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拉丝模的研究现状1、拉丝模的现状在金属制品拉拔行业中，拉丝模是非常重要的易耗工具。拉丝模材质的选择对拉丝模的质量起着关键作用。拉丝模的物理及化学特性必须满足硬度高、耐冲击、抗磨损、摩擦系数低的要求，其质量的优劣直接影响到线材的质量，拉丝模寿命的长短影响到拉丝产量和生产效率。因此提高拉丝模质量，延长其寿命，是国内外学者不断研究的课题。拉丝模的质量与寿命和材质、孔型设计、制造工艺、制模设备及检测仪器等方面有关。目前市场上拉丝模主要有硬质合金模、聚晶模和CVD金刚石模。硬质合金拉丝模的寿命低于聚晶模和CVD金刚石模，但是它的成本相对低廉，所以在拉丝行业中得到广泛应用，特别适用于拉制直径较大(8mm以上)的线材或型材。硬质合金拉丝模模芯一般是以碳化钨为原料，以一定量的钴为粘结剂烧结制成。由于粘结剂钴的抗拉强度和显微硬度都很低，所以，拉丝生产中，在金属丝与模孔接触面上易产生粘着磨损和磨粒磨损从而影响拉丝模的最终寿命。目前国内拉丝模的生产厂家很多，具有代表性的有株洲力洲硬质合金有限责任公司、中山华宏精密模具机械有限公司、慈溪市东珠硬质合金模具厂、宜兴市明宏模具有限公司、上海民一模具、成都精鑫精密机械制造、河间市金星模具有限公司、北京迪蒙特佳工模技术有限公司等上百家企业。拉丝模在使用过程中容易产生环沟磨损、拉痕磨损、焊合损伤、不同轴磨损、大磨和暴模等情况，因此我们需要对它进行深入了解和分析。2、拉丝模的材质制作拉丝模的材质有：合金钢、硬质合金、天然金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石、陶瓷等材料，以及通过各种化学热处理、化学气相沉积、物理气相沉积等方法制作的拉丝模。(1)钢模用来制作钢模的材料主要是碳素工具钢和合金工具钢。由于钢模的硬度和耐磨性较差、寿命短，早己被其它模具所取代。(2)天然金刚石(NC)模天然金刚石是世界上最早使用的拉丝模材料，拉线质量好，于60年代逐渐开始普及。由于天然金刚石价格昂贵，仅用于制作直径小的模具。(3)人造单晶金刚石(MCD)模80年代末期，由英国的戴比尔斯公司与日本的住友电工合作开发了一种新型的金刚石模坯，具有天然金刚石的特性，而且钻石表面是绝对规则的，工作状况很好，还有较强的耐磨损能力。其适用范围等同于直径在0.5mm以下的天然金刚石，而原料价格远高于天然金刚石。(4)硬质合金模硬质合金在20世纪初进入市场，到了50年代己取代了较软的钢模，其生产工艺不断更新，质量不断提高，成为了线材工业中的主要材料。硬质合金是用粉末冶金方法生产的，由碳化物(钨，钛)和熔结剂钻合成。拉丝模具中钻的添加量越少，模具质地越硬，但过少模具又会变脆。另外，碳化钨微粒越细，硬度越高。(5)人造聚晶金刚石(PCD)模1970年左右研制出聚晶金刚石，为线材拉制业带来了巨大的变革，它使整个加工过程变得更为高效和稳定。人造聚晶金刚石是由人造金刚石微粒与金属熔结剂钴在高温高压下熔结而成的，聚晶金刚石拉丝模的使用寿命很长，其寿命比天然金刚石模长4~10倍，比硬质合金模长50~500倍，且具有良好的耐磨性和模孔圆度的保持性、抗拉力强、模具使用成本低、拉制出的线材质量稍次于天然金刚石而优于硬质合金，特别在连续高速拉丝过程中更显示出其优越性。但国产的聚晶金刚石孔隙度大，其模具成品内孔表面粗糙度值高。(6)陶瓷模近年来，在日本推出了陶瓷拉丝模，它的造价比人造聚晶模低得多。尽管这种拉丝模在拉制过程中并非很重要，但却在绞线机及类似机器的紧压、绞合及导向工序中起到了重要作用。(7)表面强化由于天然金刚石及优良的人造聚晶金刚石价格比硬质合金高许多，因而多年来人们采用各种手段来改变硬质合金拉丝模孔表面的合金成分及硬质合金拉丝模的结构，提高其寿命，以适合高速拉丝的需要。1968年至1978年间世界上开始对硬质合金渗硼，我国于1978年在天津第一钢丝绳厂进行渗硼试验。在相同条件下进行对比试验，一般平均提高2-3倍。渗硼法在清洗中比较困难。1986年，国际上采用真空状态下物理气相沉积涂层(PVD)和化学气相沉积涂层(CVD)法在拉丝模孔内涂镀一层碳化钛或氮化钛的方法，使模孔硬度高、耐磨性好、致密性好。但这种方法需要造价较高的专用设备，要求工艺较严格，否则不易达到理想效果。近年来，随着化学气相沉积法沉积金刚石薄膜技术的日趋成熟，综合考虑模具成本和使用效果，比较合理的做法是在硬质合金拉丝模内孔表面涂覆一层均匀的、附着力能满足使用要求的金刚石薄膜。也有的科研工作者从改变拉丝模的结构出发，以提高拉丝模的寿命，如：旋转拉丝模、可拆卸式装配模等。一般来说，拉丝模材质的选取要同时考虑拉丝模的材质和所要拉制物品的材质，在能够保证所拉物品具有较为光泽的表面基础上，最好能够保证拉丝模的寿命；而且两者的耐磨性也不能相差特别大，这样就可以避免两者发生过量磨损，而使产品失效或使拉丝模发生破坏或报废；同时我们也要考虑经济方面的因素，在保证能够正常生产的前提下，使得利益得到最大化而使成本最低。3、拉丝模的孔型设计拉丝模的孔型设计理论经历了两个阶段：曲线型和直线型。(1)曲线型(即R型)拉丝模曲线型孔型设计理论自20世纪40年代由美国机械工程师设计发明，之后得到广泛应用。50~60年代，前苏联和东欧一些国家大都采用曲线型孔型。50年代初，我国吸收了前苏联的先进技术，即在拉丝模的研磨中使孔型的各区域圆滑过渡，必须把入口区、润滑区、工作区、定径区、出口区等五部分的交接处用半径很大的圆弧连接，使孔型的纵剖面线形成一个具有不同曲率半径的大弧线。这种孔型在当时的拉丝速度下是适合的。但70年代以后，国外的拉丝速度一般能达到1000m/min甚至更高，原有的曲线型孔型理论已不再适合高速拉丝的需要，模具寿命短、频繁停车换模，不能稳定地高速生产，因此发展新的孔型理论己是必然。我国的拉丝模生产基本上是沿用前苏联50年代的工艺规范，至今没有多大改变，目前拉丝模生产仍以手工操作为主，制模设备陈旧落后，模孔表面粗糙度值高，模套尺寸没有统一标准。一些厂家从国外引进高速拉丝机，只有采用进口拉丝模才能达到设计指标，如果采用国内拉丝模，则必须降低拉丝速度，因而直线型拉丝模的优势逐渐被认识。(2)直线型1980年美国马克维罗(T·Maxwall)和肯尼思(E·G·Kennth)提出了适应高速拉丝的直线型孔型理论，这种理论在国外工业发达国家的拉丝工业中得到了广泛的应用。近年来，通过对从美国、日本、德国、意大利、瑞典等国引进的拉丝模实测表明，这些国家采用的拉丝模孔型是直线型。直线型拉丝模由：入口区、压缩区、定径区、倒锥、出口区等几部分组成，如图1所示。压缩区、定径区、倒锥是拉丝模最为关键的部分，入口区和出口区次之。各部分的纵剖面线必须是直线；相邻部分的交接处应呈明显夹角，甚至可以是尖锐的；入口区的角度比R型大，为60°~90°；去掉了R型的润滑区，将压缩区(即工作区)比R型加长50%左右，润滑膜的建立引向入口区和压缩区，以形成更致密的润滑膜，适应高速拉丝的需要；定径区呈圆柱状，改变了R型定径区的锥型；增加了倒锥，其功能是防止拉制完成的线材在离开定径区和遇到铜渣时遭到损坏。综合以上的曲线型和直线型拉丝模：在低速拉拔时，材料的变形量对于拉丝后的质量没有太大的影响，因此可以选用曲线型；但是在效率就是效益的市场经济刺激下，曲线型拉丝模越来越受到冷落，取而代之的是直线型拉丝模，因为这种拉丝模在拉制统一丝径的金属丝是具有相对较小的变形量，这样就教容易拉拔，而且后面出现断丝的几率要大大减小。拉丝模的定径带长度对于拉丝模模具使用寿命有至关重要的影响：过短则使用寿命短；过长增加拉拔阻力和能耗。拉丝模的工作锥度对于拉丝模寿命也具有重要影响。拉拔线材时工作锥角度太大(相当于压缩率太小)，使线材进人拉丝模的接触点太靠近定径带(例如用14°模产生16％的压缩率)。在这个例子中，相对来说变形区过短，使线材变形速率加快，并产生大量热，容易导致润滑失效。若冷却不良，会影响线材的组织结构，并加剧模具消耗。若模角再大或压缩率再小，会使接触点更接近定径带，线材在流向定径带的过程中，由于锥角的影响，线材难于平稳过渡到定径区域，容易引起线材内凹，导致缩径，如果材料强度太低也会导致产生缩径或椭圆现象。尽管润滑区相对加长，并且开始瞬间能提供良好润滑，但是它会减小接触表面润滑压力，并产生涡流效应，导致润滑粉反向流出模孔，减弱润滑效果，再加上由变形产生的种种不良效果，最终导致润滑失效，表面裂纹、刮伤，模耗加剧，丝径难以控制。工作锥角太小，导致进线接触点靠近工作锥上端，使变形区相对加长，使拉丝机对钢丝产生的残余功增多，产生大量热，加大拉丝机功耗。另外润滑区减小，减弱润滑效果，在变形区某一点将耗尽残存线材表面润滑粉。当拉应力过大时，在定径区域容易引起轴向伸长，出现缩径和椭圆问题，最终将导致润滑不良，产生金属碎屑及断丝、过热、缩丝。4、拉丝模简介拉丝模种类繁多，现把其种类大体归类如下：1）聚晶模、高精度聚晶模、进口聚晶模芯、天然金刚石拉丝模：具有精密度高、耐磨性强、光洁度高的优点，是电线、电缆、电子行业不可或缺的拉丝模具，适用于拉制铂铑丝、金丝、银丝、铜、铝、铂、镍、镀锡铜、钨、铜铝合金等有色金属丝材。2）硬质合金拉丝模：我厂硬质合金拉丝模所使用的模芯是由高等级的原生钨矿粉烧结而成，能满足你质量上的要求，外套能满足圆度和同轴度需要。我厂能提供系列规格的硬质合金拉丝模，完整的模芯规格，确保材质和加工质量。3）异型模：硬质合金系列：扁线模、正方模、六角模、三角形模、D型模、特异型模、不规则型模及各种异型拉管模。聚晶系列：A.普通聚晶：扁线模、正方模、六角模B.进口聚晶：扁线模、小方模等。4）硬质合金拉管模：有衬芯拉管和空芯拉管2种，可拉拔黑色和有色金属。5）减径模：减径模有标准件减径模和普通减径模。主要用于冲缩标准件螺栓及其他机械零件的缩径和减径，勒光整形等。6）涂粉模、喷嘴等：主要用于电焊条涂粉、碳精棒挤压、机械零件冲制勒光整形及精铸零件抛光用的喷嘴，模具使用寿命长、光洁度高，能满足你不同需要。拉丝模硬质合金的硬度、工作锥面及定径带的粗糙度均会影响模具的使用寿命，定径带的长度对拉丝模具使用寿命有致关重要的影响:过短则使用寿命短；过长增加拉拨阻力和能耗。为磨模工作人员配备测量拉丝模内部结构的孔径仪，以便准确测量定径带的长度。可以根据钢丝直径、压缩率等确定适宜的定径带长度。下面是南京现代金刚石制品有限公司所生产的拉丝模的一些基本状况，其生产的聚晶金刚石拉丝模孔从0.04mm到10mm。能够满足各种规格的线材、管材、棒材的拉制。图1其选用SANDVIK、国产优质硬质合金拉丝模坯，具体的型号和尺寸如图2，最小加工直径为0.10mm。图25、工艺状况(1)镶套工艺1)金刚石镶套金刚石模芯镶套是拉丝模生产过程中的一个重要环节，镶套工艺直接影响拉丝模成品的质量。目前常用的金刚石拉丝模镶套方法有两种:一是热镶，二是粉末镶，其中的粉末镶套优点比较突出。2)硬质合金镶套硬质合金模坯采用过盈法镶套，其作用为:适应不同型号的拉丝机要求，便于操作，另外有补强作用，保障模坯不破裂。(2)打孔工艺对金刚石拉丝模打孔，国内外目前均采用激光打孔，不同之处在于：国内绝大部分厂家仅能打出没有直径变化的孔，孔型形状靠研磨获得，生产效率低，模具质量和精度不够高；国外利用激光可打出如图1示的成型孔。(3)研磨工艺研磨是制作拉丝模的重要环节，分为粗磨、精磨、抛光等三个步骤。国内外研磨水平有较大差异。国外是通过超声波研磨机来完成的，在超声波研磨机的强烈振动和钻石粉末的碾磨作用下，使拉丝模塑造为标准形状。抛光也是由超声波研磨机来完成的，只是钻石粉末及其操作方法与粗磨过程略有不同。国内许多厂家采用机械研磨方法，传统的R系列圆弧型模，多采用车削磨针，以研磨膏为磨料。由于磨针的硬度远低于磨料和模孔的硬度，故磨针形状和尺寸极易发生变化，要保证孔型形状的一致性，必须经常换磨针，人为因素很大引入直线型孔型后，原有的研磨针不再符合要求，须采用新材料的磨针。例如采用埋沙电镀工艺将金刚石微粉镀在磨针表面，大大延长了磨针的使用寿命，为加工出符合标