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拉丝圆柱钢模的研究现状

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拉丝圆柱钢模的研究现状

发布日期:2017-12-19 作者: 点击:

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征必须满足硬度高、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,在金属丝与模空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。

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,早已被其它模具所取代。


(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,而原料价格远低于天然金刚石。


(4)硬质合金模

硬质合金在20世纪初进入市场,到了50年代已取代了钢模,其生产工艺不断更新,质量不断提高,成为了咸菜工业中的主要材料。拉丝模模具中钴的添加量越少,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)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很多。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压紧、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实验。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,要求工艺严格,否则不易达到理想效果跑。

近年来,随着化学汽相沉积法沉积金刚石薄膜技术的,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,以提高拉丝模的寿面,如:旋转拉丝模、可拆卸式装配模等。

一般拉说,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,而使产品实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是设计发明,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,淫才发展新的孔型理论已是必然。

我国的拉丝模生产基本上是沿用前苏联50年的工艺规范,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告诉拉丝机,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,因而直线型啦什么的优势逐渐被认识。

(2) 直线型

1980年美国马克维罗(T·Maxwall)和肯尼思(E·G·Kennth)提出了适用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、、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。


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