拉丝模（用于各种拉制金属线的模具）

基本用途

拉丝模用途广泛，如电子器件、雷达、电视、仪表及航天等所用的高精度丝材以及常用的钨丝、钼丝、不锈钢丝、电线电缆丝和各种合金丝都是用金刚石拉丝模拉制出来的，金刚石拉丝模由于采用天然金刚石作原料，从而具有强的耐磨性，使用寿命极高。

基本种类

1、拉软金属（如金银）时钢模就够用，钢模上可以有多个不同孔径的孔。

2、硬质合金模——拉制钢丝（钢线）一般采用硬质合金模具（Tungsten carbide nib），这种模具的典型结构为一个圆柱形（或略带锥度）的硬质合金模芯紧密地镶嵌在一个圆形钢套（case）中，模芯内孔中有喇叭口（Bell radius）、入口锥（Entrance angel）、变形（工作）锥（approach angle）、定径带（bearing）及出口角（back relief）。

3、钢丝模——拉有色金属线，如铜、铝，也较多采用和钢丝模类似的拉丝模，内孔形状有些差异。

4、聚晶模——拉细线可用到聚晶模（人造钻石），还有用到天然钻石的拉丝模。

主要失效形式

拉丝模具的失效按照发生时间的早晚，大致可分为两类：正常失效和早期失效。

正常失效：拉丝模具经过大量的生产使用，因摩擦而自然磨损或缓慢地产生塑性变形及疲劳裂纹，达到正常使用寿命之后失效是属于正常的现象，为正常失效。

早期失效：模具未达到设计使用规定的期限，既产生崩刃、碎裂、折断等早期破坏；或因严重的局部磨损和塑性变形而无法继续服役，为早期失效。对于早期失效的模具，必须查找其产生的原因，努力采取补救的措施。

材质及其特点

经历了几十年的发展，已出现了很多新型拉丝模材质。按照材料种类，可将拉丝模分为合金钢模、硬质合金模、天然金刚石模、聚晶金刚石模、CVD金刚石模和陶瓷模等多种。新型材料的开发极大的丰富了拉丝模的应用范围并提高了拉丝模的使用寿命。各种拉丝模材质的优缺点对比见表2。

表2 几种拉丝模材料的优缺点对比

结构

随着改革、开放的深入进行，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，为提高中国拉丝模的设计水平提供了借鉴。

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。

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。

国内外对比

天然金刚石拉丝模，选用优质天然金刚石为材料，具有耐磨性强、光洁度高、使用寿命长等优点，是电线电缆及各种拉丝厂家不可或缺的工具；人造金刚石拉丝模，选用高强度人造金刚石聚晶做模心材料，具有硬度高、导热性好、耐磨性强不易破碎、使用寿命长、经济效益高等优点，适用于拉制各种金属线材。

与国外产品相比，国产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。定径区是线材确定最终尺寸的最后环节，定径区的短小且不平直将直接影响到线材的最终质量。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。

从德国产拉丝模与我国湘钢产拉丝模的磨损曲线对比可知，两种拉丝模在相同的拉拔条件下工作：工件材质：65号钢线材；拉拔速度：3.64m/s；拉拔用润滑剂：肥皂粉；拉拔前表面涂层：硫酸酸洗、磷化、涂硼砂。测试结果表明，拉丝模的结构对拉丝模的使用有很大的影响。德国产拉丝模的使用寿命比湘钢产拉丝模的使用寿命高2.72倍。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。