拉拔工具主要包括拉拔模和芯頭,它們直接和拉拔金屬接觸并使其發(fā)生變形。拉拔工具的材質(zhì)、幾何形狀和表面狀態(tài)對拉拔制品的質(zhì)量、成品率、道次加工率、能量消耗、生產(chǎn)效率及成本都有很大的影響。因此,正確地設(shè)計(jì)、制造拉拔工具,合理地選擇拉拔工具的材料是十分重要的。
根據(jù)模孔縱斷面的形狀,可將普通拉模分為弧線形模和錐形模,如圖5-17所示。弧線形模一般只用于細(xì)線材的拉拔;拉拔管棒及粗線材時(shí),普遍采用錐形模。
錐形模的模孔可分為四個(gè)帶,其中工作錐的半錐角α稱為模角;2β和2y分別為潤滑錐和出口錐的錐角。
(1)潤滑錐。
形狀近似錐形,長度不應(yīng)小于工作錐的長度,作用是便于拉拔時(shí)潤滑劑進(jìn)入模孔,使金屬絲獲得充分潤滑、減小摩擦力、帶走產(chǎn)生的熱量及避免金屬絲軸線與模孔軸線不重合時(shí)劃傷金屬絲。潤滑錐的錐角2β一般為40°~60°.錐角過大,潤滑效果不良;錐角過小,在拉拔過程中產(chǎn)生的沉積物、粉末等不易隨潤滑劑流掉,堆積在模孔中導(dǎo)致表面刮傷等缺陷。
(2)工作錐。
它是拉絲模的關(guān)鍵部位,拉拔時(shí)金屬在此區(qū)發(fā)生塑性變形,使金屬絲的外形尺寸變形到拉拔后的指定尺寸。它的形狀分弧線形和直線形。弧線形工作錐多用于拉拔直徑小于1.0mm的金屬絲,對大、小道次變形量皆能保持金屬絲與模壁有足夠的接觸面積,利于拉拔。
對較大直徑金屬絲的拉拔,由于變形區(qū)長,制作弧線形工作錐困難,多采用直線形工作錐。直線形工作錐適用于道次變形量大的拉拔。若道次變形量小時(shí),金屬與模壁的接觸面積小,導(dǎo)致模孔很快磨損,降低模子使用壽命。工作錐的長度取決于金屬絲的材質(zhì)和潤滑方法:拉拔軟質(zhì)絲的比硬質(zhì)絲的短;濕潤滑拉拔的比干潤滑拉拔的短。
模角α過小會使金屬與模壁的接觸面積增大,摩擦力及拉拔力增大;模角過大會使金屬的變形流線急劇彎曲,附加剪變形增加,拉拔力增大,而且α角越大,模壁單位正壓力越大,潤滑劑越容易從模孔中擠出,惡化了潤滑條件。因此,實(shí)際拉拔時(shí)存在一個(gè)拉拔力較小的合理模角區(qū)。對不同金屬及合金絲的拉拔,α角的合理區(qū)間為5°~10°.
(3)定徑帶。
由它決定被拉拔金屬絲的尺寸及精度,增加模孔的使用壽命。定徑帶使拉拔力增加。它的長短選擇,主要考慮模孔的壽命及拉拔阻力的大小。拉拔粗絲的模孔的定徑帶比拉拔細(xì)絲的長,軟質(zhì)絲的比硬質(zhì)絲的長,干法拉拔的比濕法拉拔的長。
定徑帶基本呈柱形,對細(xì)絲模,由于磨模孔時(shí)必須采用帶0.5°~2°錐形的磨針,因此定徑帶也帶有與此相同的錐角。
(4)出口錐。
它可保護(hù)定徑帶不崩裂,防止金屬離開模孔時(shí)被劃傷。中拉和粗拉模子出口錐呈錐形,細(xì)拉的呈凹球面形。它的長度一般為1~3mm,錐角2y為60°~70°.出口錐與定徑帶的連接部分應(yīng)研磨得十分光滑,以免金屬絲通過定徑帶后由于彈性恢復(fù)或拉拔力方向不正時(shí)劃傷表面。
拉絲模主要采用金剛石及硬質(zhì)合金制作。
(1)制模用金剛石是已知物質(zhì)中硬度最高、耐磨性極好、質(zhì)脆而價(jià)格昂貴的制模材料。這種拉絲模很難加工,一般制作絲徑1.0mm以下的模子,目前最大金剛石模的孔徑已達(dá)2.5mm.
(2)制模用硬質(zhì)合金。采用鎢鈷類硬質(zhì)合金,由碳化鎢和鈷組成。碳化鎢堅(jiān)硬耐磨是合金的“骨架”,鈷是黏結(jié)金屬,增加合金韌性。隨著含鈷量的增加,合金的密度、硬度、抗壓強(qiáng)度、彈性模數(shù)、導(dǎo)熱性和電阻率均降低,而韌性和抗彎強(qiáng)度升高。隨著碳化鎢含量的增加,合金的性能正好與上述含鈷量增加時(shí)的相反。硬質(zhì)合金具有高耐磨性、耐蝕性及抗堿、抗乳化液及其他潤滑材料作用的良好性能。硬質(zhì)合金拉絲模在各種金屬及合金絲的拉拔生產(chǎn)中廣泛采用。
(3)其他制模材料。用鋼制作拉絲模成本低,加工及修理方便,但它的硬度低,耐磨性差,使用壽命短,20世紀(jì)70年代以后,實(shí)際上已被硬質(zhì)合金及金剛石等制模材料所代替。隨著拉絲生產(chǎn)的發(fā)展,人們在研究開發(fā)價(jià)廉及使用性能好的新型制模材料,如人造金剛石是其中之一,它的硬度、耐磨性僅次于自然金剛石,優(yōu)于硬質(zhì)合金,價(jià)格明顯低于自然金剛石,是制作拉絲模的良好材料。
人造金剛石模自20世紀(jì)70年代開始用于拉絲行業(yè),但當(dāng)時(shí)限于它的制造技術(shù)及價(jià)格還較貴,僅在有色金屬絲及細(xì)鋼絲的拉拔生產(chǎn)中部分使用。隨著人造金剛石制造技術(shù)的發(fā)展及成本降低,到20世紀(jì)80年代,人造金剛石材質(zhì)的聚晶拉絲模已在粗拉、中拉銅絲、鋼絲生產(chǎn)中使用。
雖然硬質(zhì)合金具有高的耐磨性和抗壓強(qiáng)度,但它的抗張和抗沖擊性能較低。在拉拔過程中,拉模要承受很大的張力,因此必須在硬質(zhì)合金模的外側(cè)鑲上一個(gè)鋼質(zhì)外套,給它以一定的預(yù)應(yīng)力,減少或抵消拉拔模在拔制時(shí)所承受的工作應(yīng)力,增加它的強(qiáng)度。硬質(zhì)合金拉模鑲套裝配如圖5-18所示。
短芯棒分圓柱形芯棒和圓錐形芯棒兩種。圓柱形芯棒又分空心的和實(shí)心的兩類。空心圓柱形芯棒(見圖5--19(a))一般用來拔制內(nèi)徑不小于30mm的管材。在拔制內(nèi)徑較小的管材時(shí),由于芯棒直徑已很小,要用實(shí)心芯棒。
芯棒直徑D等于拔制后管材內(nèi)徑,芯棒長度L與直徑D大致有如下關(guān)系:L/D=1-1.5為了保證開始拔制時(shí)芯棒能順利地被管材帶入變形區(qū),芯棒端面一般倒成45°角。使用圓錐形芯棒時(shí),管壁的變形主要在芯棒頂端進(jìn)行。因此對這種芯棒,正確選擇其定徑帶的長度a及圓錐部分的錐角β很重要。減壁量一定的情況下,β小則減壁區(qū)長,摩擦力增加;β大則變形集中,易加劇芯棒端部磨損且正壓力的水平分量增加。選擇β角要綜合考慮各種因素的影響。一般β為8°~13°,常用的是8°~9°.長芯棒直徑等于拔后管子內(nèi)徑,芯棒長度應(yīng)大于拔后管子長度。
在使用固體粉狀潤滑劑的拉伸工藝中,為了增強(qiáng)潤滑作用,提高線材的質(zhì)量和產(chǎn)量,采用增壓模裝置,其效果較為突出。同一般拉伸過程比較,此法操作簡單,周期短,生產(chǎn)率高,鈦線生產(chǎn)實(shí)踐證明,它是一種比較有希望的加工方法。
增壓模裝置是指在拉伸模前安裝增壓噴嘴的組合模裝置(見圖5-20).當(dāng)線材以一定的速度通過拉伸模時(shí),堆放在組合模前
的固體粉狀潤滑劑被帶進(jìn)增壓噴嘴。由于流體動力摩擦原理,增壓噴嘴以較大的壓力向工作模變形區(qū)輸送潤滑劑,造成自動的增壓強(qiáng)制潤滑的效果。增壓模的模孔直徑一般為線材拉伸前直徑的1.10倍左右。不同規(guī)格組合模套尺寸見表5-7.
