拉拔工具及设计

图11-12 硬质合金模 1-硬质合金模芯；2-模套
（3）工具钢 对于大、中规格制品，一般采用工具 钢，在其模孔工作面上镀铬，其厚度为 0.02~0.05mm。工具钢的材质常用T8A、 T10A优质工具钢，经热处理后硬度达 HRC58~65。 近年来，研究用陶瓷材料制作拉拔模 具，提高硬度和耐磨性。
图11-10 拉拔模孔的几何形状 （a）锥形模；（b）弧线形模 Ⅰ-润滑带；Ⅱ-压缩带； Ⅲ-定径带；Ⅳ-出口带
（1）润滑带Ⅰ （入口锥、润滑锥） 作用：在拉拔时便于润滑剂带入模孔，保 证制品得到充分润滑，减少摩擦；并带走 产生的部分热量；防止划伤坯料。 a 润滑锥角β：通常取β=40~60°。 β过大，润滑剂不易储存，润滑效果差。 β过小，拉拔过程中产生的金属屑、粉 末不易从模孔中随润滑剂流出，堆积在模 孔中易造成制品表面划伤、“缩丝”、拉 断等。
图11-15 常用芯棒的结构形式 a-空心圆柱芯棒；b-实心圆柱芯棒； c-空心锥形芯棒；d-实心锥形芯棒
a 实心芯棒设计 实心芯棒结构尺寸见图11-16和表11-3。
图11-16 实心短芯棒的结构参数
表11-3 常用实心短芯棒尺寸（mm）
b 空心芯棒设计 空心芯棒结构尺寸见图11-17和表11-4。
b 润滑锥长度LⅠ： LⅠ =(1.1~1.5)d。 对于管、棒材拉拔模，润滑锥通常用 R=4~8mm的圆弧代替。 （2）压缩带Ⅱ （压缩锥、工作锥） 作用：金属产生塑性变形，获得所需要的形 状、尺寸。 形状：锥形和弧线形。弧线形主要用于拉拔 Φ1.0mm以下线材。对于大、中规格模子， 由于变形区较长，制造弧线形困难，故用 锥形模。
图11-9 绞盘速度自动调节机构 1-张力轮；2-平衡杠杆；3-拉力弹簧；4扇形齿轮；5-齿轮；6-变阻器；7-挡块
• 11.2 拉拔模设计 • 11.2.1 拉拔模的结构尺寸 普通拉拔模根据模孔断面形状可分为 锥形模和弧线形模两种，如图11-10所示。 弧线形模一般只用于细线的拉拔。 管、棒、型及粗线通常都采用锥形模 拉拔。锥形模的模孔一般由四部分组成： 润滑带、压缩带、定径带、出口带。
图11-8 双层储线式拉线机 1-线坯；2-电动机；3-减速机；4-下绞盘； 5-上绞盘；6-滑环；7-导轮；8~12-模子
b 非储线式无滑动多模连续拉线机 拉拔绞盘与线材之间无滑动。在拉拔过 程中，不允许任何一个中间拉拔绞盘上 有线材积累或减少。为了消除线与绞盘 之间的滑动，一般在绞盘上绕上7~10圈 线。 主要特点：在拉拔过程中可借助张力轮 自动调整绞盘速度，并借助平衡杠杆的 弹簧建立反拉力，如图11-9所示。
图11-1 链式拉拔机示意图 1-电动机与减速机；2-主动链轮；3-链条； 4-机架；5-小车挂钩；6-拉拔小车； 7-制品；8-从动链轮；9-模座；10-机座； 11-固定短芯棒与芯杆；12-尾架
（2）联合拉拔机列 对于Φ4~Φ95mm管材，Φ3~Φ40mm棒材， 则趋向于将拉拔、矫直、锯切、抛光以及 探伤等组合在一起形成一个机列，以提高 生产效率和产品质量。如图11-2所示。 特点：机械化、自动化程度高，所需生产 人员少，生产周期短，生产效率高；产品 质量好，表面光洁度高，弯曲度小；设备 重量轻，结构紧凑，占地面积小。
f 芯头大圆柱段长度 大圆柱段长度主要对管坯起导向作用， 一般取(0.4~0.7)d0。大圆柱段长度不能太 长，否则易划伤管材内表面；在盘管拉拔 时更不宜过长，否则易卡断管坯。 游动芯头有多种结构形式，常用游动芯 头的形状及尺寸参数见图11-19。其中芯 头a、b用于直线拉拔；双向游动芯头a可 换向使用，但不适合大直径管材和盘管拉 拔；c、d、e主要用于盘管拉拔。各种芯 头的主要尺寸见表11-5。
• 11.2.3 拉拔模设计举例 （1）管材拉拔模 模子的结构参数见图11-13和表11-1。
图11-13 管材拉拔模结构示意图
表11-1 管材拉拔模尺寸
（2）管材整径模 模子的结构参数见图11-14和表11-2。
图11-14 管材整径模结构示意图
表11-2 管材整径模尺寸
• 11.3 拉拔芯棒（芯头）设计 • 11.3.1 芯棒的外形结构尺寸 （1）固定短芯棒的结构尺寸 根据短芯棒在芯杆上的固定方式不同， 可将芯棒设计成实心的和空心的。实心 芯棒常用于12mm以下规格管材拉拔； 12mm以上规格用空心芯棒拉拔。 芯棒的形状一般是圆柱形的，也可略 带0.1~0.3mm的锥度。拉拔直径小于 5mm的管材时也可用细钢丝代替芯棒。 芯棒的结构形式见图11-15。
• 11.2.2 模子材质 常用以下几种: （1）金刚石 其特点是质脆，硬度极高，耐磨性好。 但价格昂贵，加工困难。一般用于拉拔 直径在0.3~0.5mm的细线时使用。 金刚石模的模芯由金刚石加工而成， 然后镶入钢制模套中，如图11-11所示。
图11-11 金刚石模 1-金刚石模芯；2-模框；3-模套
a 立式圆柱形绞盘连续多模拉线机 绞盘轴是垂直安装的，模子、绞盘和线 都浸在润滑剂中进行拉拔，一个电动机带 动。主要拉拔2mm以上的线材。由于模子、 绞盘和线都浸在润滑剂中，工作不方便， 影响线材的拉拔质量。其结构形式如图115所示。
图11-5 立式圆柱形绞盘连续多模拉线机 1-坯料；2-线；3-模盒；4-绞盘；5-卷筒
式中 D1—芯头后端大圆柱段直径。 e 芯头大圆柱段直径D1 大圆柱段直径D1与管坯的规格及状态 有关。 D 1 = d 0 － △1 式中 d0—管坯内径；
△1 — 管坯内孔与芯头大圆柱段之间的 间隙，其值与管坯的规格、状态 及拉拔方式有关。对于盘管和中 等规格的冷硬直管，△1 ≥0.4mm； 退火后的直管，△1 ≥0.8mm；毛 细管，△1 ≥0.1mm。 盘拉时，为防止芯头随同管材一同被 拉出模孔，芯头大圆柱段的直径应比模 孔直径大0.1 ~ 0.2mm。
图11-7 塔形绞盘连续多模拉线机 1-模子；2-绞盘；3来自百度文库卷筒；4-线
（2）无滑动多模连续拉线机 特点：拉拔时线与绞盘之间没有相对滑动。 a 储线式无滑动多模连续拉线机 工作特点：每个绞盘上可以储存若干圈数的 线，根据拉拔条件的变化，线圈数可以自 动增加或减少。通常用于拉拔钢线或铝线。 储线式无滑动多模拉线机有多种结构形 式，广泛应用的是双层储线式无滑动拉线 机，如图11-8所示。
（2）硬质合金 硬度仅次于金刚石，价格较便宜。一 般用于拉拔Φ40mm以下的制品。对于一 些精度要求高、批量大的大规格产品， 有些生产厂家逐渐采用硬质合金模。 同金刚石模一样，硬质合金模也是由 硬质合金模芯和钢制模套组装而成，如 图11-12所示。
芯头小圆柱段的直径与拉拔管材的内径 及尺寸允许偏差有关。在多数情况下， 管材的外径尺寸允许负偏差，壁厚允许 正负偏差，即管材的内径是通过外径和 壁厚来保证。一般可按： d =管材内径+正偏差 c 芯头小圆柱段长度l l =模孔定径带长度+（6~10）mm d 芯头圆锥段长度l1
实际中，由于目前标准规定制品的直 径为负偏差，故模孔的定径带直径一般 都比产品名义尺寸稍小。 b 定径带长度LⅢ 线材： LⅢ =(0.5~0.25)D1 棒材： LⅢ =(0.15~0.25)D1 空拉管材： LⅢ =(0.25~0.5) D1 衬拉管材： LⅢ =(0.1~0.2) D1
（4）出口带Ⅳ（出口锥） 作用：防止制品出模孔时被划伤；防止定 径带出口端因受力而引起剥落。 a 锥角γ 一般取γ=30~45°。 b 出口带长度L Ⅳ L Ⅳ = (0.2~0.3) D1
图11-17 空心短芯棒的结构参数
表11-4 常用空心短芯棒尺寸（mm）
（2）游动芯头的结构尺寸 游动芯头的结构参数见图11-18。
图11-18 游动芯头的结构参数图
a 芯头锥角α1 α > α 1 >β 为了得到良好的稳定和润滑，通常： α - α1 =1~3° 一般， α=11~15°，常取α=12°，则α1 =9°。 盘管拉拔时，其纵向和横向的稳定性 必须由管材与芯头圆锥段比较大的接触 长度来保证，此时α- α1应小一些。 b 芯头小圆柱段直径d
a 模角α α过小，在坯料尺寸不变的情况下，将 使坯料与模壁的接触面积增大。 α过大，单位正压力越大，润滑剂很容 易从模孔中被挤出，使润滑条件恶化。 并且使金属在变形区中的流线急剧转弯， 导致附加剪切变形增大，使拉拔力和非 接触变形增大。同时，模子的磨损加剧。 存在着一个合理模角。一般棒、线材， α=6~9°；管材α=11~12°。
图11-3 倒立式圆盘拉拔机示意图 1-卷筒；2-模子；3-放料架；4-受料盘
圆盘拉拔机主要用于生产盘管制品。 管坯打头后从模子2中穿过，被与卷筒连 接的钳口夹住，随着卷筒1转动被拉出模 孔缠绕在卷筒上。在卷筒的下方有一个 与其同速转动的受料盘，在拉拔过程中 可边拉拔边卸料，拉拔管材的长度可不 受卷筒长度的限制。 特点：生产效率高，成品率高，可生产 长度达几千米甚至上万米长的制品。
图11-4 铝电信电缆线连续生产线 1-线坯；2、4-模子；3、6-感应加热； 5-洗净；7-冷却；8-牵引辊；9-卷筒； 10-空冷；11-塑料绝缘；12-张紧辊
• 11.1.2.2 多模连续拉线机 拉拔时，线材连续同时通过多个模子， 而在每两个模子之间有绞盘，线以一定 的圈数缠绕于其上，借以建立起拉拔力。 根据在拉拔时线与绞盘间的运动速度关 系，又可分为滑动式多模连续拉线机与 无滑动式多模连续拉线机。 （1）滑动式多模连续拉线机 特点：除了最后的收线盘外，线与绞盘 圆周的线速度不相等，存在着滑动。
图11-2 管棒材联合拉拔机列示意图 1-放料架；2-轧尖机；3-导轮；4-预矫直；5模座；6、7-拉拔小车；8-主电动机；9-小 车钳口； 10-水平矫直；11-垂直矫直； 12-剪切装置； 13-料槽； 14-抛光机；15-小车钳口；16-小车中间夹板
（3）圆盘拉拔机 圆盘拉拔机如图11-3所示。
b 工作带长度LⅡ LⅡ =a(D0-D1)/2tg α 式中： D0—坯料允许可能的最大直径； a—不同心系数，取1.05~1.3，细制 品取上限。 （3）定径带Ⅲ 作用：使制品进一步获得稳定、精确的尺 寸与形状；防止模孔磨损而很快超差，延 长其使用寿命。
形状：合理形状为圆柱形。对于生产细 线用的拉模，由于在打磨模孔时，必须 用带0.5~2°的磨具进行打磨，故定径带 亦有相同的锥度。 a 定径带直径D1 要考虑制品的公称尺寸及其偏差，考 虑模孔的弹性变形及制品的弹性恢复， 考虑模孔的磨损及模具使用寿命等。
• 11.1.2拉线机 拉线机按工作制度分为单模拉线机和 多模拉线机两大类。 • 11.1.2.1单模拉线机 拉拔时只通过一个模子的拉线机。单 模拉线机有多种类型，都是由一个电动 机驱动，拉拔速度60~120m/min，钢线 卷的重量可达2000kg。 为提高单 生产效率，在电线生产中则 采用了包括拉拔、中间退火、表面处理 等连续自动生产线，如图11-4所示。
b 卧式圆柱形绞盘连续多模拉线机 绞盘轴水平方向布置，绞盘的下部浸 在润滑剂中，而模子由绕在绞盘上的线 所带的润滑剂进行润滑。主要用于生产 粗线和异型线拉拔。其结构形式如图116所示。
图11-6 卧式圆柱形绞盘连续多模拉线机 1-坯料；2-模盒；3-绞盘；4-线；5-卷筒
c、卧式塔形绞盘连续多模拉线机 它是滑动式拉线机中应用最广泛的现 代拉线机，主要用于拉细线。其结构如 图11-7所示。 滑动式多模连续拉线机主要用于铜、 铝线拉拔，也常用于钢、不锈钢及铜合 金细线拉拔。
拉拔工具及设计
• 11.拉拔工具及设计 主要内容：拉拔设备简述；拉拔模设计； 拉拔芯头设计。 重点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。 难点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。 目的和要求：对拉拔设备有基本的了解； 掌握拉拔模和拉拔芯头的使用条件和设计 方法。
• 11.1拉拔设备简介 • 11.1.1管棒材拉拔机 管棒材拉拔机有各种各样的形式，目 前应用最广泛的是链式拉拔机，比较先 进的是连续拉拔矫直机列和圆盘式管材 拉拔机。 （1）链式拉拔机 特点：结构简单，操作方便，适应性强， 在同一台设备上可以拉拔管、棒、型材。 如图11-1所示。