分布 ,在周向方向上的温度比较均匀 , 在轴向方向上温度呈梯度分布。

但是 , 三种热丝排列方式下拉丝模内表面的高温和低温区域有所不同。

圆柱阵列和单根热丝排列方式下 , 拉丝模内表面温度在定径区最高 , 而在进口区处最低 ; 平面阵列热丝排列方式下 , 拉丝模内表面温度则在进口区最高 , 而在出口区最低。

这是因为距离热丝近的位置与热丝之间的辐射角系数大 , 因而接受的辐射热量多 , 温度较高。

鉴于拉丝模内表面温度的均匀性是由其轴向温度决定的 , 因而在之后的分析中将采用轴向温度作为参考。

2．2热丝参数对拉丝模内表面温度的影响本文主要研究热丝数量 n , 热丝温度 T f , 热丝直径 d f , 热丝阵列直径 d 阵列(热丝阵列形成的圆柱面的直径、热丝间距 T f 以及热丝与衬底距离 d f 对拉丝模内表面温度的影响 , 结果如图 3所示 (z 坐标为拉丝模高度方向 ,z =0处为拉丝模出口区端面位置。

·52·http :∥ ZZHD．chinajournal．net．cnE-mail :ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化》图 3所示为热丝数量、热丝直径、热丝阵列直径以及热丝温度对圆柱阵列热丝排列方式下拉丝模内表面温度的影响。

从图中可以看出 , 其他参数不变的情况下 , 随着热丝数量的增加 , 衬底温度是逐渐升高的 (图 3(a 。

这是因为热丝数量的增加增添了辐射源 ,使得内表面接收的热丝辐射热量增加 , 因而温度升高。

热丝每增加一根 , 内表面温度升高大概40ħ 。

热丝直径的增大也使得内表面的温度升高 (图 3(b 。

热丝直径的增加使得热丝辐射表面积增加 ,与辐射表面积成正比的辐射热量也随之增加 , 因而内表面温度增加。

随着热丝直径的增大 , 内表面的温度升高幅度有所减小 ,热丝直径从 0．4mm 到 1．0mm 每增大 0．2mm , 内表面温度分别升高100ħ , 80ħ , 60ħ 。

当热丝阵列直径增大时 , 内表面温度随之升高 , 但继续增大热丝阵列直径又会使其温度下降 (图 3(c 。

这是由拉丝模衬底以及热丝分布的圆周形状所决定的。

热丝阵列直径增加时 , 热丝一方面将靠近其辐射的一部分衬底表面而另一方面又远离其辐射的另一部分衬底表面 , 因而出现衬底温度变化趋势不明显的现象。

这也造成了热丝阵列直径变化时 , 拉丝模温度的变化并不是很大。

热丝温度的升高使得拉丝模内表面温度随之升高 , 热丝温度每升高100ħ , 内表面温度将升高大约35ħ (图 3(d 。

由于热丝向外辐射的能量与温度的四次方成正比 , 热丝温度的升高必然使其辐射能力增强 ,拉丝模温度也随之升高。

图 4、图 5分别为单根热丝和平面阵列热丝排列方式下热丝参数与拉丝模内表面温度的关系曲线。

其中 , 热丝数量、热丝直径和热丝温度对拉丝模内表面温度的影响规律与图 3所示基本一致 ,而平面阵列热丝排列方式下 , 热丝间距和热丝衬底距离均与拉丝模内表面温度成反比关系 (图 5(c 、(d 。

因为热丝间距和热丝衬底距离的增加都使得热丝与拉丝模之间的辐射角系数随之减小 , 从而造成了拉丝模温度降低的结果。

·62·Mac hine Building A utomation , A pr 2012, 41(2 :24 27 3结论拉丝模内表面温度呈中心轴对称分布 , 在周向方向上的温度比较均匀 , 在轴向方向上温度呈梯度分布。

热丝穿过拉丝模圆柱阵列排布时 , 拉丝模内表面温度在定径区最高 , 而在进口区处最低 ; 热丝平面阵列排布在拉丝模进口区上方时 , 拉丝模内表面温度则在进口区最高 , 而在出口区最低。