拉絲模具簡介

1、拉絲模具簡介在金屬壓力加工中，在外力作用下使金屬強(qiáng)行通過模具，金屬橫截面積被壓縮,并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的工具稱為拉絲模。拉絲模是各種金屬線材生產(chǎn)廠家（如電線電纜廠、鋼絲廠、焊條焊絲廠等）拉制線材的一種非常重要的易消耗性模具。拉絲模的適用范圍十分廣泛，主要用于拉拔棒材、線材、絲材、 管材等直線型難加工物體 ，適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工。 由于拉絲模的成本約占拉絲費(fèi)用的1/ 2以上，因此，如何降低拉絲模成本、提高其使用壽命是金屬線材生產(chǎn)單位迫切需要解決的問題。國外金屬制品工業(yè)為提高生產(chǎn)競爭能力，越來越重視拉絲模的質(zhì)量和制造工 藝的改進(jìn)，從提高拉絲模壽命入手，對(duì)拉絲

2、模的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制造工藝、制造設(shè) 備以及檢測儀器等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，開發(fā)出復(fù)合拉絲模、拉絲模新材料、表面 涂層新技術(shù)、拉絲模新的孔型設(shè)計(jì)方法等，推動(dòng)了世界拉絲生產(chǎn)的發(fā)展。我國是 線材生產(chǎn)大國，產(chǎn)量居世界前列。我國拉絲模制造工業(yè)從八十年代起發(fā)展較快， 隨著拉絲模制造水平的不斷提高和生產(chǎn)工藝的不斷改善，我國的拉絲模制造技術(shù) 有了進(jìn)一步的發(fā)展，尤其是在拉絲模的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面有了長足進(jìn)步。但總的 來說與國外還有不小的差距。盡管國外生產(chǎn)的拉絲模種類與國內(nèi)的差不多，但所 用材料和工藝過程更加先進(jìn)，拉絲模的加工精度、耐用性、耐磨性等指標(biāo)均優(yōu)于 我國的產(chǎn)品。因此，加強(qiáng)制模管理，提高拉絲模質(zhì)量水平，推動(dòng)制模工

3、藝技術(shù)的 進(jìn)步，是制模工業(yè)當(dāng)前面臨的重要課題。經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已出現(xiàn)了很多新型拉絲模材質(zhì)。按照材料種類，可將 拉絲模分為合金鋼模、硬質(zhì)合金模、天然金剛石模、聚晶金剛石模、CVD金剛石模和陶瓷模等多種。近年來新型材料的開發(fā)極大的豐富了拉絲模的應(yīng)用范圍并提高 了拉絲模的使用壽命。我們知道一個(gè)完整的 拉絲模具主要是由模芯和模套組成的，拉絲模在金屬壓力加工 中，借助外力的作用使金屬強(qiáng)行通過拉絲模的模芯,金屬橫截面積在壓縮去被壓縮，最終 獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸拉絲產(chǎn)品，如鋼絲，銅絲等。模芯主要由入口區(qū)、壓縮區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)四個(gè)部分組成。關(guān)于拉絲模模芯的結(jié) 構(gòu)，下面將以圖片的形式向大家演示：

4、拉絲模模芯的結(jié)構(gòu)拉絲模芯 的結(jié)構(gòu)按工作性質(zhì)可分為“入口區(qū)、潤滑區(qū)、工作區(qū)、定徑區(qū)、出 口區(qū)”五個(gè)區(qū)間。拉絲模的內(nèi)徑輪廓很重要，它決定著壓縮線材所需的拉力，并 影響拉拔后線材中的殘余應(yīng)力。模芯各區(qū)的作用分別是：入口區(qū)，方便穿線及防 止鋼絲從入口方向擦傷拉絲模；潤滑區(qū)，通過它使鋼絲易于帶入潤滑劑；工作區(qū)， 是模孔的主要部分，鋼絲的變形過程在這里進(jìn)行，即將原始截面減小到所要求的 截面尺寸。在拉拔圓錐面金屬時(shí)，工作區(qū)內(nèi)金屬的體積所占的空間是一個(gè)圓臺(tái)， 該空間稱為變形區(qū)。工作區(qū)內(nèi)的圓錐半角a （又稱為模孔半角）主要用于確定拉拔力的大??；定徑區(qū)的作用在于取得被拉拔鋼絲的準(zhǔn)確尺寸；出口區(qū)是用于防止 鋼絲出口

5、不平穩(wěn)而刮傷鋼絲表面。“直線型”與“弧線型”隨著拉絲速度的提高，拉絲模的使用壽命成為突出的問題。美國人T Maxwall和E G Kennth提出了適應(yīng)高速拉絲的新拉絲?？仔屠碚摚础爸本€型”理論。根 據(jù)該理論制作的拉絲模具有下列特點(diǎn)： 入口區(qū)、潤滑區(qū)合二為一，具有使?jié)櫥菧p小的趨勢，使?jié)櫥瑒┻M(jìn)入工作 區(qū)前就受到一定壓力，從而起到更好的潤滑效果。 入口區(qū)和工作區(qū)加長，以建立較好的潤滑壓力，其角度按拉絲材質(zhì)和每道 次壓縮率分別進(jìn)行優(yōu)選。 定徑區(qū)必須平直且長度合理。 各部分縱面線都必須是平直的。近年來，國內(nèi)拉絲行業(yè)對(duì)“直線型”和“弧線型”拉絲模進(jìn)行了廣泛的討論， 其中爭議較大的是工作區(qū)的形狀和工作

6、區(qū)與定徑區(qū)交界處的形狀。不少人對(duì)“直 線型”模持肯定態(tài)度。但筆者認(rèn)為兩種類型的拉絲模均有著各自的特點(diǎn)及所適用 的場合，不加分析地作出結(jié)論，末免有失偏頗。模芯工作區(qū)呈“弧線型”，會(huì)使金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動(dòng)更加曲折，導(dǎo)致附加 剪切變形及多余變形功的增大，繼而使拉拔應(yīng)力增大（一般較“直線型”模增大 1030%。而“直線型”模工作區(qū)輪廓線上各點(diǎn)的斜率相同，這樣當(dāng)我們確定了 最佳工作區(qū)圓錐半角a時(shí)，便可在最小的應(yīng)力狀態(tài)下拉拔金屬；而“弧線型”模由于其輪廓線上各點(diǎn)的曲率不同，故無法使整個(gè)工作區(qū)存在這樣一個(gè)最佳工作區(qū) 圓錐半角a。從有利于金屬的流動(dòng)和減小拉拔應(yīng)力的角度出發(fā)，目前國外在道次 壓縮率為1035%

7、（大多數(shù)金屬絲的變形均在此范圍內(nèi)）及拉拔中、粗規(guī)格的金屬 絲時(shí)，一般均采用“直線型”工作區(qū)。而采用“弧線型”工作區(qū)時(shí)，金屬在內(nèi)孔中的變形可隨其加工硬化程度的增 加而逐漸減小，內(nèi)孔壁上的壓力分布和磨損都比較均勻，故“弧線型”工作區(qū)耐 磨性好。特別是當(dāng)?shù)来螇嚎s率較小時(shí)（小于10%，采用“弧線型”工作區(qū)，可在工作區(qū)圓錐半角 a較小的情況下獲得足夠長的變形區(qū)。加之“弧線型”工作區(qū)具 有適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，故在道次壓縮率較大（大于35%或較小（小于10%）及拉拔鋼絲時(shí)，還是應(yīng)該采用“弧線型”模。與國外產(chǎn)品相比，國產(chǎn)拉絲模模坯存在以下明顯不足： 入口角小。由于在拉拔過程中線材首先和模芯入口區(qū)接觸，入口區(qū)錐角

8、小，不 但增大了線材與內(nèi)孔的接觸面積，使摩擦力增大，而且妨礙潤滑劑的帶入，使拉絲過程 中的潤滑效果變差，嚴(yán)重影響模具使用壽命。而國外拉絲模產(chǎn)品的入口角增大，有效地 避免了線材與拉絲模的擦傷，而且?guī)肓烁嗟臐櫥瑒?，增?qiáng)了潤滑效果，減少了模芯 磨損。這種改變提高了線材的表面質(zhì)量，同時(shí)也提高了拉絲模的使用壽命。 工作區(qū)短小。與國內(nèi)同種規(guī)格的拉絲模相比，國外拉絲模工作區(qū)的長度普遍要長許多。較長的工作區(qū)有利于線材在拉拔過程中摩擦力的減少與均勻分布，降低拉絲模內(nèi) 孔的磨損，提高模具壽命。較長窄的工作區(qū)能減小線材和拉拔模的間隙，可在大的壓力 下迫使較多的潤滑劑進(jìn)入線材與內(nèi)孔中間，從而造成更好的潤滑壓力。由

9、內(nèi)孔出去的線 材溫度較低，拉拔力減小，拉拔過程中金屬的流動(dòng)較為均勻，有利于拉拔速度的提高和 線材表面質(zhì)量的改善。此外，這種類型的工作區(qū)設(shè)計(jì)還能防止?jié)櫥瑒睦z模的進(jìn)口端 退出。而我國模具由于工作區(qū)短小，造成孔內(nèi)有效使用面積較小，不僅增加了摩擦力， 加劇磨損，而且浪費(fèi)原材料，增大了成本投入。 定徑區(qū)不明顯。定徑區(qū)是線材確定最終尺寸的最后環(huán)節(jié)，定徑區(qū)的短小且不平直 將直接影響到線材的最終質(zhì)量。短小的定徑帶容易造成產(chǎn)品尺寸超差，并使拉拔模很快 磨損報(bào)廢。明顯且平直的定徑區(qū)能夠生產(chǎn)出高精度和高表面質(zhì)量的線材，而且有利于減 小磨損，大大提高 拉絲模的使用壽命。拉絲模的結(jié)構(gòu)對(duì)拉絲模的使用有很大的影響。 德

10、國產(chǎn)拉絲模的使用壽命比國產(chǎn)拉絲 模的使用壽命高2.72倍。上述比較分析證明：通過拉絲模內(nèi)孔的孔型優(yōu)化可以降低拉絲模的磨損率，延長拉 絲模的使用壽命。因此，進(jìn)行拉絲模的孔型優(yōu)化，提高拉絲模的制造精度，可以節(jié)約生 產(chǎn)成本，大幅度提高生產(chǎn)效率，對(duì)我國線材工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。拉絲模是拉制金 屬線的模具，每個(gè)模具中間都有特定的形狀，如：孔，圓、方、八角或其它特殊形狀。 在國外，已有多項(xiàng)專利，如日本、美國、法國等國。在我國，雖然沒有得到廣泛的運(yùn)用， 但是作為線材生產(chǎn)大國，拉絲模的生產(chǎn)發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢。了解了拉絲模具模芯結(jié)構(gòu)之后，我們還應(yīng)該注意：拉絲模芯材料的好壞，會(huì)直接關(guān) 系到模具的使用壽命和模具

11、的價(jià)格。選擇差的模芯材料，達(dá)不到產(chǎn)量要求，模具也報(bào)廢 了，需要再次生產(chǎn)，這樣不僅生產(chǎn)效率上不去，同樣增加了模具的生產(chǎn)成本，因此必須 選擇合理選擇模芯材料。如何選擇拉絲模材料？按照材料種類，可將拉絲模分為合金鋼 模、硬質(zhì)合金模、天然金剛石模、聚晶金剛石模、 CVD金剛石模和陶瓷模等多種。盡管拉絲模可用于加工各種鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料，但不同材質(zhì)的拉 絲模各有其適用的加工范圍，不同材質(zhì)的拉絲模加工相同的線材時(shí)其磨損形態(tài)和使用壽 命存在很大差別，因此合理選用拉絲模材質(zhì)是保證成功應(yīng)用的關(guān)鍵。（1）合金鋼模合金鋼模是早期的拉絲模制造材料。用來制造合金鋼模的材料主要是碳素工具 鋼和合金工具鋼。但

12、是由于合金鋼模的硬度和耐磨性差、壽命短，不能適應(yīng)現(xiàn)代 生產(chǎn)的需要，所以合金鋼模很快被淘汰，在目前的生產(chǎn)加工中已幾乎看不到合金 鋼模。(2) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金模由硬質(zhì)合金制成。硬質(zhì)合金屬于鎢鉆類合金，其主要成分是碳化 鎢和鉆。碳化鎢是合金的“骨架”，主要起堅(jiān)硬耐磨作用；鉆是粘結(jié)金屬，是合 金韌性的來源。因此，硬質(zhì)合金模與合金鋼模相比具有以下特性：耐磨性高、拋 光性好、粘附性小、摩擦系數(shù)小、能量消耗低、抗蝕性能高，這些特性使得硬質(zhì) 合金拉絲模具有廣泛的加工適應(yīng)性，成為當(dāng)今應(yīng)用最多的拉絲模模具。(3) 天然金剛石天然金剛石是碳的同素異性體，用它制作的模具具有硬度高、耐磨性好等特 點(diǎn)。但天然金剛石的脆

13、性較大，較難加工，一般用于制造直徑1.2mm以下的拉絲模。此外，天然金剛石價(jià)格昂貴，貨源緊缺，因此天然金剛石模并不是人們最終 所尋求的即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的拉絲工具。(4) 聚晶金剛石聚晶金剛石是用經(jīng)過認(rèn)真挑選的質(zhì)量優(yōu)良的人造金剛石單晶體加上少量硅、 鈦等結(jié)合劑，在咼溫咼壓的條件下聚合而成。聚晶金剛石的硬度很咼，并有很好 的耐磨性，與其它材料相比它具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：由于天然金剛石的各向異性， 在拉絲過程中，當(dāng)整個(gè)孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時(shí)，天然金剛石在孔的某一位 置將發(fā)生擇優(yōu)磨損；而聚晶金剛石屬于多晶體、具有各向同性的特點(diǎn)，從而避免 了?？啄p不均勻和模孔不圓的現(xiàn)象發(fā)生。與硬質(zhì)合金相比，聚晶金剛石的

14、抗拉 強(qiáng)度僅為常用硬質(zhì)合金的70%但比硬質(zhì)合金硬 250%這樣，使得聚晶金剛石模比硬質(zhì)合金模有更多的優(yōu)點(diǎn)。用聚晶金剛石制成的拉絲模耐磨性能好，內(nèi)孔磨損 均勻，抗沖擊能力強(qiáng)，拉絲效率高，而且價(jià)格比天然金剛石便宜許多。因此目前 聚晶金剛石模在拉絲行業(yè)中應(yīng)用廣泛。(5) CVD涂層拉絲模CVD(化學(xué)氣相沉積法)涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，其主要方 法就是在硬質(zhì)合金拉絲模上涂層金剛石薄膜。金剛石薄膜是純金剛石多晶體，它 既具有單晶金剛石的光潔度、耐溫性，又具有聚晶金剛石的耐磨性和價(jià)格低廉等 優(yōu)點(diǎn)，在代替稀有的天然金剛石制備拉絲模工具方面取得很好的效果，它的廣泛 使用將為拉絲模行業(yè)帶來新的活力

15、。(6) 陶瓷材料高性能的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、高溫力學(xué)性能優(yōu) 良和不易與金屬發(fā)生粘結(jié)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于難加工材料的加工。近三十年來，由于在陶瓷材料制造工藝中實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料純度和晶粒尺寸的有 效控制，開發(fā)了各種碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、晶須或少量金屬的添加 技術(shù)。以及采用多種增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制等，使陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性、抗沖擊性能都 有了較大提高。從國外研究結(jié)果看，陶瓷材料已廣泛應(yīng)用于模具領(lǐng)域，在日本、美國、法國 等國家已有多項(xiàng)專利。雖然現(xiàn)在陶瓷拉絲模在我國還沒有得到廣泛的應(yīng)用，但是 隨著制造技術(shù)的不斷提高，陶瓷將會(huì)是適合拉絲工業(yè)的良好的拉絲模材料。陶瓷拉絲模在拉絲過程中

16、不容易與金屬線材發(fā)生粘附，有利于提高金屬絲材 表面性能，尤其是在高溫下拉制有色的硬質(zhì)材料（如W Mo絲等）。用陶瓷拉絲模拉拔有色金屬材質(zhì)可以避免硬質(zhì)合金拉絲模的缺陷，并且可以延長拉絲模壽命、 提高材質(zhì)的表面質(zhì)量。優(yōu)劣對(duì)比各種拉絲模的材質(zhì)各有特點(diǎn)。其中，天然金剛石拉絲模的價(jià)格最為昂貴，加 工也極其困難，同時(shí)因?yàn)樘烊唤饎偸母飨虍愋裕趶较蚍秶鷥?nèi)硬度差別很大， 容易在某一方向上產(chǎn)生劇烈磨損，所以天然金剛石模只適用于加工直徑很小的絲 材。硬質(zhì)合金模硬度較低，用硬質(zhì)合金模拉拔的線材質(zhì)量較高，表面粗糙度低， 但硬質(zhì)合金模的耐磨性較差，模具的使用壽命短。聚晶金剛石模的硬度僅次于天 然金剛石，因其具有各向同

17、性的特點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生單一徑向磨損加劇的現(xiàn)象，但其 價(jià)格十分昂貴，加工困難，制造成本很高。CVD涂層拉絲模因具有金剛石的性能而具有良好的耐磨性，拉拔線材的表面粗糙度較低，但是CVD涂層拉絲模的制作工藝復(fù)雜，加工困難，成本較高；當(dāng)涂層磨耗后模具將迅速磨損，不僅難以保證加 工質(zhì)量，而且不能重復(fù)使用，只能報(bào)廢。陶瓷材料具有比硬質(zhì)合金高的硬度和耐 磨性，制作成本低廉，是介于金剛石與硬質(zhì)合金之間的制作拉絲模的優(yōu)良材料。但由于陶瓷材料的韌性差、熱沖擊差且加工困難，至今尚未獲得大范圍應(yīng)用。各 種拉絲模材質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表關(guān)于“如何選擇拉絲模材料”請(qǐng)參照下表:模具名稱性能介紹合金鋼模制作簡便耐磨性差、壽命短基本淘

18、汰天然金剛石硬度咼、耐磨性能好 脆性大，加工難直徑1.2mm以下的線模硬質(zhì)合金拋光性好、能量消耗低 耐磨性差、加工困難 各種直徑線材聚晶人造金剛石硬度咼、耐磨性好 加工困難、成本咼 小型線材、絲材CVD涂層材料光潔度咼、耐溫性好 工藝復(fù)雜、加工困難 小型線材、絲材陶瓷材料耐磨、耐高溫、耐腐蝕性好 熱沖擊、韌性差、加工難 沒有大范圍應(yīng)用在小型線材、絲材的拉拔加工中，天然金剛石、聚晶金剛石、CVD和硬質(zhì)合金拉絲模是常用的拉絲模材料。因?yàn)樵诶涡≈睆浇z材時(shí)，CVD涂層金剛石?？朔颂烊唤饎偸５母飨虍愋裕瑫r(shí)具有優(yōu)良的強(qiáng)度和硬度，拉拔產(chǎn)量最高，表面質(zhì)量也達(dá)到要 求。而且CVD涂層金剛石拉絲模的壽命等

19、同于天然金剛石模具，產(chǎn)品合格率高，表面質(zhì)量優(yōu)于國產(chǎn)聚晶金剛石。因此，對(duì)于小直徑絲材拉拔加工，CVD涂層金剛石拉絲模是較為理想的選擇。由于人造聚晶金剛石在高溫高壓下燒結(jié)成型時(shí)，其外形尺寸很難控制，因此燒結(jié)出來的 人造聚晶金剛石外形一般不太規(guī)整。將外形不規(guī)整的人造聚晶金剛石用于制作拉絲模 時(shí)，聚晶塊的鑲套相當(dāng)困難。對(duì)于同樣大小的聚晶塊，其鑲套質(zhì)量的高低決定了拉絲模 上可開孔徑的大小以及拉絲模質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，研究人造聚晶金剛石的鑲套工藝對(duì)于 合理利用人造聚晶金剛石、提高 拉絲模質(zhì)量有著重要意義。金剛石拉絲模可以控制電子電器工業(yè)用的直徑從毫米級(jí)到微米級(jí)的各種金屬絲導(dǎo) 線。精度可達(dá)12個(gè)微米。例如拉制

20、微米級(jí)的鉑絲、鎢絲、以及超細(xì)的銅絲?？沙惺芎?高的壓力、摩擦力、和數(shù)百度高溫，不容易磨損變形。耐用度是硬質(zhì)合金的拉絲模的幾 十至幾百倍。聚晶金剛石拉絲模與天然金剛石拉絲模相比更是有其獨(dú)到之處。不存在天然金剛石 的各向異性，不容易劈裂。拉絲孔可以始終保持正圓形。值得注意的是，雖然聚晶金剛 石硬度比天然金剛石硬度要低，但壽命卻比后者長，好的聚晶金剛石拉絲模壽命是天然 金剛石的數(shù)倍。價(jià)格只有天然金剛石 拉絲模的1/31/5。對(duì)某些過渡金屬使用效果較差， 拉絲孔的拋光加工也比較困難。盡管拉絲模可用于加工各種鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料，但不同材質(zhì) 的拉絲模各有其適用的加工范圍，不同材質(zhì)的拉絲模加工相同的線材時(shí)其磨損形 態(tài)和使用壽命存在很大差別，因此合理選用拉絲模材質(zhì)是保證成功應(yīng)用的關(guān)鍵。 不同材質(zhì)的拉絲模都有其相對(duì)合理的加工對(duì)象。拉拔加工的合理性主要指拉絲模 與線材兩者的力學(xué)、物理和化學(xué)性能相互匹配，以獲得最