拉丝模具种类及优缺点

拉丝模具种类及优缺点

拉丝模别名：眼模

通常指各种拉制金属线的模具，还有拉光纤的拉丝模。所有拉丝模的中心都有个一定形状的孔，圆、方、八角或其它特殊形状。金属被拉着穿过模孔时尺寸变小，甚至形状都发生变化。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。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)。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，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。

秦始皇兵马俑中的一些士兵的石铠甲上就能见到有金属线，因此估计那时候就有人掌握了拉丝技术。在天工开物那本明代的书籍中我们能见到针的制作工艺，其中就有拉丝模的采用。

一、拉丝模的定义

通常指各种拉制金属线的模具，还有拉光纤的拉丝模。所有拉丝模的中心都有个一定形状的孔，圆、方、八角或其它特殊形状。金属被拉着穿过模孔时尺寸变小，甚至形状都发生变化。

二、拉丝模的种类

1、钢模——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。

三、拉丝模的用途

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，从而具有极强的耐磨性，使用寿命极高。

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拉丝模是各种金属线材生产厂家(如电线电缆厂、钢丝厂、焊条焊丝厂等)拉制线材的一种非常重要的易消耗性模具。拉丝模的适用范围十分广泛，主要用于拉拔棒材、线材、丝材、管材等直线型难加工物体,适用于钢铁、铜、钨、钼等金属和合金材料的拉拔加工。由于拉丝模的成本约占拉丝费用的１/２以上，因此，如何降低拉丝模成本、提高其使用寿命是金属线材生产单位迫切需要解决的问题。

国外金属制品工业为提高生产竞争能力，越来越重视拉丝模的质量和制造工艺的改进，从提高拉丝模寿命入手，对拉丝模的材质、结构、制造工艺、制造设备以及检测仪器等进行了系统的研究，开发出复合拉丝模、拉丝模新材料、表面涂层新技术、拉丝模新的孔型设计方法等，推动了世界拉丝生产的发展。

我国是线材生产大国，产量居世界前列。我国拉丝模制造工业从八十年代起发展较快，随着拉丝模制造水平的不断提高和生产工艺的不断改善，我国的拉丝模制造技术有了进一步的发展，尤其是在拉丝模的材质、结构等方面有了长足进步。但总的来说与国外还有不小的差距。尽管国外生产的拉丝模种类与国内的差不多，但所用材料和工艺过程更加先进，拉丝模的加工精度、耐用性、耐磨性等指标均优于我国的产品。因此，加强制模管理，提高拉丝模质量水平，推动制模工艺技术的进步，是制模工业当前面临的重要课题。

2．拉丝模的材质

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。近年来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。

（1）合金钢模是早期的拉丝模制造材料。用来制造合金钢模的材料主要是碳素工具钢和合金工具钢。但是由于

合金钢模的硬度和耐磨性差、寿命短，不能适应现代生产的需要，所以合金钢模很快被淘汰，在目前的生产加工中已几乎看不到合金钢模。

（2）硬质合金模由硬质合金制成。硬质合金属于钨钴类合金，其主要成分是碳化钨和钴。碳化钨是合金的“骨架”，主要起坚硬耐磨作用；钴是粘结金属，是合金韧性的来源。因此，硬质合金模与合金钢模相比具有以下特性：耐磨性高、抛光性好、粘附性小、摩擦系数小、能量消耗低、抗蚀性能高，这些特性使得硬质合金拉丝模具有广泛的加工适应性，成为当今应用最多的拉丝模模具。

（3）天然金刚石是碳的同素异性体，用它制作的模具具有硬度高、耐磨性好等特点。但天然金刚石的脆性较大，较难加工，一般用于制造直径1.2mm以下的拉丝模。此外，天然金刚石价格昂贵，货源紧缺，因此天然金刚石模并不是人们最终所寻求的即经济又实用的拉丝工具。

（4）聚晶金刚石是用经过认真挑选的质量优良的人造金刚石单晶体加上少量硅、钛等结合剂，在高温高压的条件下聚合而成。聚晶金刚石的硬度很高，并有很好的耐磨性，与其它材料相比它具有自己独特的优点：由于天然金刚石的各向异性，在拉丝过程中，当整个孔的周围都处在工作状态下时，天然金刚石在孔的某一位置将发生择优磨损；而聚晶金刚石属于多晶体、具有各向同性的特点，从而避免了模孔磨损不均匀和模孔不圆的现象发生。与硬质合金相比，聚晶金刚石的抗拉强度仅为常用硬质合金的70%，但比硬质合金硬250%，这样，使得聚晶金刚石模比硬质合金模有更多的优点。用聚晶金刚石制成的拉丝模耐磨性能好，内孔磨损均匀，抗冲击能力强，拉丝效率高，而且价格比天然金刚石便宜许多。因此目前聚晶金刚石模在拉丝行业中应用广泛。

（5）CVD（化学气相沉积法）涂层拉丝模是新近发展起来的一项新技术，其主要方法就是在硬质合金拉丝模上涂层金刚石薄膜。金刚石薄膜是纯金刚石多晶体，它既具有单晶金刚石的光洁度、耐温性，又具有聚晶金刚石的耐磨性和价格低廉等优点，在代替稀有的天然金刚石制备拉丝模工具方面取得很好的效果，它的广泛使用将为拉丝模行业带来新的活力。

（6）高性能的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强、高温力学性能优良和不易与金属发生粘结等特点，可广泛应用于难加工材料的加工。

近三十年来，由于在陶瓷材料制造工艺中实现了对原料纯度和晶粒尺寸的有效控制，开发了各种碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、晶须或少量金属的添加技术。以及采用多种增韧补强机制等，使陶瓷材料的强度、韧性、抗冲击性能都有了较大提高。

从国外研究结果看，陶瓷材料已广泛应用于模具领域，在日本、美国、法国等国家已有多项专利。虽然现在陶瓷拉丝模在我国还没有得到广泛的应用，但是随着制造技术的不断提高，陶瓷将会是适合拉丝工业的良好的拉丝模材料。

陶瓷拉丝模在拉丝过程中不容易与金属线材发生粘附，有利于提高金属丝材表面性能，尤其是在高温下拉制有色的硬质材料（如W、Mo丝等）。用陶瓷拉丝模拉拔有色金属材质可以避免硬质合金拉丝模的缺陷，并且可以延长拉丝模寿命、提高材质的表面质量。

各种拉丝模的材质各有特点。其中，天然金刚石拉丝模的价格最为昂贵，加工也极其困难，同时因为天然金刚石的各向异性，在径向范围内硬度差别很大，容易在某一方向上产生剧烈磨损，所以天然金刚石模只适用于加工直径很小的丝材。硬质合金模硬度较低，用硬质合金模拉拔的线材质量较高，表面粗糙度低，但硬质合金模的耐磨性较差，模具的使用寿命短。聚晶金刚石模的硬度仅次于天然金刚石，因其具有各向同性的特点，不会产生单一径向磨损加剧的现象，但其价格十分昂贵，加工困难，制造成本很高。CVD涂层拉丝模因具有金刚石的性能而具有良好的耐磨性，拉拔线材的表面粗糙度较低，但是CVD涂层拉丝模的制作工艺复杂，加工困难，成本较高；当涂层磨耗后模具将迅速磨损，不仅难以保证加工质量，而且不能重复使用，只能报废。陶瓷材料具有比硬质合金高的硬度和耐磨性，制作成本低廉，是介于金刚石与硬质合金之间的制作拉丝模的优良材料。但由于陶瓷材料的韧性差、热冲击差且加工困难，至今尚未获得大范围应用。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

拉拔模材质－优点－缺点－应用范围

合金钢模－制作简便－耐磨性差、寿命短－基本淘汰

天然金刚石－硬度高、耐磨性能好－脆性大，加工难－直径1.2mm以下的线模

硬质合金－抛光性好、能量消耗低－耐磨性差、加工困难－各种直径线材