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拉丝模具的结构简介

2021-10-23 08:22:39

近年来,国内相继引进了工业发达国家制造的拉丝模及相应的模孔检测仪器。通过对国外拉丝模具孔型的剖析,使我们了解到现代拉丝模孔型的设计思想,为提高我国拉丝模的设计水平提供了借鉴。 

1. 拉丝模具内孔结构

拉丝模芯的结构按工作性质可分为“入口区、润滑区、工作区、定径区、出口区”五个区间。拉丝模的内径轮廓很重要,它决定着压缩线材所需的拉力,并影响拉拔后线材中的残余应力。模芯各区的作用分别是:入口区,方便穿线及防止钢丝从入口方向擦伤拉丝模;润滑区,通过它使钢丝易于带入润滑剂;工作区,是模孔的主要部分,钢丝的变形过程在这里进行,即将原始截面减小到所要求的截面尺寸。在拉拔圆锥面金属时,工作区内金属的体积所占的空间是一个圆台,该空间称为变形区。工作区内的圆锥半角α(又称为模孔半角)主要用于确定拉拔力的大小;定径区的作用在于取得被拉拔钢丝的准确尺寸;出口区是用于防止钢丝出口不平稳而刮伤钢丝表面。

2 “直线型”与“弧线型”模的讨论

随着拉丝速度的提高,拉丝模的使用寿命成为突出的问题。美国人t maxwall和e g kennth提出了适应高速拉丝的新拉丝模孔型理论,即“直线型”理论。

根据该理论制作的拉丝模具有下列特点:

①入口区、润滑区合二为一,具有使润滑角减小的趋势,使润滑剂进入工作区前就受到一定压力,从而起到更好的润滑效果。

②入口区和工作区加长,以建立较好的润滑压力,其角度按拉丝材质和每道次压缩率分别进行优选。

③定径区必须平直且长度合理。

④各部分纵面线都必须是平直的。

近年来,国内拉丝行业对“直线型”和“弧线型”拉丝模进行了广泛的讨论,其中争议较大的是工作区的形状和工作区与定径区交界处的形状。不少人对“直线型”模持肯定态度。但笔者认为两种类型的拉丝模均有着各自的特点及所适用的场合,不加分析地作出结论,末免有失偏颇。

模芯工作区呈“弧线型”,会使金属在变形区内的流动更加曲折,导致附加剪切变形及多余变形功的增大,继而使拉拔应力增大(一般较“直线型”模增大10~30%)。而“直线型”模工作区轮廓线上各点的斜率相同,这样当我们确定了Z佳工作区圆锥半角α时,便可在Z小的应力状态下拉拔金属;而“弧线型”模由于其轮廓线上各点的曲率不同,故无法使整个工作区存在这样一个Z佳工作区圆锥半角α。从有利于金属的流动和减小拉拔应力的角度出发,目前国外在道次压缩率为10~35%(大多数金属丝的变形均在此范围内)及拉拔中、粗规格的金属丝时,一般均采用“直线型”工作区。

拉丝模具的结构简介

而采用“弧线型”工作区时,金属在内孔中的变形可随其加工硬化程度的增加而逐渐减小,内孔壁上的压力分布和磨损都比较均匀,故“弧线型”工作区耐磨性好。特别是当道次压缩率较小时(小于10%),采用“弧线型”工作区,可在工作区圆锥半角α较小的情况下获得足够长的变形区。加之“弧线型”工作区具有适应能力强的特点,故在道次压缩率较大(大于35%)或较小(小于10%)及拉拔钢丝时,还是应该采用“弧线型”模。

3 国内外拉丝模孔形对比

与国外产品相比,国产硬质合金拉丝模模坯存在以下明显不足:

①入口角小。由于在拉拔过程中线材首先和模芯入口区接触,入口区锥角小,不但增大了线材与内孔的接触面积,使摩擦力增大,而且妨碍润滑剂的带入,使拉丝过程中的润滑效果变差,严重影响模具使用寿命。

而国外拉丝模产品的入口角增大,有效地避免了线材与拉丝模的擦伤,而且带入了更多的润滑剂,增强了润滑效果,减少了模芯磨损。这种改变提高了线材的表面质量,同时也提高了拉丝模的使用寿命。②工作区短小。与国内同种规格的拉丝模相比,国外拉丝模工作区的长度普遍要长许多。较长的工作区有利于线材在拉拔过程中摩擦力的减少与均匀分布,降低拉丝模内孔的磨损,提高模具寿命。较长窄的工作区能减小线材和拉拔模的间隙,可在大的压力下迫使较多的润滑剂进入线材与内孔中间,从而造成更好的润滑压力。由内孔出去的线材温度较低,拉拔力减小,拉拔过程中金属的流动较为均匀,有利于拉拔速度的提高和线材表面质量的改善。此外,这种类型的工作区设计还能防止润滑剂从拉丝模的进口端退出。

而我国模具由于工作区短小,造成孔内有效使用面积较小,不仅增加了摩擦力,加剧磨损,而且浪费原材料,增大了成本投入。

③定径区不明显。定径区是线材确定Z终尺寸的Z后环节,定径区的短小且不平直将直接影响到线材的Z终质量。短小的定径带容易造成产品尺寸超差,并使拉拔模很快磨损报废。明显且平直的定径区能够生产出高精度和高表面质量的线材,而且有利于减小磨损,大大提高拉丝模的使用寿命。

上述比较分析证明:通过拉丝模内孔的孔型优化可以降低拉丝模具的磨损率,延长拉丝模的使用寿命。因此,进行拉丝模的孔型优化,提高拉丝模的制造精度,可以节约生产成本,大幅度提高生产效率,对我国线材工业的发展具有重要意义。

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