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1、拉拔工具及拉拔工具及设计11.拉拔工具及拉拔工具及设计 主要内容主要内容：拉拔：拉拔设备简述；拉拔模述；拉拔模设计；拉拔芯拉拔芯头设计。重点重点：拉拔模：拉拔模设计；拉拔芯；拉拔芯头设计。难点点：拉拔模：拉拔模设计；拉拔芯；拉拔芯头设计。目的和要求目的和要求：对拉拔拉拔设备有基本的了解；有基本的了解；掌握拉拔模和拉拔芯掌握拉拔模和拉拔芯头的使用条件和的使用条件和设计方法。方法。11.1拉拔拉拔设备简介介管棒材拉拔机管棒材拉拔机 管棒材拉拔机有各种各管棒材拉拔机有各种各样的形式，目的形式，目前前应用最广泛的是用最广泛的是链式拉拔机，比式拉拔机，比较先先进的是的是连续拉拔拉拔矫直机列和直机列和圆盘
2、式管材式管材拉拔机。拉拔机。（1）链式拉拔机式拉拔机 特点特点：结构构简单，操作方便，适，操作方便，适应性性强，在同一台在同一台设备上可以拉拔管、棒、型材。上可以拉拔管、棒、型材。如如图11-1所示。所示。图11-1 链式拉拔机示意式拉拔机示意图1-1-电动机与减速机；机与减速机；2-2-主主动链轮；3-3-链条；条；4-4-机架；机架；5-5-小小车挂挂钩；6-6-拉拔小拉拔小车；7-7-制品；制品；8-8-从从动链轮；9-9-模座；模座；10-10-机座；机座；11-11-固定短芯棒与芯杆；固定短芯棒与芯杆；12-12-尾架尾架 （2）联合拉拔机列合拉拔机列 对于于495mm管材，管材，3
3、40mm棒材，棒材，则趋向于将拉拔、向于将拉拔、矫直、直、锯切、抛光以及切、抛光以及探探伤等等组合在一起形成一个机列，以提高合在一起形成一个机列，以提高生生产效率和效率和产品品质量。如量。如图11-2所示。所示。特点特点：机械化、自：机械化、自动化程度高，所需生化程度高，所需生产人人员少，生少，生产周期短，生周期短，生产效率高；效率高；产品品质量好，表面光量好，表面光洁度高，弯曲度小；度高，弯曲度小；设备重量重量轻，结构构紧凑，占地面凑，占地面积小。小。图11-2 管棒材管棒材联合拉拔机列示意合拉拔机列示意图1-放料架；放料架；2-轧尖机；尖机；3-导轮；4-预矫直；直；5-模座；模座；6、7
4、-拉拔小拉拔小车；8-主主电动机；机；9-小小车钳口；口；10-水平水平矫直；直；11-垂直垂直矫直；直；12-剪切装置；剪切装置；13-料槽；料槽；14-抛光机；抛光机；15-小小车钳口；口；16-小小车中中间夹板板 （3）圆盘拉拔机拉拔机 圆盘拉拔机如拉拔机如图11-3所示。所示。图11-3 倒立式倒立式圆盘拉拔机示意拉拔机示意图1-1-卷筒；卷筒；2-2-模子；模子；3-3-放料架；放料架；4-4-受料受料盘 圆盘拉拔机主要用于生拉拔机主要用于生产盘管制品。管制品。管坯打管坯打头后从模子后从模子2中穿中穿过，被与卷筒，被与卷筒连接的接的钳口口夹住，随着卷筒住，随着卷筒1转动被拉出模被拉出
5、模孔孔缠绕在卷筒上。在卷筒的下方有一个在卷筒上。在卷筒的下方有一个与其同速与其同速转动的受料的受料盘，在拉拔，在拉拔过程中程中可可边拉拔拉拔边卸料，拉拔管材的卸料，拉拔管材的长度可不度可不受卷筒受卷筒长度的限制。度的限制。特点：特点：生生产效率高，成品率高，可生效率高，成品率高，可生产长度达几千米甚至上万米度达几千米甚至上万米长的制品。的制品。拉拉线机机 拉拉线机按工作制度分机按工作制度分为单模拉模拉线机和机和多模拉多模拉线机两大机两大类。单模拉模拉线机机 拉拔拉拔时只通只通过一个模子的拉一个模子的拉线机。机。单模拉模拉线机有多种机有多种类型，都是由一个型，都是由一个电动机机驱动，拉拔速度，拉
6、拔速度60120m/min，钢线卷的重量可达卷的重量可达2000kg。为提高提高单 生生产效率，在效率，在电线生生产中中则采用了包括拉拔、中采用了包括拉拔、中间退火、表面退火、表面处理理等等连续自自动生生产线，如，如图11-4所示。所示。图11-4 铝电信信电缆线连续生生产线 1-线坯；坯；2、4-模子；模子；3、6-感感应加加热；5-洗洗净；7-冷却；冷却；8-牵引引辊；9-卷筒；卷筒；10-空冷；空冷；11-塑料塑料绝缘；12-张紧辊11.1.2.2 多模多模连续拉拉线机机 拉拔拉拔时，线材材连续同同时通通过多个模子，多个模子，而在每两个模子之而在每两个模子之间有有绞盘，线以一定以一定的圈
7、数的圈数缠绕于其上，借以建立起拉拔力。于其上，借以建立起拉拔力。根据在拉拔根据在拉拔时线与与绞盘间的运的运动速度关速度关系，又可分系，又可分为滑滑动式多模式多模连续拉拉线机与机与无滑无滑动式多模式多模连续拉拉线机。机。（1）滑）滑动式多模式多模连续拉拉线机机 特点特点：除了最后的收：除了最后的收线盘外，外，线与与绞盘圆周的周的线速度不相等，存在着滑速度不相等，存在着滑动。a 立式立式圆柱形柱形绞盘连续多模拉多模拉线机机 绞盘轴是垂直安装的，模子、是垂直安装的，模子、绞盘和和线都浸在都浸在润滑滑剂中中进行拉拔，一个行拉拔，一个电动机机带动。主要拉拔。主要拉拔2mm以上的以上的线材。由于模子、材。
8、由于模子、绞盘和和线都浸在都浸在润滑滑剂中，工作不方便，中，工作不方便，影响影响线材的拉拔材的拉拔质量。其量。其结构形式如构形式如图11-5所示。所示。图11-5 立式立式圆柱形柱形绞盘连续多模拉多模拉线机机 1-坯料；坯料；2-线；3-模盒；模盒；4-绞盘；5-卷筒卷筒 b 卧式卧式圆柱形柱形绞盘连续多模拉多模拉线机机 绞盘轴水平方向布置，水平方向布置，绞盘的下部浸的下部浸在在润滑滑剂中，而模子由中，而模子由绕在在绞盘上的上的线所所带的的润滑滑剂进行行润滑。主要用于生滑。主要用于生产粗粗线和异型和异型线拉拔。其拉拔。其结构形式如构形式如图11-6所示。所示。图11-6 卧式卧式圆柱形柱形绞盘
9、连续多模拉多模拉线机机 1-坯料；坯料；2-模盒；模盒；3-绞盘；4-线；5-卷筒卷筒 c、卧式塔形、卧式塔形绞盘连续多模拉多模拉线机机 它是滑它是滑动式拉式拉线机中机中应用最广泛的用最广泛的现代拉代拉线机，主要用于拉机，主要用于拉细线。其。其结构如构如图11-7所示。所示。滑滑动式多模式多模连续拉拉线机主要用于机主要用于铜、铝线拉拔，也常用于拉拔，也常用于钢、不、不锈钢及及铜合合金金细线拉拔。拉拔。图11-7 塔形塔形绞盘连续多模拉多模拉线机机 1-模子；模子；2-绞盘；3-卷筒；卷筒；4-线 （2）无滑）无滑动多模多模连续拉拉线机机 特点特点：拉拔：拉拔时线与与绞盘之之间没有相没有相对滑滑
10、动。a 储线式无滑式无滑动多模多模连续拉拉线机机 工作特点：每个工作特点：每个绞盘上可以上可以储存若干圈数的存若干圈数的线，根据拉拔条件的，根据拉拔条件的变化，化，线圈数可以自圈数可以自动增加或减少。通常用于拉拔增加或减少。通常用于拉拔钢线或或铝线。储线式无滑式无滑动多模拉多模拉线机有多种机有多种结构形构形式，广泛式，广泛应用的是双用的是双层储线式无滑式无滑动拉拉线机，如机，如图11-8所示。所示。图11-8 双双层储线式拉式拉线机机 1-线坯；坯；2-电动机；机；3-减速机；减速机；4-下下绞盘；5-上上绞盘；6-滑滑环；7-导轮；812-模子模子 b 非非储线式无滑式无滑动多模多模连续拉拉
11、线机机 拉拔拉拔绞盘与与线材之材之间无滑无滑动。在拉拔。在拉拔过程中，不允程中，不允许任何一个中任何一个中间拉拔拉拔绞盘上上有有线材材积累或减少。累或减少。为了消除了消除线与与绞盘之之间的滑的滑动，一般在，一般在绞盘上上绕上上710圈圈线。主要特点主要特点：在拉拔：在拉拔过程中可借助程中可借助张力力轮自自动调整整绞盘速度，并借助平衡杠杆的速度，并借助平衡杠杆的弹簧建立反拉力，如簧建立反拉力，如图11-9所示。所示。图11-9 绞盘速度自速度自动调节机构机构 1-张力力轮；2-平衡杠杆；平衡杠杆；3-拉力拉力弹簧；簧；4-扇形扇形齿轮；5-齿轮；6-变阻器；阻器；7-挡块11.2 拉拔模拉拔模设
12、计11.2.1 拉拔模的拉拔模的结构尺寸构尺寸 普通拉拔模根据模孔断面形状可分普通拉拔模根据模孔断面形状可分为锥形模和弧形模和弧线形模两种，如形模两种，如图11-10所示。所示。弧弧线形模一般只用于形模一般只用于细线的拉拔。的拉拔。管、棒、型及粗管、棒、型及粗线通常都采用通常都采用锥形模形模拉拔。拉拔。锥形模的模孔一般由四部分形模的模孔一般由四部分组成：成：润滑滑带、压缩带、定径、定径带、出口、出口带。图11-10 拉拔模孔的几何形状拉拔模孔的几何形状 （a）锥形模；（形模；（b）弧）弧线形模形模 -润滑滑带；-压缩带；-定径定径带；-出口出口带 （1）润滑滑带（入口（入口锥、润滑滑锥）作用作
13、用：在拉拔：在拉拔时便于便于润滑滑剂带入模孔，保入模孔，保证制品得到充分制品得到充分润滑，减少摩擦；并滑，减少摩擦；并带走走产生的部分生的部分热量；防止划量；防止划伤坯料。坯料。a 润滑滑锥角角：通常取：通常取=4060。过大，大，润滑滑剂不易不易储存，存，润滑效果差。滑效果差。过小，拉拔小，拉拔过程中程中产生的金属屑、粉生的金属屑、粉末不易从模孔中随末不易从模孔中随润滑滑剂流出，堆流出，堆积在模在模孔中易造成制品表面划孔中易造成制品表面划伤、“缩丝”、拉断、拉断等。等。b 润滑滑锥长度度L：L=(1.11.5)d。对于管、棒材拉拔模，于管、棒材拉拔模，润滑滑锥通常用通常用R=48mm的的圆弧
14、代替。弧代替。（2）压缩带（压缩锥、工作、工作锥）作用作用：金属：金属产生塑性生塑性变形，形，获得所需要的形得所需要的形状、尺寸。状、尺寸。形状形状：锥形和弧形和弧线形。弧形。弧线形主要用于拉拔形主要用于拉拔1.0mm以下以下线材。材。对于大、中于大、中规格模子，格模子，由于由于变形区形区较长，制造弧，制造弧线形困形困难，故用，故用锥形模。形模。a 模角模角 过小，在坯料尺寸不小，在坯料尺寸不变的情况下，将的情况下，将使坯料与模壁的接触面使坯料与模壁的接触面积增大。增大。过大，大，单位正位正压力越大，力越大，润滑滑剂很容很容易从模孔中被易从模孔中被挤出，使出，使润滑条件滑条件恶化。化。并且使金
15、属在并且使金属在变形区中的流形区中的流线急急剧转弯，弯，导致附加剪切致附加剪切变形增大，使拉拔力和非形增大，使拉拔力和非接触接触变形增大。同形增大。同时，模子的磨，模子的磨损加加剧。存在着一个合理模角。一般棒、存在着一个合理模角。一般棒、线材，材，=69；管材；管材=1112。b 工作工作带长度度L L=a(D0-D1)/2tg 式中：式中：D0坯料允坯料允许可能的最大直径；可能的最大直径；a不同心系数，取不同心系数，取1.051.3，细制制 品取上限。品取上限。（3）定径）定径带 作用作用：使制品：使制品进一步一步获得得稳定、精确的尺定、精确的尺寸与形状；防止模孔磨寸与形状；防止模孔磨损而很
16、快超差，延而很快超差，延长其使用寿命。其使用寿命。形状形状：合理形状：合理形状为圆柱形。柱形。对于生于生产细线用的拉模，由于在打磨模孔用的拉模，由于在打磨模孔时，必，必须用用带0.52的磨具的磨具进行打磨，故定径行打磨，故定径带亦亦有相同的有相同的锥度。度。a 定径定径带直径直径D1 要考要考虑制品的公称尺寸及其偏差，考制品的公称尺寸及其偏差，考虑模孔的模孔的弹性性变形及制品的形及制品的弹性恢复，性恢复，考考虑模孔的磨模孔的磨损及模具使用寿命等。及模具使用寿命等。实际中，由于目前中，由于目前标准准规定制品的直定制品的直径径为负偏差，故模孔的定径偏差，故模孔的定径带直径一般直径一般都比都比产品名
17、品名义尺寸稍小。尺寸稍小。b 定径定径带长度度L 线材：材：L=(0.50.25)D1 棒材：棒材：L=(0.150.25)D1 空拉管材：空拉管材：L=(0.250.5)D1 衬拉管材：拉管材：L=(0.10.2)D1 （4）出口）出口带（出口（出口锥）作用作用：防止制品出模孔：防止制品出模孔时被划被划伤；防止定；防止定径径带出口端因受力而引起剥落。出口端因受力而引起剥落。a 锥角角 一般取一般取=3045。b 出口出口带长度度L L =(0.20.3)D111.2.2 模子材模子材质 常用以下几种常用以下几种:（1）金）金刚石石 其特点是其特点是质脆，硬度极高，耐磨性好。脆，硬度极高，耐磨
18、性好。但价格昂但价格昂贵，加工困，加工困难。一般用于拉拔。一般用于拉拔直径在直径在0.30.5mm的的细线时使用。使用。金金刚石模的模芯由金石模的模芯由金刚石加工而成，石加工而成，然后然后镶入入钢制模套中，如制模套中，如图11-11所示。所示。图11-11 金金刚石模石模 1-金金刚石模芯；石模芯；2-模框；模框；3-模套模套 图11-12 硬硬质合金模合金模 1-硬硬质合金模芯；合金模芯；2-模套模套 （3）工具）工具钢 对于大、中于大、中规格制品，一般采用工具格制品，一般采用工具钢，在其模孔工作面上，在其模孔工作面上镀铬，其厚度，其厚度为 0.020.05mm。工具。工具钢的材的材质常用常
19、用T8A、T10A优质工具工具钢，经热处理后硬度达理后硬度达HRC5865。近年来，研究用陶瓷材料制作拉拔模近年来，研究用陶瓷材料制作拉拔模具，提高硬度和耐磨性。具，提高硬度和耐磨性。11.2.3 拉拔模拉拔模设计举例例 （1）管材拉拔模）管材拉拔模 模子的模子的结构参数构参数见图11-13和表和表11-1。图11-13 管材拉拔模管材拉拔模结构示意构示意图 表表11-1 管材拉拔模尺寸管材拉拔模尺寸（2）管材整径模）管材整径模 模子的模子的结构参数构参数见图11-14和表和表11-2。图11-14 管材整径模管材整径模结构示意构示意图 表表11-2 管材整径模尺寸管材整径模尺寸11.3 拉拔
20、芯棒（芯拉拔芯棒（芯头）设计11.3.1 芯棒的外形芯棒的外形结构尺寸构尺寸 （1）固定短芯棒的）固定短芯棒的结构尺寸构尺寸 根据短芯棒在芯杆上的固定方式不同，根据短芯棒在芯杆上的固定方式不同，可将芯棒可将芯棒设计成成实心的和空心的。心的和空心的。实心心芯棒常用于芯棒常用于12mm以下以下规格管材拉拔；格管材拉拔；12mm以上以上规格用空心芯棒拉拔。格用空心芯棒拉拔。芯棒的形状一般是芯棒的形状一般是圆柱形的，也可略柱形的，也可略带0.10.3mm的的锥度。拉拔直径小于度。拉拔直径小于5mm的管材的管材时也可用也可用细钢丝代替芯棒。代替芯棒。芯棒的芯棒的结构形式构形式见图11-15。图11-15
21、 常用芯棒的常用芯棒的结构形式构形式 a-空心空心圆柱芯棒；柱芯棒；b-实心心圆柱芯棒；柱芯棒；c-空心空心锥形芯棒；形芯棒；d-实心心锥形芯棒形芯棒 a 实心芯棒心芯棒设计 实心芯棒心芯棒结构尺寸构尺寸见图11-16和表和表11-3。图11-16 实心短芯棒的心短芯棒的结构参数构参数 表表11-3 常用常用实心短芯棒尺寸（心短芯棒尺寸（mm）b 空心芯棒空心芯棒设计 空心芯棒空心芯棒结构尺寸构尺寸见图11-17和表和表11-4。图11-17 空心短芯棒的空心短芯棒的结构参数构参数 表表11-4 常用空心短芯棒尺寸（常用空心短芯棒尺寸（mm）（2）游）游动芯芯头的的结构尺寸构尺寸 游游动芯芯头
22、的的结构参数构参数见图11-18。图11-18 游游动芯芯头的的结构参数构参数图 a 芯芯头锥角角1 1 为了得到良好的了得到良好的稳定和定和润滑，通常：滑，通常：-1=13 一般，一般，=1115，常取，常取=12，则1=9。盘管拉拔管拉拔时，其，其纵向和横向的向和横向的稳定性定性必必须由管材与芯由管材与芯头圆锥段比段比较大的接触大的接触长度来保度来保证，此，此时-1应小一些。小一些。b 芯芯头小小圆柱段直径柱段直径d （2）硬）硬质合金合金 硬度硬度仅次于金次于金刚石，价格石，价格较便宜。一便宜。一般用于拉拔般用于拉拔40mm以下的制品。以下的制品。对于一于一些精度要求高、批量大的大些精度
23、要求高、批量大的大规格格产品，品，有些生有些生产厂家逐厂家逐渐采用硬采用硬质合金模。合金模。同金同金刚石模一石模一样，硬，硬质合金模也是由合金模也是由硬硬质合金模芯和合金模芯和钢制模套制模套组装而成，如装而成，如图11-12所示。所示。芯芯头小小圆柱段的直径与拉拔管材的内径柱段的直径与拉拔管材的内径及尺寸允及尺寸允许偏差有关。在多数情况下，管偏差有关。在多数情况下，管材的外径尺寸允材的外径尺寸允许负偏差，壁厚允偏差，壁厚允许正正负偏差，即管材的内径是通偏差，即管材的内径是通过外径和壁厚来外径和壁厚来保保证。一般可按：。一般可按：d=管材内径管材内径+正偏差正偏差 c 芯芯头小小圆柱段柱段长度度
24、l l=模孔定径模孔定径带长度度+（610）mm d 芯芯头圆锥段段长度度l1 式中式中 D1芯芯头后端大后端大圆柱段直径。柱段直径。e 芯芯头大大圆柱段直径柱段直径D1 大大圆柱段直径柱段直径D1与管坯的与管坯的规格及状格及状态有关。有关。D 1=d 0 1 式中式中 d0管坯内径；管坯内径；1 管坯内孔与芯管坯内孔与芯头大大圆柱段之柱段之间的的 间隙，其隙，其值与管坯的与管坯的规格、状格、状态 及拉拔方式有关。及拉拔方式有关。对于于盘管和中管和中 等等规格的冷硬直管，格的冷硬直管，1 0.4mm；退火后的直管，退火后的直管，1 0.8mm；毛；毛 细管，管，1 0.1mm。盘拉拉时，为防止
25、芯防止芯头随同管材一同被随同管材一同被拉出模孔，芯拉出模孔，芯头大大圆柱段的直径柱段的直径应比模比模孔直径大孔直径大0.1 0.2mm。f 芯芯头大大圆柱段柱段长度度 大大圆柱段柱段长度主要度主要对管坯起管坯起导向作用，向作用，一般取一般取(0.40.7)d0。大。大圆柱段柱段长度不能太度不能太长，否，否则易划易划伤管材内表面；在管材内表面；在盘管拉拔管拉拔时更不宜更不宜过长，否，否则易卡断管坯。易卡断管坯。游游动芯芯头有多种有多种结构形式，常用游构形式，常用游动芯芯头的形状及尺寸参数的形状及尺寸参数见图11-19。其中芯。其中芯头a、b用于直用于直线拉拔；双向游拉拔；双向游动芯芯头a可可换向
26、使用，但不适合大直径管材和向使用，但不适合大直径管材和盘管拉拔；管拉拔；c、d、e主要用于主要用于盘管拉拔。各种芯管拉拔。各种芯头的的主要尺寸主要尺寸见表表11-5。图11-19 游游动芯芯头的形状、尺寸参数的形状、尺寸参数 表表11-5 游游动芯芯头的的结构尺寸构尺寸 续表表11-511.3.2 芯棒材芯棒材质 芯棒的材芯棒的材质一般一般为钢或硬或硬质合金。合金。（1）钢 对于中、小于中、小规格芯棒，一般用格芯棒，一般用35号号钢，T8A，30CrMnSi等，表面等，表面镀铬。大。大规格芯格芯棒，多采用含碳量棒，多采用含碳量为0.81.0%的的钢，淬，淬火后硬度火后硬度HRC为60左右。左右。（2）硬）硬质合金合金 主要用于制作中、小主要用于制作中、小规格芯格芯头，常用，常用YG15。参考文献参考文献 1.温景林温景林.金属金属挤压与拉拔工与拉拔工艺学学M.沈阳沈阳:东北大学出版社北大学出版社,2003.2.邓小民小民.铝合金无合金无缝管生管生产原理与工原理与工艺M.北京北京:冶金工冶金工业出版社出版社,2007,6.