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EuroWire – Mai 2011
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technischer artikel
restlichen aus Fremdmaterial bestanden,
das sich durch den Abrieb von Ziehsteinen
und Ausrüstungen bildete.
Da angenommen wurde, daß Einschlüsse
von Aluminiumoxid und Fremdmaterial im
Draht bestehen, wurde eine FEM-Analyse
des Drahtziehens durchgeführt.
Das Verhältnis zwischen Einschlussgröße
und Drahtdurchmesser, Di/Do, wurde,
variierend zwischen 0,3 und 0,7 festgelegt.
Die
Materialkonstanten
und
die
Ziehbedingung für die FEM-Analyse sind
in der der
Tabelle 1
dargestellt.
Die Veränderungen der Ziehspannung
in der Innenseite des Ziehsteins wurden
durch eine FEM-Analyse mit Einsatz von
Draht mit verschiedenen Einschlussgrößen
untersucht.
Die Ergebnisse sind in
Bild 3
dargestellt.
Es wurde herausgefunden, daß sich die
Ziehspannung schnell aufwärts bewegt,
wenn ein Einschluss durch den Ziehstein
läuft. Es ist ersichtlich, dass, je höher das
Verhältnis zwischen Einschlussgröße und
Drahtdurchmesser - Di/Do - ist, desto mehr
die Ziehspannung steigt.
Im Falle von Draht mit einem Einschluss,
bei dem das Verhältnis Di/Do 0,7
entspricht, erreicht die Ziehspannung
die Drahtfestigkeit.
Das
bedeutet,
daß
eine
hohe
Wahrscheinlichkeit besteht, daß der Draht
brechen wird.
Unter
Berücksichtigung
des
Sicherheitsfaktors wird angenommen,
daß die Gefahr besteht, daß der Draht
bricht, wenn Di/Do 0,4 überschreitet.
Die
Einschlussgrößen
wurden
an
der Bruchfläche gemessen, während
Golddraht mit Durchmessern zwischen
20 und 50μm gezogen wurde.
Bild 4
zeigt die Häufigkeit des Drahtbruchs bei
unterschiedlichen Di/Do-Werten. Dieses
Bild lässt darauf schließen, daß die Gefahr
eines Drahtbruchs besteht, wenn Di/
Do 0,3 entspricht oder wenn dieser Wert
überschritten wird, und daß sich die
höchste Häufigkeit eines Drahtbruchs
ergibt wenn Di/Do zirka 0,7 entspricht.
3.2 Wirkung von Fremdpartikeln
In manchen Fällen ist Fremdmaterial
auf
der
Drahtoberfläche
während
des Ziehverfahrens vorhanden, oder
Fremdmaterial könnte im Ziehstein durch
das
Schmiermittel
eintreten.
Dieses
Fremdmaterial bildet sich hauptsächlich
durch Erosion des Drahts oder der
Ausrüstung, oder könnte aus dem in
der Luft schwebenden Staub entstehen.
Abhängig von der Form und Härte des
Fremdmaterials könnte ein Drahtbruch
entstehen, wie in
Bild 5
dargestellt.
Als ein Beispiel zeigt
Bild 6
Abbildungen
vom Rasterelektronenmikroskop (REM)
sowie EDS-Fotos eines Drahts nach
dem Ziehen mit Fremdmaterial an der
Drahtoberfläche. Das Drahtmaterial ist
austenitischer Edelstahl.
Die Analyse mit EDS zeigte, daß das
Fremdmaterial aus Eisenkarbid besteht, das
eine geringe Ni-Komponente einschließt.
Die Größe war 0,53x0,27mm, und Di/
Do entsprach zirka 0,2. Es wird vermutet,
daß der Draht wegen des niedrigen Di/
Do-Werts nicht gebrochen ist.
Bild 7
zeigt
die Ergebnisse, die durch die FEM-Analyse
erfaßt wurden, bezüglich des Ziehens
eines Drahts mit einem Fremdmaterial in
der Nähe der Drahtoberfläche.
Mechanische Konstanten für Gold
Young-Modul
80GPa
Poisson-Verhältnis
0.44
Verfestigungskurve
σ=475ε
0.07
Materialbedingung für Einschluss
Material
A1
2
O
3
, SUS304
Young-Modul
300, 194GPa
Poisson-Verhältnis
0.23, 0.30
Streckgrenze
4.3, 0.205GPa
Ziehstein-Halbwinkel, Reduzierung
α
=7º, R/P=10%
Reibungsfaktor
0.05μm
▲
▲
Tabelle 1
:
Bedingung der Werkstoffe und des Ziehverfahrens für FEM
▲
▲
Bild 5
:
Schema des durch Fremdmaterial verursachten Drahtbruchs
B) Der Fall eines
kleinen oder
weichen
Einschlusses
A) Der Fall eines
großen oder
harten Einschlusses
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▼
Bild 6
:
SEM-Bild und Kontrastanalyse des Drahts mit Fremdmaterial
C) Ni-Gehalt
A) SEM-Bild des gezogenen Drahts
B) Fe-Gehalt