浅析拉拔用拉丝模具

来源：现代模具 作者： 发布时间：2008-03-03

我国是线材生产大国，产量居世界前列。线材被广泛应用于通讯、建筑、电力等部门。在线材生产中，拉拔加工是最常用的一种加工方式。拉拔加工的适用范围十分广泛，主要用于拉拔棒材、线材等直线材料。拉拔生产解决了车削等方法难以加工的线材问题，其加工精度比较高，而且其加工速度快，对毛坯的浪费程度低，利用率高。拉丝模是各种金属线材拉拔生产中一种非常重要的易消耗性模具，拉丝模的费用占拉拔费用的50%以上。目前普遍采用的拉丝模有合金钢模、硬质合金模和金刚石模，各种拉丝模在使用过程有着各自的优缺点。现在就拉丝模的工作时原理及常用拉丝模的材料，拉丝模磨损分类以及拉拔加工的影响因素作以下阐述。

　　1拉丝模的工作原理

　　1.1拉丝模的基本结构

　　拉丝模的基本结构如图1，拉丝模的主要工作区域是内孔，内孔结构按工作性质可分为入口区、润滑区、工作区、定径区、出口区五个区间以及遵循“圆滑过渡”理论，即拉丝模孔内各区交界处必须为较小的圆角过渡。被拉拔线材从入口处进入拉丝模，在拉拔力的作用下通过拉丝模，并且在拉丝模工作区的锥面上发生剧烈摩擦，从出口处拉出，得到较小的线材。

图1 拉丝模的基本结构

　　1.2拉丝模各区域尺寸选择

　　(1)入口区

　　拉丝模内孔的入口区角度是重要的参数之一，必须保证线材进入模具时的接触点是发生在拉丝模减缩区内同一高度位置上，且要有利于线材的穿入。拉丝模入口区提供了通向润滑区和变形区的平滑外形，使得润滑剂能够到达拉丝模的工作表面。

　　(2)润滑区

　　润滑区的作用在于贮存润滑剂，并将其输入工作区。根据润滑剂粘度的不同、线材直径的不同及润滑区的长度，润滑区锥角有所不同，为使液体润滑剂能顺利地进入工作区，润滑区锥角一般要选择较大值。过小则润滑剂不易进入，且润滑剂流动不畅，甚至形成楔形堵塞;润滑区锥角过大，则不易形成流体动压效应。润滑区长度的长短也将影响润滑效果，一般来说，不论是何种润滑方式，润滑区越长、润滑效果越好。

　　(3)工作区

　　工作区是线材产生塑性变形的区域，其尺寸参数有工作区锥角α及工作锥长度h2。工作锥角α是拉丝模的主要参数，工作区锥角α的大小对作用在拉丝模内孔上压力的大小及其分布规律、拉拔应力的大小及被拉拔线材机械性能的好坏起着决定性作用。

　　对应拉拔应力最低的工作区锥角随拉拔环境的不同而有所不同，存在着一个最佳工作区锥角范围。拉拔时很难保证线材轴线与拉丝模内孔轴线同心，加之之前拉拔时拉丝模内孔磨损过大而导致进入内孔线材直径的增大，两者均会引起线材在变形区以外变形，所以工作区的长度应大于实际变形区的长度。

　　(4)定径区

　　定径区直径尺寸根据线材允许公差及线材在拉拔时产生的弹性变形来确定，并兼顾模具的使用寿命，通常选择线材负公差尺寸。

　　确定定径区长度时应满足下列要求:足够的耐磨性、拉拔时消耗的能量少以及减少拉断线材的可能性。定径区过长虽可提高拉丝模的寿命，但同时也会造成摩擦、发热量及能耗的增大，且易引起线材直径的缩减或拉断线材。如定径区过短，则会造成拉拔时线材摇晃及产生竹节形，还会使拉丝模内孔很快地磨损导致尺寸超差。一般情况下，拉拔线材的直径越大，其定径区长度相应偏短。

　　(5)出口区

　　出口区在拉丝模形成90度的夹角。这样的角度便于具体较宽的出口，从而使得拉丝模能多次恢复到原来尺寸而不需要再加工。出口区往往被认为是不重要的。但是假如拉丝模没有出口区，则定径带的后缘就会开裂或剥落，导致拉丝模损坏。

　　2 常用的拉丝模材料浅析

　　目前，拉丝模的材料可以分为几类，分别为合金钢拉丝模、硬质合金拉丝模、天然金刚石拉丝模、人造聚晶金刚石拉丝模、涂层拉丝模和陶瓷拉丝模。根据拉丝模材料分类，其加工线材的种类和直径以及拉丝模的加工方法是有所区别的。

　　2.1合金钢拉丝模

　　合金钢是通常用的工具钢，其硬度和耐磨性是几种拉丝模中最低的，但是因其材料价格低，加工方便，所以在线材的粗加工过程中还有所使用。

　　2.2硬质合金拉丝模

　　绝大多数的硬质合金拉丝模通常属于钨类和金。这些合金是由碳化钨和钴等组成。碳化钨是整个合金的“骨架”，主要起坚硬耐磨作用，钴是粘结金属，是合金韧性的来源。硬质合金模具有以下特性：(1)耐磨性高。(2)抛光性好。(3)粘附性小(4)摩擦系数小，降低能量消耗(5)抗蚀性高。这些特性使得拉丝模对润滑剂具有广泛适应性。

　　2.3天然金刚石拉丝模

　　天然金刚石拉丝模脆性大，加工比较困难，一般用于制造直径1.2毫米以下的拉丝模。它具有各向异性的特点，拉拔过程中当整个孔的周围都处在工作状态下时，天然金刚石在孔的某一位置将发生择优磨损。因其价格较贵，所以这种拉丝模并不是我们最终所寻求的即经济又实用的材料。

　　2.4人造聚晶金刚石拉丝模

　　这种拉丝模是用人造金刚石单晶体、加上少量硅、钛等结合剂，在高温高压的条件下聚合而成。用聚晶金刚石制成的拉丝模硬度高、耐磨性好，孔壁磨损均匀，抗冲击能力强，拉拔效率高。目前，聚晶金刚石拉丝模在拉拔行业中应用广泛。

　　2.5涂层拉丝模

　　这种拉丝模是新近发展起来的一项新技术，其主要方法就是在硬质合金拉丝模上涂层金刚石薄膜。它具有单晶体金刚石的光泽度、耐温性而且具有聚晶金刚石的耐磨性等优点。它的使用将为拉丝模行业带来新的活力。

　　2.6陶瓷拉丝模

　　随着拉拔行业的不断发展，人们对拉丝模的质量要求也在不断提高。即要从经济的角度考虑选材，又要从实际应用的效率上加以考虑。而陶瓷材料因为其良好的物理机械性能，逐渐成为良好的拉丝模材料。

　　陶瓷拉丝模在拉丝过程中不与金属线材发生粘附作用，有利于提高金属材料表面性能。因陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强、高温力学性能优良和不易与金属发生粘结等特点，所以他的各项性能都优于其它拉丝模。各种拉丝模材料的性能对比见表1。

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