硬质合金拉伸模具的应用


1、概述
硬质合金作为一种工具材料，已经越来越普遍使用了切削工具，耐磨工具，耐冲击工具。耐腐蚀零件部件及其他用途制品种，而拉伸类模具是硬质合金最早使用的领域。硬质合金拉伸模具充分利用了硬质合金的耐磨性高，抛光性能良好，粘附小，磨擦系数小等优点，已基本替代了用以拉制各种钢材和有色金属的钢模。一般拉伸模具的结构如图1所示。



根据被拉拔的材料，截面形状，压缩率不同而形成了不同型号的拉伸模具，其分类的主要参数未工作区的角度和内孔的几何形状。
由于硬质合金是一种脆性材料，一般需要配以硬质合金外径3‰~~6‰的过盈量以镶入钢制的外套，如模具要求高，钢套材质则要改用合金钢或模具钢，并经热处理才能保证硬质合金模具的正常使用。



2、各类模具的合理应用
2.1丝棒类拉伸模具

主要用于拉拔各种尺寸的钢材和有色金属，常用型号有S11,S12,S13,比以前的11,12,13型加大了工作区，以适应大压缩率，高速拉拔的需要，拉拔原理如图2 所示。



根据被拉拔材料强度，拉拔工艺不同，拉伸模允许的压缩率一般控制在10%～～30%以内，材料强度高的压缩率应小些。
压缩率可用以下公式计算:
式中：D——拉拔前线材的直径，mm；
      d——拉拔后线材的直径，mm；
线材进入拉伸模具工作区后，会在变形区的高度内开始压缩，为保证较小的拉拔力和模具的正常使用，变形区的高度应控制在工作区总高的一般以内，接触变形的高度过高，则接触面积增大，从而加大摩擦力，变形区的高度可按如下公式计算：
式中：h变——变形区高度，mm；
      D——拉拔前线材的直径，mm；
      d——拉拔后线材的直径，mm；
      α——工作区角度
实际变形区高度可通过改变拉伸模具的工作区角度和仅出现的尺寸来控制。一般拉伸模具要求内孔表面粗糙度达到Ra0.5μm以上，定径区平直。
硬质合金丝棒类模具有向超细孔发展的趋势，拉丝模的孔径在0.3mm以下，达到了0.15mm，甚至更小，用以取代昂贵的聚晶模和钻石模，主要用于钢帘线和筛网行业。


2.2管拉拔模具

拉拔各种钢管，有色金属管，一般有四种拉拔情况。
第一种拉拔对管材的内径没有要求，只适用管拉模（即外模），叫空拉，如图3。



管内没有芯头，拉出的管材内孔表面粗糙度，圆度较差，尺寸偏差大，壁厚不均匀。管拉模一般用20，21型。
第二种情况是拉拔内孔有一定要求的钢管，其工作原理如图4。



内孔芯头采用30型硬质合金芯头，定径区较短，拉拔摩擦力较小，主要用于硬度高的钢管的减壁拉拔。但芯头定径去尺寸易摸索，管材内孔尺寸易变大。制造时要求芯头定径区平直，两端适当圆弧过渡。芯头的联接方式有焊接式和螺旋肝连接两种。前者适于小规格芯头，后者适于大规格芯头。焊接时应避免焊接应力集中而导致硬质合金部分断裂脱落，管伸模可采用20，21，23等各种型号。芯头用一长拉杆固定，使之总是在管拉模定径区的位置。
第三种是用管拉模和31型固定芯头控制管材的外径和内孔尺寸的拉拔，其工作原理如图5，例如拉紫铜管，白铜管。



最大的硬质合金管拉模内孔达Φ220mm，硬质合金31型芯头外径达Φ180mm，有部分特大芯头有些厂家还是采用Cr12等模具钢做。
31型芯头中间有一穿拉杆的孔，芯头与管材内孔接触面积达，尺寸稳定，主要用于大直径管材减径或同时减壁减径，管拉模可采用20，23等型号。
以上几种管材的拉拔形式由于受链条式拉拔设备的限制，管材的内径一般在Φ40——Φ200内，最大的可达Φ500mm，壁厚一般为（4——19）mm，最大可达40mm，管材的长度一般为6.5米，最大可达20米。由于超大孔径的管材拉伸时变形力和冲击力都很大，很多厂家还是用钢模，随着拉拔设备和硬质合金的发展，硬质合金将逐渐进入超大管材的拉拔，以体现其优越的耐磨性能。
第四种拉拔为管拉模与游动芯头拉拔，主要用拉拔较小尺寸的有色金属管材，特别是铜管。属于联系拉拔，管材长度可达几千米，如用于制冷行业的铜盘管，还有用作特殊用途的毛细铜管，内孔可做到Φ0.1mm以下。内模游动芯头不需要固定，游动于管内靠近管拉模定径区的地方，其工作原理如图6。
拉制该种管材对管拉模和游动芯头的质量要求特别高，模具工作表面的粗燥度要达到Ra0.05μm以上，不能有砂眼，沟纹等。另外要求管拉模与游动芯头的工作角相当精确，过渡圆弧适当，否则管材易拉断，或内孔尺寸不稳定。
现在用于制冷业的铜管为了在一定尺寸内增加散热面积，已开始拉制内螺纹铜管，这就需要硬质合金外螺纹芯头，如图7。



其拉拔是的结构示意图如图8，拉出的管材截面如图所示。
外螺纹芯头必须在硬质合金外圆表面均匀开出螺纹的“V”型槽，并且要求槽内外表面全部抛光。
以上几种拉拔方式的外模的主要参数在于工作区的角度和形状不同，工作角一般在24º到30º之间，游动芯头的工作角比相应的外模的工作角小2º到 3º。