拉絲模具簡介.doc

拉絲模具簡介在金屬壓力加工中，在外力作用下使金屬強行通過模具，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用的/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)為提高生產競爭能力，越來越重視拉絲模的質量和制造工藝的改進，從提高拉絲模壽命入手，對拉絲模的材質、結構、制造工藝、制造設備以及檢測儀器等進行了系統(tǒng)的研究，開發(fā)出復合拉絲模、拉絲模新材料、表面涂層新技術、拉絲模新的孔型設計方法等，推動了世界拉絲生產的發(fā)展。我國是線材生產大國，產量居世界前列。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工藝的不斷改善，我國的拉絲模制造技術有了進一步的發(fā)展，尤其是在拉絲模的材質、結構等方面有了長足進步。但總的來說與國外還有不小的差距。盡管國外生產的拉絲模種類與國內的差不多，但所用材料和工藝過程更加先進，拉絲模的加工精度、耐用性、耐磨性等指標均優(yōu)于我國的產品。因此，加強制模管理，提高拉絲模質量水平，推動制模工藝技術的進步，是制模工業(yè)當前面臨的重要課題。 經歷了幾十年的發(fā)展，已出現了很多新型拉絲模材質。按照材料種類，可將拉絲模分為合金鋼模、硬質合金模、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用范圍并提高了拉絲模的使用壽命。 我們知道一個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)四個部分組成。關于拉絲模模芯的結構，下面將以圖片的形式向大家演示： 拉絲模模芯的結構拉絲模芯的結構按工作性質可分為“入口區(qū)、潤滑區(qū)、工作區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)”五個區(qū)間。拉絲模的內徑輪廓很重要，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?？椎闹饕糠?，鋼絲的變形過程在這里進行，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，工作區(qū)內金屬的體積所占的空間是一個圓臺，該空間稱為變形區(qū)。工作區(qū)內的圓錐半角（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確尺寸；出口區(qū)是用于防止鋼絲出口不平穩(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提出了適應高速拉絲的新拉絲?？仔屠碚摚础爸本€型”理論。根據該理論制作的拉絲模具有下列特點： 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，其角度按拉絲材質和每道次壓縮率分別進行優(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，國內拉絲行業(yè)對“直線型”和“弧線型”拉絲模進行了廣泛的討論，其中爭議較大的是工作區(qū)的形狀和工作區(qū)與定徑區(qū)交界處的形狀。不少人對“直線型”模持肯定態(tài)度。但筆者認為兩種類型的拉絲模均有著各自的特點及所適用的場合，不加分析地作出結論，末免有失偏頗。 模芯工作區(qū)呈“弧線型”，會使金屬在變形區(qū)內的流動更加曲折，導致附加剪切變形及多余變形功的增大，繼而使拉拔應力增大（一般較“直線型”模增大1030%）。而“直線型”模工作區(qū)輪廓線上各點的斜率相同，這樣當我們確定了最佳工作區(qū)圓錐半角時，便可在最小的應力狀態(tài)下拉拔金屬；而“弧線型”模由于其輪廓線上各點的曲率不同，故無法使整個工作區(qū)存在這樣一個最佳工作區(qū)圓錐半角。從有利于金屬的流動和減小拉拔應力的角度出發(fā)，目前國外在道次壓縮率為1035%（大多數金屬絲的變形均在此范圍內）及拉拔中、粗規(guī)格的金屬絲時，一般均采用“直線型”工作區(qū)。 而采用“弧線型”工作區(qū)時，金屬在內孔中的變形可隨其加工硬化程度的增加而逐漸減小，內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。特別是當道次壓縮率較小時（小于10%），采用“弧線型”工作區(qū)，可在工作區(qū)圓錐半角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)具有適應能力強的特點，故在道次壓縮率較大（大于35%）或較?。ㄐ∮?0%）及拉拔鋼絲時，還是應該采用“弧線型”模。 與國外產品相比，國產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)錐角小，不但增大了線材與內孔的接觸面積，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，嚴重影響模具使用壽命。而國外拉絲模產品的入口角增大，有效地避免了線材與拉絲模的擦傷，而且?guī)肓烁嗟臐櫥瑒鰪娏藵櫥Ч?，減少了模芯磨損。這種改變提高了線材的表面質量，同時也提高了拉絲模的使用壽命。工作區(qū)短小。與國內同種規(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入線材與內孔中間，從而造成更好的潤滑壓力。由內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較為均勻，有利于拉拔速度的提高和線材表面質量的改善。此外，這種類型的工作區(qū)設計還能防止?jié)櫥瑒睦z模的進口端退出。而我國模具由于工作區(qū)短小，造成孔內有效使用面積較小，不僅增加了摩擦力，加劇磨損，而且浪費原材料，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量。短小的定徑帶容易造成產品尺寸超差，并使拉拔模很快磨損報廢。明顯且平直的定徑區(qū)能夠生產出高精度和高表面質量的線材，而且有利于減小磨損，大大提高拉絲模的使用壽命。拉絲模的結構對拉絲模的使用有很大的影響。德國產拉絲模的使用壽命比國產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)約生產成本，大幅度提高生產效率，對我國線材工業(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，已有多項專利，如日本、美國、法國等國。在我國，雖然沒有得到廣泛的運用，但是作為線材生產大國，拉絲模的生產發(fā)展是一個必然的趨勢。 了解了拉絲模具模芯結構之后，我們還應該注意：拉絲模芯材料的好壞，會直接關系到模具的使用壽命和模具的價格。選擇差的模芯材料，達不到產量要求，模具也報廢了，需要再次生產，這樣不僅生產效率上不去，同樣增加了模具的生產成本，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?？捎糜诩庸じ鞣N鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料，但不同材質的拉絲模各有其適用的加工范圍，不同材質的拉絲模加工相同的線材時其磨損形態(tài)和使用壽命存在很大差別，因此合理選用拉絲模材質是保證成功應用的關鍵。 （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。但是由于合金鋼模的硬度和耐磨性差、壽命短，不能適應現代生產的需要，所以合金鋼模很快被淘汰，在目前的生產加工中已幾乎看不到合金鋼模。 （2）硬質合金硬質合金模由硬質合金制成。硬質合金屬于鎢鈷類合金，其主要成分是碳化鎢和鈷。碳化鎢是合金的“骨架”，主要起堅硬耐磨作用；鈷是粘結金屬，是合金韌性的來源。因此，硬質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、摩擦系數小、能量消耗低、抗蝕性能高，這些特性使得硬質合金拉絲模具有廣泛的加工適應性，成為當今應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。但天然金剛石的脆性較大，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濟又實用的拉絲工具。 （4）聚晶金剛石聚晶金剛石是用經過認真挑選的質量優(yōu)良的人造金剛石單晶體加上少量硅、鈦等結合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成。聚晶金剛石的硬度很高，并有很好的耐磨性，與其它材料相比它具有自己獨特的優(yōu)點：由于天然金剛石的各向異性，在拉絲過程中，當整個孔的周圍都處在工作狀態(tài)下時，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，從而避免了?？啄p不均勻和模孔不圓的現象發(fā)生。與硬質合金相比，聚晶金剛石的抗拉強度僅為常用硬質合金的70%，但比硬質合金硬250%，這樣，使得聚晶金剛石模比硬質合金模有更多的優(yōu)點。用聚晶金剛石制成的拉絲模耐磨性能好，內孔磨損均勻，抗沖擊能力強，拉絲效率高，而且價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)中應用廣泛。 （5）CVD涂層拉絲模CVD（化學氣相沉積法）涂層拉絲模是新近發(fā)展起來的一項新技術，其主要方法就是在硬質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格低廉等優(yōu)點，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。 （6）陶瓷材料高性能的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化學穩(wěn)定性強、高溫力學性能優(yōu)良和不易與金屬發(fā)生粘結等特點，可廣泛應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現了對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。以及采用多種增韌補強機制等，使陶瓷材料的強度、韌性、抗沖擊性能都有了較大提高。 從國外研究結果看，陶瓷材料已廣泛應用于模具領域，在日本、美國、法國等國家已有多項專利。雖然現在陶瓷拉絲模在我國還沒有得到廣泛的應用，但是隨著制造技術的不斷提高，陶瓷將會是適合拉絲工業(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材料（如W、Mo絲等）。用陶瓷拉絲模拉拔有色金屬材質可以避免硬質合金拉絲模的缺陷，并且可以延長拉絲模壽命、提高材質的表面質量。 優(yōu)劣對比各種拉絲模的材質各有特點。其中，天然金剛石拉絲模的價格最為昂貴，加工也極其困難，同時因為天然金剛石的各向異性，在徑向范圍內硬度差別很大，容易在某一方向上產生劇烈磨損，所以天然金剛石模只適用于加工直徑很小的絲材。硬質合金模硬度較低，用硬質合金模拉拔的線材質量較高，表面粗糙度低，但硬質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，因其具有各向同性的特點，不會產生單一徑向磨損加劇的現象，但其價格十分昂貴，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雜，加工困難，成本較高；當涂層磨耗后模具將迅速磨損，不僅難以保證加工質量，而且不能重復使用，只能報廢。陶瓷材料具有比硬質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用。各種拉絲模材質的優(yōu)缺點對比見表關于“如何選擇拉絲模材料”請參照下表：模具名稱性能介紹合金鋼模制作簡便 耐磨性差、壽命短 基本淘汰天然金剛石硬度高、耐磨性能好 脆性大，加工難 直徑1.2mm以下的線模硬質合金拋光性好、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高、耐磨性好 加工困難、成本高 小型線材、絲材CVD涂層材料光潔度高、耐溫性好 工藝復雜、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和硬質合金拉絲模是常用的拉絲模材料。因為在拉拔小直徑絲材時，CVD涂層金剛石?？朔颂烊唤饎偸５母飨虍愋?，同時具有優(yōu)良的強度和硬度，拉拔產量最高，表面質量也達到要求。而且CVD涂層金剛石拉絲模的壽命等同于天然金剛石模具，產品合格率高，表面質量優(yōu)于國產聚晶金剛石。因此，對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成型時，其外形尺寸很難控制，因此燒結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，聚晶塊的鑲套相當困難。對于同樣大小的聚晶塊，其鑲套質量的高低決定了拉絲模上可開孔徑的大小以及拉絲模質量的優(yōu)劣。因此，研究人造聚晶金剛石的鑲套工藝對于合理利用人造聚晶金剛石、提高拉絲模質量有著重要意義。 金剛石拉絲?？梢钥刂齐娮与娖鞴I(yè)用的直徑從毫米級到微米級的各種金屬絲導線。精度可達12個微米。例如拉制微米級的鉑絲、鎢絲、以及超細的銅絲。可承受很高的壓力、摩擦力、和數百度高溫，不容易磨損變形。耐用度是硬質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倍。價格只有天然金剛石拉絲模的1/31/5。對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?？捎糜诩庸じ鞣N鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料，但不同材質的拉絲模各有其適用的加工范圍，不同材質的拉絲模加工相同的線材時其磨損形態(tài)和使用壽命存在很大差別，因此合理選用拉絲模材質是保證成功應用的關鍵。不同材質的拉絲模都有其相對合理的加工對象。拉拔加工的合理性主要指拉絲模與線材兩者的力學、物理和化學性能