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。
合金钢模
(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,在生产加工中已几乎看不到合金钢模。
硬质合金模
(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。
天然金刚石模
(3)天然金刚石是碳的同素异形体,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。
聚晶金刚石模
(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,聚晶金刚石模在拉丝行业中应用广泛。
CVD涂层模
(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。
陶瓷材料模
(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。虽然陶瓷拉丝模在中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。
不同材质的模芯对拉丝模寿命的影响
拉丝模常用的模芯材料主要有硬质合金、天然金刚石、人造金刚石等。在选择拉丝模时应根据不同的加工工序,被加工的线丝的材质性能,以及线丝的质量要求来选择模芯材料。合理选择 模芯材料,是延长其使用寿命的主要途径。
以下分别介绍不同材质的模芯对拉丝模寿命影响
1.硬质合金
拉丝模用的硬质合金为钴含量较低的碳化物 — 钴类合金,它具有较好的耐磨性、抗冲击性、抛 光性和抗腐蚀性能,易于修复,价格低廉,是常用拉丝模芯制作材料,广泛应用于粗、中丝的拉伸。研究表明,通过改善硬质合金成分和组织结构,控制碳含量的波动值,细化碳化物的颗粒,可以提高材质的性能,延长其使用寿命。国内外采用热等静压(HIP) 处理、超细晶工艺及加入稀土元素来降低孔隙度,细化晶粒,提高合金的硬度,减小摩擦系数;并利用化学气相沉积(CVD) 法和物理气相沉积( PVD) 法在硬质合金表面形成金刚石薄膜或氮化钛涂层,提高合金的表面强度。
2.天然金刚石
天然金刚石俗称钻石,是自然界最硬的物质,具有很高的耐磨性和热传导率,用于钨钼丝拉伸时能改善丝材的表面质量,提高丝材性能及尺寸精度,主要用于拉伸细丝及成品丝。但它性质非常脆,抗冲击性能差,而且硬度具有各向异向性,做拉丝模时易磨损不匀。加之金刚石稀少,价格昂贵,加工困难,因此在拉伸中、粗丝方面受到限制。
3.人造金刚石
人造金刚石又称聚晶金刚石,它是由许多单晶微粒无定向聚合而成的多晶体,具有较高的强度和硬度,耐冲击性较强,性质均匀、综合性能良好。在拉伸中、细丝时,使用寿命比金刚石模和硬质合金模高,且丝材尺寸稳定,表面质量好。但人造聚晶金刚石的晶粒较粗大,抛光困难,拉伸细丝的表面光洁度不如天然金刚石。通过细化晶粒,可提高抛光性能,在中、细丝的拉丝模上取代天然金刚石,大大降低成本,提高产品质量。