WCA July 2011

所以，假设线材中有铝杂质和外来物质，对线材拉伸进行 了 FEM 分析，设定杂质大小与线材直径比 D i /D o 为 0.3 到 0.7 。 FEM 的材料常数和拉伸条件如表 1 所示。 FEM 分析检测了大小杂质不同的各种线材在模具内侧拉伸应 力的变化。结果如图 3 所示。发现杂质通过模具时拉伸应力快 速上升。可以发现：杂质大小和线材直径比 D i /D o 越大，拉伸 应力上升越多。如果线材含有杂质，其 D i /D o 是 0.7 ，那么拉伸 应力达到线材强度，这意味着线材断裂的可能性很高。考虑 到安全系数，认为 D i /D o 比高于 0.4 时有线材断裂的危险。当拉 伸直径为 20-50 微米黄金丝时，测量了断裂表面杂质大小。图 4 显示了不同 D i /D o 比时的线材断裂频率。这个数据表明： D i /D o 为 0.3 和以上时，线材有断裂的危险，当 D i /D o 接近 0.7 时断裂 频率最高。

3.2 外来颗粒的影响 在有些情况下，在拉伸时，外来物质存在于线材表面，或者 外来物质可能通过润滑剂进入模具。这些外来物质主要由线 材或模具或设备侵蚀形成，或可能源于空中灰尘。根据外来 物质形状和硬度，可能发生的线材断裂如图 5 所示。 例如，图 6 显示线材表面有外来物质的线材拉伸后的扫描电 子显微镜（ SEM ）图像和 EDS 照片。线材材质是奥氏体不锈 钢。 EDS 分析表明：外来物质由碳化铁组成，它包括微量 Ni 成 分，大小是 0.53x0.27mm ， D i /D o 约为 0.2 ，假设线材因为 D i /D o 低而没有断裂。图 7 显示了拉伸表面附近有外来物质的线材时 的 FEM 分析结果。 在外来物质和线材的内表面，它们是机械熔接。在重复拉伸 后，应力对内表面产生作用，并造成界面分离，产生空的空 间。 此研究使用了三维 FEM MSC/Marc Mentat 2008r1 。 FEM 分 析结果与实验结果一致。不管外来物质是否在线材内部或表 面，它都因为硬度而不发生变形，即使重复拉伸也是如此。 这导致一个高的 D i /D o 值，增加了拉伸应力，也增加了线材断 裂的机会。

无

无因次线材断裂应力

A) 被拉伸线材的 SEM 图像

无因次拉伸长度

❍ ❍ 图 3 : 杂质通过模具时拉伸应力的变化（由 FEM （ R/P=10% ） 测量）

C) Ni 含量

B) Fe 含量

❍ ❍ 图 6 : 含外来物质的线材的 SEM 图像和成分分析

频率

❍ ❍ 表 1 : FEM 检测用的材料和拉伸条件

黄金机械常数

杨氏模量

80GPa

D

/D

i

o

泊松比

0.44

❍ ❍ 图 4 : 线材断裂频率与 D i

/D o 的关系

σ =475 ε 0.07

加工硬化曲线

❍ ❍ 图 5 : 外来物质造成的线材断裂示意图

杂质的材质条件 材质

A1

O

3 , SUS304

2

A) 大或硬的杂 质的情况

杨氏模量

300, 194GPa

泊松比

0.23, 0.30

屈服应力

4.3, 0.205GPa

B) 小或软的杂 质的情况

模具半角，减少

α =7º, R/P=10%

摩擦系数

0.05μm

72

Wire & Cable ASIA – September/October 2007 July/August 2011