硬质合金模具设计-1

硬质合金模具设计----其对钢丝质量的影响

作者：汤玛斯.麦斯维尔

美国奎鹏模具公司

炼钢，以及金属制造这两门学科至今只有六十年的历史，然而制造钢丝这门技术却可以追溯到六千年前。正是因为这门技术的发展以及人们的不断钻研，使得我们在钢丝制造业中达到了这样一个水平：一个没有任何可动零件的小部件变成了钢丝制造业的核心部件。当你在思考钢丝制造流程的时候，你会发现每一个你所使用的设备，每一台拉丝机，每一台开卷机，每一个棒成型操作，每一个清洁操作，不论是用酸洗还是用机械的方法去除水垢，都是为了一个目的，那就是让这块金属通过一个圆锥形的洞-------人类所知道的构造最为简单机械之一。

尽

管无论核心模具冶金性质还是制造碳化钨的方法自从1965年钢丝绳制造手册卷1出版以来一直没有大的变化。在模具规格，整理程序，机械设备等地方还是有许多重要进展。直到最近，标准拉丝机模具可以被手工精确修整，提升了他们尺寸精确性上的变化。随着拉丝规格的不断精确化，模具所需要的精确性和坚固性也不断上升。机械模具精整设备的早期发展集中于粗糙打孔以及初步打磨步骤。剩余的最终抛光打磨步骤都被留下待手工完成。然而，今天的钢丝工业转向了那些可以用更低的成本提供更优异质量产品的生产方法。随着机械除水垢法和更高的中轧速度的广泛应用，工业上对碳合金模具的要求也在相应地逐步提高；对模具轮廓和规格做一些改动也变得十分必然。这些改变带来了新的全自动整套机械和新的训练技术的发展。这些机械和设备可以使操作员用预先设定好的进给调节参数和高效的切割率完整地制备模具。它可以制备出更高精度和坚固性的模具，因此增加了模具的性能，同时延长了模具的寿命。

碳合金模具

拉丝模具被描述为人们控制的设备中最为杰出的设备，因为它代表了一种简洁和高效的完美结合。

它可以使金属塑性流动，而这是其他方法无法达到的。它改变了材料的物理性质，并且提供给钢丝一种尺寸和界面的精确性，而这也鲜有其他方法可以达到。它给予金属一种致密结构，一个坚硬的表面，一个高的抛光度。它变成了一台自动检测工具，除了润滑剂和镀层之外，只需要推着材料经过固定模具的力的辅助。

模具术语表

钟半径（或者是贝尔半径？）。模具的这个部分是用来引导线材的。如果线

材螺旋着进入模具轮廓的话，它就会起一个引导作用。线材在中心跟进圆锥形的接触角度接触前一刻接触这一表面。生产商会把这一部分做的比较粗糙，任何针对这一部分的打磨或抛光只是为了对外表进行装饰，因为拉丝不在这儿进行。

接触角度。接触角度的作用是引导润滑剂进入模具的接触角，在这里润滑剂在拉丝时

被包裹在钢丝上。进入模具的钢丝应该被直接引导进入压缩角，而不与接触角接触，除了从一个钢丝线团中拉出钢丝时。这一角度也可以做得比较粗糙。

出口缓解区。出口缓解区的锥形区域被设计用以加强模具出口的强度，防止硬质合金

尖端处破裂。它可以保证金属成形区位于硬质合金尖端处的中心，因为它的长度使得轴承和接触角度在尖端处处于一个更高的位置。出口缓解区角度通常也是做得比较粗糙。大多数情况下，它的直径是足够大的，大到可以直接适应更大尺寸的复式切割而不用再增大出口角度。如果这一缓解区取消，或者它的长度小于大约3.18mm的时候，出口角度需要重新计算。

钢套。钢套需要由硬度在20到25RC的优质钢材制造。钢套的外径需要与内孔同心接合，

并且表面与外径平整一致。内孔的直径需要制造的十分精确，以达到紧密相容的程度。以确保和合金尖端有正确的压配合。

钨碳合金尖端。尖端由硬质合金制成，它是一种钨和钴粉末的混合物，冷压进入碳

合金尖端外形中成型的。大多数的尖端的钴含量为6%到12%的，钨含量为平衡组分。尖端的外径被无中心地磨平，以确保在钢套里有正确的压配合。

接触角。接触角是一个拉丝模具中最为重要的部分。整个的断面收缩率以及润滑剂在钢

丝的包裹均发生在这里。任何一个拉丝模具的效率均由这一接触区域的设计和精确度决定。这一区域必须被制作成一个精确的圆锥形角度，并且内表面极其光滑。它的各边必须笔直，没有任何不同半径部分或者杂轮廓在它的内表面上。这个角度必须在专用设备上精确地制造，以确保接触角和轴承直径表面有共同的中心线。另外，这些表面必须与钢套的外直径同心。

轴承。轴承在拉丝模具中的作用是对所拉的钢丝的直径进行最后一步控制，以保证它的

圆度，平直度，以及完成表面的平整，光滑度。因此，轴承表面必须精确制备，以确保圆度以及最终的微小的误差。为了防止模具磨损过快，平行轴承的长度应该是35%到50%的模具直径。当被拉出的钢丝被推动而脱离正常方向时，外加的压力将会加在轴承表面的一侧上，如果发生这样的情况正确的平行轴承长度可以帮助延长模具寿命。

干拉过程中模具磨损的原因

模具的磨损通常表现为润滑剂表层的破裂，这会在待拉材料的表面产生一个抛光或明亮的部分。如果拉丝继续的话，这个明亮的部分将会很快变成一系列纵向的线条，这些线条随后又会导致刮削，并且会使钢丝变成椭圆形。如果刮痕一旦明显就立刻更换模具的话，检测后会发现模具会出现环剥现象，并且这些环剥通常频繁地发生在模具的一个部分。从磨损的环处到模具末端出口处，可能会观察到金属小颗粒附着在模具表面。润滑剂不能耐受模具内部的压力和温度，因此导致了模具自身的损坏。

当模具上有环产生时，剥落的碳合金颗粒如此之多以至于他们不能被钢丝上的皂皮层吸收。钢丝上的颗粒被撕裂般地带走，随后与碳合金颗粒混合，形成一个可以导致润滑剂完全破碎的织补处。随着拉丝压力的增加，模具内部温度也会增加，模具本身的一部分也可能被撕走。

如果钢丝在一个发生环剥落的模具上被拉回，检测将发现钢丝的线径减少量是单边减少，并且模具中高压部分的位置处在有部分环剥落的部分。这一情况是由于进入钢丝的中心线没有对准造成的。在这种情况下，钢丝的线径减少量将会只发生在模具的有效表面部分，并且这一部分属于工作压力更大的区域。

中心线不对准通常是由于钢丝沿着模具箱滑轮和模具之间的曲线运行造成的。拉斯部分的接触角越大，其所造成的环剥落现象越明显。观察所得，如果一根钢丝需要连续六步拉拔步骤，与前面的步骤相比，钢丝第四、五、六步的阻滞弧线相接的更为紧密，并且通常是在后面的几个孔中，模具的磨损更为严重。另外，因为这时钢丝变的更坚硬，传递速度也更加快，因此，在一个给定的点上，给定的时间段内，相比前面几步，后面的几步会有更多的物质通过这一点。

一旦模具达到这种情况后，它不能够继续生产，并且需要立刻被更换。接触角度或者/以及轴承必须及时维护以除去对碳合金造成的伤害，并且增加轴承直径。