硬質合金拉伸模具的應用


1、概述
硬質合金作為一種工具材料，已經越來越普遍使用了切削工具，耐磨工具，耐沖擊工具。耐腐蝕零件部件及其他用途制品種，而拉伸類模具是硬質合金最早使用的領域。硬質合金拉伸模具充分利用了硬質合金的耐磨性高，拋光性能良好，粘附小，磨擦系數小等優點，已基本替代了用以拉制各種鋼材和有色金屬的鋼模。一般拉伸模具的結構如圖1所示。

根據被拉拔的材料，截面形狀，壓縮率不同而形成了不同型號的拉伸模具，其分類的主要參數未工作區的角度和內孔的幾何形狀。
由于硬質合金是一種脆性材料，一般需要配以硬質合金外徑3‰~~6‰的過盈量以鑲入鋼制的外套，如模具要求高，鋼套材質則要改用合金鋼或模具鋼，并經熱處理才能保證硬質合金模具的正常使用。



2、各類模具的合理應用
2.1絲棒類拉伸模具

主要用于拉拔各種尺寸的鋼材和有色金屬，常用型號有S11,S12,S13,比以前的11,12,13型加大了工作區，以適應大壓縮率，高速拉拔的需要，拉拔原理如圖2 所示。

根據被拉拔材料強度，拉拔工藝不同，拉伸模允許的壓縮率一般控制在10%～～30%以內，材料強度高的壓縮率應小些。
壓縮率可用以下公式計算:
式中：D——拉拔前線材的直徑，mm；
      d——拉拔后線材的直徑，mm；
線材進入拉伸模具工作區后，會在變形區的高度內開始壓縮，為保證較小的拉拔力和模具的正常使用，變形區的高度應控制在工作區總高的一般以內，接觸變形的高度過高，則接觸面積增大，從而加大摩擦力，變形區的高度可按如下公式計算：
式中：h變——變形區高度，mm；
      D——拉拔前線材的直徑，mm；
      d——拉拔后線材的直徑，mm；
      α——工作區角度
實際變形區高度可通過改變拉伸模具的工作區角度和僅出現的尺寸來控制。一般拉伸模具要求內孔表面粗糙度達到Ra0.5μm以上，定徑區平直。
硬質合金絲棒類模具有向超細孔發展的趨勢，拉絲模的孔徑在0.3mm以下，達到了0.15mm，甚至更小，用以取代昂貴的聚晶模和鉆石模，主要用于鋼簾線和篩網行業。


2.2管拉拔模具

拉拔各種鋼管，有色金屬管，一般有四種拉拔情況。
第一種拉拔對管材的內徑沒有要求，只適用管拉模（即外模），叫空拉，如圖3。



管內沒有芯頭，拉出的管材內孔表面粗糙度，圓度較差，尺寸偏差大，壁厚不均勻。管拉模一般用20，21型。
第二種情況是拉拔內孔有一定要求的鋼管，其工作原理如圖4。



內孔芯頭采用30型硬質合金芯頭，定徑區較短，拉拔摩擦力較小，主要用于硬度高的鋼管的減壁拉拔。但芯頭定徑去尺寸易摸索，管材內孔尺寸易變大。制造時要求芯頭定徑區平直，兩端適當圓弧過渡。芯頭的聯接方式有焊接式和螺旋肝連接兩種。前者適于小規格芯頭，后者適于大規格芯頭。焊接時應避免焊接應力集中而導致硬質合金部分斷裂脫落，管伸模可采用20，21，23等各種型號。芯頭用一長拉桿固定，使之總是在管拉模定徑區的位置。
第三種是用管拉模和31型固定芯頭控制管材的外徑和內孔尺寸的拉拔，其工作原理如圖5，例如拉紫銅管，白銅管。



最大的硬質合金管拉模內孔達Φ220mm，硬質合金31型芯頭外徑達Φ180mm，有部分特大芯頭有些廠家還是采用Cr12等模具鋼做。
31型芯頭中間有一穿拉桿的孔，芯頭與管材內孔接觸面積達，尺寸穩定，主要用于大直徑管材減徑或同時減壁減徑，管拉模可采用20，23等型號。
以上幾種管材的拉拔形式由于受鏈條式拉拔設備的限制，管材的內徑一般在Φ40——Φ200內，最大的可達Φ500mm，壁厚一般為（4——19）mm，最大可達40mm，管材的長度一般為6.5米，最大可達20米。由于超大孔徑的管材拉伸時變形力和沖擊力都很大，很多廠家還是用鋼模，隨著拉拔設備和硬質合金的發展，硬質合金將逐漸進入超大管材的拉拔，以體現其優越的耐磨性能。
第四種拉拔為管拉模與游動芯頭拉拔，主要用拉拔較小尺寸的有色金屬管材，特別是銅管。屬于聯系拉拔，管材長度可達幾千米，如用于制冷行業的銅盤管，還有用作特殊用途的毛細銅管，內孔可做到Φ0.1mm以下。內模游動芯頭不需要固定，游動于管內靠近管拉模定徑區的地方，其工作原理如圖6。



拉制該種管材對管拉模和游動芯頭的質量要求特別高，模具工作表面的粗燥度要達到Ra0.05μm以上，不能有砂眼，溝紋等。另外要求管拉模與游動芯頭的工作角相當精確，過渡圓弧適當，否則管材易拉斷，或內孔尺寸不穩定。
現在用于制冷業的銅管為了在一定尺寸內增加散熱面積，已開始拉制內螺紋銅管，這就需要硬質合金外螺紋芯頭，如圖7。



其拉拔是的結構示意圖如圖8，拉出的管材截面如圖所示。


外螺紋芯頭必須在硬質合金外圓表面均勻開出螺紋的“V”型槽，并且要求槽內外表面全部拋光。
以上幾種拉拔方式的外模的主要參數在于工作區的角度和形狀不同，工作角一般在24o到30o之間，游動芯頭的工作角比相應的外模的工作角小2o到 3o。