硬質(zhì)合金拉伸模具的應(yīng)用


1、概述
硬質(zhì)合金作為一種工具材料，已經(jīng)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(zhì)合金最早使用的領(lǐng)域。硬質(zhì)合金拉伸模具充分利用了硬質(zhì)合金的耐磨性高，拋光性能良好，粘附小，磨擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)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(shù)未工作區(qū)的角度和內(nèi)孔的幾何形狀。
由于硬質(zhì)合金是一種脆性材料，一般需要配以硬質(zhì)合金外徑3‰~~6‰的過盈量以鑲?cè)脘撝频耐馓?，如模具要求高，鋼套材質(zhì)則要改用合金鋼或模具鋼，并經(jīng)熱處理才能保證硬質(zhì)合金模具的正常使用。



2、各類模具的合理應(yīng)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(qū)，以適應(yīng)大壓縮率，高速拉拔的需要，拉拔原理如圖2 所示。

根據(jù)被拉拔材料強(qiáng)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(nèi)，材料強(qiáng)度高的壓縮率應(yīng)小些。
壓縮率可用以下公式計(jì)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(jìn)入拉伸模具工作區(qū)后，會在變形區(qū)的高度內(nèi)開始壓縮，為保證較小的拉拔力和模具的正常使用，變形區(qū)的高度應(yīng)控制在工作區(qū)總高的一般以內(nèi)，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(qū)的高度可按如下公式計(jì)算：
式中：h變——變形區(qū)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(qū)角度
實(shí)際變形區(qū)高度可通過改變拉伸模具的工作區(qū)角度和僅出現(xiàn)的尺寸來控制。一般拉伸模具要求內(nèi)孔表面粗糙度達(dá)到Ra0.5μm以上，定徑區(qū)平直。
硬質(zhì)合金絲棒類模具有向超細(xì)孔發(fā)展的趨勢，拉絲模的孔徑在0.3mm以下，達(dá)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(wǎng)行業(yè)。


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(nèi)徑?jīng)]有要求，只適用管拉模（即外模），叫空拉，如圖3。



管內(nèi)沒有芯頭，拉出的管材內(nèi)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(nèi)孔有一定要求的鋼管，其工作原理如圖4。



內(nèi)孔芯頭采用30型硬質(zhì)合金芯頭，定徑區(qū)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(nèi)孔尺寸易變大。制造時(shí)要求芯頭定徑區(qū)平直，兩端適當(dāng)圓弧過渡。芯頭的聯(lián)接方式有焊接式和螺旋肝連接兩種。前者適于小規(guī)格芯頭，后者適于大規(guī)格芯頭。焊接時(shí)應(yīng)避免焊接應(yīng)力集中而導(dǎo)致硬質(zhì)合金部分?jǐn)嗔衙撀?，管伸?？刹捎?0，21，23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(qū)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(nèi)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(zhì)合金管拉模內(nèi)孔達(dá)Φ220mm，硬質(zhì)合金31型芯頭外徑達(dá)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(nèi)孔接觸面積達(dá)，尺寸穩(wěn)定，主要用于大直徑管材減徑或同時(shí)減壁減徑，管拉?？刹捎?0，23等型號。
以上幾種管材的拉拔形式由于受鏈條式拉拔設(shè)備的限制，管材的內(nèi)徑一般在Φ40——Φ200內(nèi)，最大的可達(dá)Φ500mm，壁厚一般為（4——19）mm，最大可達(dá)40mm，管材的長度一般為6.5米，最大可達(dá)20米。由于超大孔徑的管材拉伸時(shí)變形力和沖擊力都很大，很多廠家還是用鋼模，隨著拉拔設(shè)備和硬質(zhì)合金的發(fā)展，硬質(zhì)合金將逐漸進(jìn)入超大管材的拉拔，以體現(xiàn)其優(yōu)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(lián)系拉拔，管材長度可達(dá)幾千米，如用于制冷行業(yè)的銅盤管，還有用作特殊用途的毛細(xì)銅管，內(nèi)孔可做到Φ0.1mm以下。內(nèi)模游動芯頭不需要固定，游動于管內(nèi)靠近管拉模定徑區(qū)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(zhì)量要求特別高，模具工作表面的粗燥度要達(dá)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(dāng)精確，過渡圓弧適當(dāng)，否則管材易拉斷，或內(nèi)孔尺寸不穩(wěn)定。
現(xiàn)在用于制冷業(yè)的銅管為了在一定尺寸內(nèi)增加散熱面積，已開始拉制內(nèi)螺紋銅管，這就需要硬質(zhì)合金外螺紋芯頭，如圖7。



其拉拔是的結(jié)構(gòu)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(zhì)合金外圓表面均勻開出螺紋的“V”型槽，并且要求槽內(nèi)外表面全部拋光。
以上幾種拉拔方式的外模的主要參數(shù)在于工作區(qū)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(yīng)的外模的工作角小2o到 3o。