钢丝拉拔生产(第五章) 拉丝模

第六章 拉丝模
拉 丝 模 拉 拔 示 意 图
一、拉丝模孔型
曲线型（R型）
拉丝模孔型结构 直线型（锥型）
1、曲线型模（R型）
模芯
模套
特点：具有工艺较成熟、 操作较简单、设备费用 较小，但不足之处是寿 命不够长。 模芯
过盈配合，使模 套给模芯预加一 定的压应力
高强度，高硬度 多由硬质合金制成
高韧性，高强度 一般用中碳钢、碳素工具钢制成， 或用高碳铁粉压制而成

材料：主要是碳素工具钢和合金工具钢。 合金钢拉丝模是早期的拉丝模制造材料。
高硬度
工具钢
淬火
高耐磨性 韧性
T10A C 0.95-1.04
9Mn2V 0.85-0.95
Cr12MoV 1.45-1.70
Si Mn
Cr Ni Co
≤0.35 ≤0.40
≤0.10 ≤0.12 -
≤0.40 1.70-2.00
≤1.00
≤0.40 ≤0.40
11.00～12.50 ≤0.25 -
Cu
V Mo S P
≤0.20
≤0.020 ≤0.030
≤0.030 ≤0.030
≤0.30
0.15～0.30 0.40～0.60 ≤0.030 ≤0.030
T10A 碳wenku.baidu.com工具钢
淬透性较差，淬火变形大, 热硬性低
9Mn2V 低合金工具钢
人造金刚石
聚晶金刚石
天然钻石是怎样形成的？
火山爆发形成 被岩浆带到地球的表面 形成矿物
钻石形成于很久很久以前地层的深处，如地球上一些钻石年龄为45亿左右，表 明这些钻石在地球诞生后不久便已开始在地球深部结晶。
钻石是世界上最古老的宝石。
金伯利岩 金伯利，南非开普省城市 金伯利是世界知名的德比尔斯 钻石公司总部所在地，是世界 上最早(1869年)发现金伯利岩 型金刚石原生矿床的地方，现 在世界上一些最大的钻石仍然 产于该地。
2、直线型模
直线型拉丝模具，由入口区、工作区、定径带和出口区组成。 特征： 1、孔型的每部分均呈直线形； 2、每两条相邻直线交接部分呈折线状； 3、入口角β＝20~40°，入口区高H3＝2~5毫米，工作角α＝ 3~15°，工作区高H2＝(0.45~2.52)d，定径带高H＝(0.2~1.4)d。 出口角γ＝25~30°，出口区高H1＝2~4毫米。
热电厂
军舰
航天
穿甲弹
钨合金
航空工业中飞机的发动机叶片，一般是Ni-Cr，Ni-Co基高温合金或钛合 金。因为飞机的技术目标在于减轻重量，所以一般不用钨高温合金。
第八讲 复习
1、拉丝模按照孔型分类？ 2、拉丝模由哪两部分组成？这两部分采用什么配合？各部 分的作用、性能、材质？
3、曲线模与拉丝模的区别？
4、曲线模的孔型分为几个区？各是什么？各部分的作用？ 5、直线模的孔型分为几个区？各是什么？
6、拉丝模都有哪些材质？
7、工具钢拉丝模主要有材质及性能？ 8、硬质合金的成分？
钨矿在我国储量丰富，约占世界钨矿的90%以上，是 世界公认的钨矿大国
白钨矿 黑钨矿 尽管已发现的钨矿物和含钨矿物有20余种，钨的重要矿物均为钨酸 盐，但其中具有开采经济价值的只有黑钨矿和白钨矿。黑钨矿(Fe、 Mn)WO4，含WO3 76%；白钨矿CaWO4，含WO3 80.6%。

①入口区、润滑区合二为一。
②入口区和工作区加长。 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。
经实际应用统计，其寿命较传统模具提高了3-4倍。
二、拉丝模的分类


1、合金钢拉丝模 2、硬质合金拉丝模 3、钻石模（金刚石拉丝模） 4、涂层拉丝模 5、陶瓷拉丝模
1、工具钢
工作锥角度选择：
1、含碳量高或较硬的钢丝，取较小值； 2、压缩率大的钢丝取较大值； 3、拉拔钢丝直径大时取较大值。
1、曲线型模


(4) 定径带
要求为圆形直筒、无锥度。 作用： 1、控制钢丝尺寸和表面光洁度补偿工作锥末端的磨损，控制出线时钢丝 尺寸的稳定性，不致发生摇晃振动和竹节变形。
2、定径带过长，会使摩擦力增大、温度升高，影响模具寿命。
曲线型模
模套
1、曲线型模（R型）
R型模芯孔型由五部分组成： (1) 入口锥 (2) 润滑锥 (3) 工作锥 (4) 定径带 (5) 出口锥


1、曲线型模

(1) 入口锥 它使钢丝顺利进入工作锥，其高度为h4=0.1H(H为模芯 总高)。
1、曲线型模


(2) 润滑锥 作用：积蓄润滑剂，在 钢丝前进时，该锥体有 一定的油楔作用，使钢 丝表面形成致密的均匀 的润滑膜，并压入工作 锥。 高度为h3=(0.2～0.5)H、 β=40～60°
定径带过短，则拉丝模使用寿命不长。
定径带选择原则：
1、钢丝性能柔软(低碳) 可较短 长些 短些
2、拉拔大直径钢丝比拉拔小直径钢丝 3、湿式润滑拉拔较干式润滑拉拔
一般定径带高度h=(0.1～1.0)d，通常选 h=(0.3～0.5)d，d为线径。
1、曲线型模


(5) 出口锥
开口为圆锥形。 作用： 1、散发变形热 2、保护定径带不致破裂 3、钢丝出线时不被拉伤 4、易于排除模孔内失效拉拔粉 长度h1=(0.12～0.2)H，角度γ取60°，为了提高散热效果，现已取 90°。
3、金刚石拉丝模
金刚石拉丝模具不锈钢线材及电缆行业生产的重 要工具，尤其在细线及微丝方面应用极为广泛。 但因为其价格很贵，生产成本较高，如何有效提 高金刚石拉丝模具的使用寿命是线材生产行业的 一大重要课题。
锈钢丝按用途分 ：弹簧钢丝（常用钢号302、 304、316和631）、冷顶用钢丝（430、410、304M、 304HC、302HQ、316和305）、焊丝（ER308、ER309 和ER321）、精密轴用钢丝（420J2、4Cr13和303）、 织网钢丝（430、304、316和310）、制绳用钢丝（304 、316）和 般用途钢丝 制钉、清洗球、捆绑 线、拉制细丝用钢丝（405、410、430、430L、304、 04HC和316等）
碳化钨粉末
W+C
WC
3μm 放大后的颗粒形貌
TiC
Cr2C3 Mo2C WC
Fe3C
TiC粉末颗粒形貌
TiC金属陶瓷组织
TiC金属陶瓷刀具
（3）硬质合金模芯坯的制造
钨矿 H2还原 W+C=WC
钴矿
H2还原
（4）硬质合金拉丝模的加工方法

主要使用机械研磨加工法。


工序如下：
选择坯料→镶套→工作锥磨光→润滑锥磨光→出口锥磨光→定径带 磨光→过渡区磨光→工作锥抛光→定径带抛光→检查验收。 还有化学一机械研磨加工法、超声波加工法、电火法加工法、电解 液加工法等。 在拉丝过程中，硬质合金模模孔因磨损产生沟痕、椭圆形、表面粘 金属等缺陷，需要重磨，扩大模孔直径到邻近的模孔尺寸继续使用。 重磨可进行多次，直到模壁减小到引起裂纹为止。
形成于33亿年前
南非
金伯利大洞是一个著名的旅游胜地，它占地 17公顷，方圆1.6公里。
世界上最大的钻石产于南非
“库利南第一”为梨形 ，是最重的一粒，重 530.2克拉 （1905）
普列米尔矿
“非洲之星”
“库利南第二”为方形，重317.4克拉
镶在英王的王冠上
“库利南第三”为梨形，重94.4克拉 “库利南第四”为方形，重63.6克拉 非洲之星三号和四号制成的王室胸针
加 拿 大
“北美钻石之都”美誉的西北地区首府耶洛奈夫（Yellowknife）的东北部
2009年在辽宁省大连市瓦房店地区发现一座大型金刚石矿，属优质矿藏，预计蕴藏 有21万克拉宝石及钻石，宝石级别以上的金刚石达70%左右；其纯度超过世界最著 名的南非金刚石矿。世界金刚石储量第一的澳大利亚，其能够达到宝石级的只有5% 。
与碳素工具钢相比，具有较高的硬度和耐 磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。
Cr12MoV 高合金工具钢
有高淬透性，截面为 300～400㎜ 以下者 可以完全淬透，在 300～400℃时仍可保持 良好硬度和耐磨性
2、硬质合金拉丝模


1923年德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10％～20％的钴做粘结 剂，发明了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这是世界上 人工制成的第一种硬质合金。 绝大多数的硬质合金拉丝模通常属于钨钴类合金。这些合金是由碳 化钨和钴等组成。碳化钨是整个合金的“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。
莫瓦桑(1852一1907 )
法国著名化学家 1886年制取了单质氟（F2）
目前，世界上生产采用高温高压方法合成人造金刚石的国家主要有： 美国、南非、爱尔兰、瑞典、英国、德国、俄罗斯、乌克兰、亚美尼 亚、日本、中国、罗马尼亚、波兰、捷克、朝鲜、希蜡和印度等近20 个国家。 以上国家主要以生产金刚石粉为主，对于大颗粒金刚石的生产处于 小批量生产和研究阶段。 据统计，2003 年我国人造金刚石的年产量约为25.3 亿克拉( 约506 吨)， 比 2002 年产量增长了26.5%。2006 年我国人造金刚石的年产量达到50 亿克拉 (1000 吨)以上。
我国最大天然金刚石
我国最大金刚石亮相山东平邑县天宇自然博 物馆。这粒金刚石重达338.6克拉，是目前已 知我国最大的天然金刚石。其外表呈淡黄色， 出土于山东郯城县。
科学家推断出钻石形成的条件：
地表以下100多公里处富含碳元素的矿层，在巨大的压力和大约1200摄氏度 的环境下形成的钻石。原生金刚石是在地下深处(130—180Km)高温(900— 1300℃)高压(45—60)×108Pa下结晶而成的
国产六面顶压机图
金刚石粉压制烧结模具
金刚石粉 + 铜粉
金刚石粉 + 铁钴镍粉
聚晶金刚石
聚晶金刚石是用人造金刚石单晶体、加上少量硅、钛等结 合剂，在高温高压的条件下聚合而成。 2010年12月，日本科学家成功合成了世界上最坚硬的金 刚石，其直径超过1厘米，与其合作的公司称力争最快明年投 产。 这种圆柱形的金刚石是日本爱媛大学研究人员与住友电 器工业公司合作的成果，被命名为“媛石”，取自“爱媛”。
圆柱形的“媛石”
3、金刚石拉丝模
天然金刚石拉丝模成品 天然金刚石模芯
聚晶金刚石模芯
聚晶金刚石拉丝模
地球上最硬的东西 1克拉 3.5-4.5万 地球上最值钱的东西
高硬度，高耐磨性 模孔能获得光亮的表面 拉拔出表面光洁度很高的丝材
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。
1986年发现于南非的 （Premier）矿山
“金色陛下”（1986）
545.67克拉
2007年发现体积是“非洲之星”的两倍
澳大利亚阿盖尔钻石矿
澳大利亚出土最大粉红色钻石 价值千万美元以上（2012年报道） 命名为“阿盖尔粉红禧”
已知现今世界上只有三十余个国家和地区产钻石，且分布极不均匀， 主要集中在澳洲、非洲，次为亚洲和南美洲。其中澳大利亚、扎伊尔 、博茨瓦纳、俄罗斯和南非为世界上五大钻石生产国，占全球钻坯 供应量八成有多。


(3) 工作锥-工作锥是钢丝生产塑性变形的区域。
工作锥角度选取原则：工作锥高度h2=(1.0～1.4)d，d为钢丝直径
拉拔低碳钢丝的模孔工作锥角度8～16°，拉中、高碳钢丝为8～14°。
工作锥角度过小 钢丝与模壁的接触面大，增大了摩擦阻力，使拉拔力增大。 工作锥角度过大 a、在同一拉拔速度下，使变形程度大，金属晶格严重歪扭， 造成钢丝机械性能下降； b、造成模壁正压力过大，于是产生摩擦高热而恶化润滑条件。
碳化钨(WC)熔点：2870℃ 密度：15,63 g/cm3 钴(Co)熔点：1493℃ 密度：8.9 g/cm3
钨
熔点最高的金属
熔点高达3400℃
钨的密度为19.3g/cm3，并具有高硬度、良好的高温强 度和导电、传热性能，常温下化学性质稳定，耐腐蚀 ，不与盐酸或硫酸起作用。
应用： 含钨高温合金主要应用于燃气轮机、火箭、导弹及核反应堆的部件 高比重钨基合金则用于反坦克和反潜艇的穿甲弹头。 制备WC硬质合金
地外星体对地球的撞击，产生瞬间的高温、高压，也可形成钻石。
形成条件：高温高压
18世纪末科学家证实了金刚石是由纯碳组成 ，人们发现身价高贵 的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成 为了许多科学家的光荣与梦想。 高温高压
石墨
金刚石
人类首次合成金刚石
莫氏电炉
1906年荣获了诺贝尔化学奖