拉丝模具作为丝材拉丝的基本工具，从诞生到现在，其结构和材质发生了很大的变化。但直到今天，模具生产者和使用者仍在研究拉丝模的结构和应用。因为在单向走丝电火花加工用电极丝制造行业，特别是应用在高端机床的镀锌电极丝，拉丝模的质量关系到电极丝产品质量、模具使用寿命、生产效率、能源及成本消耗等多种因素[1]。

2 拉丝模的构成及模芯孔型结构

2.1 拉丝模一般由模套和模芯两部分构成(如图1)。

模套采用高质量的钢制成(国内多为45钢)，硬度为HRC20~25，模套与模芯之间采用过盈配合，以达到补强的作用，否则在拉丝时，模芯容易破裂。模芯是拉丝模的关键部分，根据用料的不同，可分为**金刚石模、聚晶金刚石模、硬质合金模等。对于**金刚石模具来说，具有较高的硬度和较好的导热性及光学性能，其物理性能：密度为3.515g/cm3;硬度为莫氏10级;弹性模量为1.25-10.76GPa。聚晶金刚石是由金刚石微粉在金属催化剂(钴)作用下，采用高压高温工艺烧结而成，具有更好的韧性及耐磨性;而硬质合金拉丝模制作简单、抗冲击力强、价格低廉是其显著的特点。因此，模芯的使用寿命主要取决于它本身的用料，并与丝材的性能，润滑状况，模芯的孔型及使用时模具的冷却状况等因素有关。

2.2 拉丝模的模芯孔型结构参数

模芯的孔型结构对丝材产品品质及模具寿命起到决定性作用。模芯的孔型结构主要由入口区、润滑区、压缩区、定径区、安全角和出口区这六部分组成(如图2)以及其常用原始参数设定(如表1中-原始参数)。

首先，拉丝模内孔的入口区角度是重要的参数之一，它的作用是将丝材导入拉丝模，丝材进入拉丝模时，应尽可能保持平直，以防止丝材产生不均匀应力。

另外，润滑区作用在于贮存润滑剂，并将其输入工作区。为了在电极丝表面形成更厚的润滑涂层，润滑锥表面不需要抛光处理，以增加润滑压力。

而压缩区是模芯构造中至关重要的部分，丝材表面润滑层的形成和全部塑性变形都在此区进行，拉丝模具的工作效率也取决于工作锥的几何形状和面积，因此必须确保工作锥角的加工精度和表面光洁度。工作锥应加工成直线型，其表面不得有弧形过渡或圆滑过渡，且工作锥角与定径带应保持在同一轴线上，模芯外径和模套内径应保持同心，这样，可以防止丝材拉丝中出现的椭圆现象。

定径区的作用是控制拉丝丝材的直径、不圆度、平直度及表面质量等工艺指标。为保证产品质量，定径带表面需要经过抛光处理，且要求定径带与工作锥和出口锥的交界面相互保持平行，并严格控制定径带的尺寸公差。

为了强化模具的出口，防止模芯破碎，出口区要求进行抛光处理，并要求定径区与出口区的交界处有轻微平滑的过渡，即安全角，否则丝材在拉丝时会刮伤其表面并产生大量的金属碎屑，污染润滑粉，并可能导致阻塞下一道模具入口，造成后续的拉丝润滑失效。

3 拉丝模在镀锌电极丝拉丝过程中常遇见问题及工艺优化

3.1 润滑不良导致过热断丝现象

常用拉丝模润滑区为35°±10°，拉丝油浓度为4%~6%，但由于镀锌丝材表面的锌熔点较低，拉丝过程中产生巨大热量，比黄铜丝消耗润滑液较多，减弱了润滑效果，同时在变形区某一点将耗尽残存丝材表面润滑粉。当拉应力过大时，在定径区域容易引起轴向伸长，出现缩径和椭圆问题，终将导致润滑不良，产生金属碎屑及过热断丝现象。

因此，在拉丝模设计时应考虑镀锌电极丝表面的特殊性，锌在拉丝油中的润湿效果通常比黄铜的较差，故应当将其润滑区适当调整至30°±10°左右，增大润滑效果，拉丝油浓度为5%~7%，并且严格控制拉丝油温度为38℃~42℃。

3.2压缩区的工作锥角度选择不当引起的问题

工作锥角度太大，使丝材进人拉丝模的接触点太靠近定径带，相对来说即变形区过短，使丝材变形速率加快，并产生大量热，容易导致润滑失效。若冷却不良，会影响丝材的组织结构，并加剧模具消耗。若模角再大或压缩率再小，会使接触点更接近定径带，丝材在流向定径带的过程中，由于锥角的影响，丝材难于平稳过渡到定径区域，容易引起丝材内凹，导致缩径，如果材料强度太低也会导致产生缩径或椭圆现象。尽管润滑区相对加长，并且开始瞬间能提供良好润滑，但是它会减小接触表面润滑压力，并产生涡流效应，导致润滑粉反向流出模孔，减弱润滑效果，再加上由变形产生的不良效果，终导致润滑失效，表面裂纹、刮伤，模耗加剧，丝径难以控制，特别容易造成波浪线。

工作锥角太小，导致进线接触点靠近工作锥上端，使变形区相对加长，使拉丝机对丝材产生的残余功增多，产生大量热，加大拉丝机功耗，同样会导致润滑不良，产生断丝、过热、缩丝等不良现象。

实践证明，由于镀锌电极丝表面镀了一层金属锌，锌的加工性能通常比黄铜电极丝差，丝材拉丝时总体加工率应适当减小15%~25%，同时压缩区的工作锥角度减少4°，这样可以大大减少了电极丝产品波浪线，S线，表面粗糙等的不良现象，从而提高成品率。

3.3 定径区长度选择及改进措施

确定定径区长度时应满足下列要求：足够的耐磨性、拉丝时消耗的能量少以及减少拉断丝材的可能性。定径区过长虽可提高拉丝模的寿命，但同时也会造成摩擦、发热量及能耗的增大，且易引起丝材直径的缩减或拉断丝材。如定径区过短，则会造成拉丝时丝材摇晃及产生竹节形，还会使拉丝模内孔很快地磨损导致尺寸差。一般情况下，拉丝丝材的直径越大，其定径区长度相应偏短。一般情况下，镀锌电极丝模具相当黄铜电极丝来说，定径区长度稍微长些，可以减少模具磨损，增加模具产能，稳定产品线径公差，通常镀锌电极丝线径公差控制在(-0.001,0)，而黄铜电极丝线径公差控制在(-0.002,0)。

3.4 出口区安全角度对直线度影响

单向走丝电火花加工用电极丝跟其它丝材不同，对直度有严格要求：取300mm线材,用直度测量板测量(自然状态，没有折痕)，将一端线头压在垂直测量板固**，另一端呈自由状态，其线头与垂直线的大距离≤30mm[2]，这样保证了丝材良好垂直度，适用于自动穿丝的机型。实践证明，出口区安全角度的大小对丝材直线度的影响大，因此将模具的出口区安全角度较少5°左右，设定在5~15°，但也不宜过小，否则在拉丝时会造成丝材表面有刮伤、划痕、丝流等。

3.5 丝材中心断裂及人字裂纹现象

中心断裂及“人”字裂纹现象在发现后一直被认为是由原材料引起的问题，但直到1930年Fenhison[3]才指出，中心断裂及“人”字裂纹是由拉丝工艺(道次加工率、拉丝道次)安排不合理引起的[3]。在丝材拉丝过程中，丝材内部组织沿着轴向延伸，丝材表面的组织流动速度大于内部组织的流动，在心部产生沿轴向的拉应力，当轴向的拉应力过拉丝材料的抗拉强度时，在材料的心部就会产生“人”字裂纹，严重时会产生杯锥断裂(柱状)。因此在制定拉丝工艺时应根据拉丝原料、拉丝模类型来合理安排拉丝工艺。Zimerman[4]建立的模具锥角(压缩区锥角)、加工率和中心断裂三者之间的关系如图3所示。根据图3安排镀锌电极拉丝工艺可以有效预防中心断裂和内部裂纹的产生。(图中白色区为中心断裂区，网格区域为安全区)。若工艺安排不合理会使残余功增加，并加大设备的能耗，使生产成本增加。另外，镀锌母线原料线径通常由φ0.9~φ1.3调整至φ0.7~φ1.0，同时入口区及出口区角度相应减小5~10°，这样可以有效较少拉丝过程中断线及成品丝材中心断裂及人字裂纹现象，提高生产效率及产品品质。

4 工艺优化后取得效果

经过以上工艺优化，得到一组新模芯孔型结构参数(如表1-优化后参数)，这样不仅减少了产品残余功，因为残余应力和加工硬化是由残余功造成的，残余功使材料硬化加剧，严重的会使丝材的表面开裂、起皮，拉丝困难。同时，提高了产品表面质量，还降低设备的能耗，减少生产成本，并且在延长模具使用寿命，增加模具产能，使得产品抗拉性能更加稳定等方面，都取得了获得良好效果(如表2)。

5 结束语

拉丝模作为金属制品变形的基本工具，其形状和构造无论怎样变化，其目的都是为了保证生产效率和产品质量，所以电极丝制造厂家应建立严格的模具返修和检查方法，制定合理的拉丝工艺，严格质量控制，才能保证产品的质量。在拉丝加工中，拉丝模的改进对丝材的生产有着举足轻重的作用。只有充分对比现有拉丝模结构特性以及更深入地剖析拉丝过程中出现的问题和影响因素，才能更好地提高了拉丝模具使用寿命，降低能耗和生产出更优质电极丝产品。