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如何设计高精度钢管的冷拔模具？

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：高精度冷拔钢管生产选择的主要冷拔方式是固定芯棒冷拔，也称短芯棒冷拔；模具型式一般均为锥形内模与锥形外模。因为冷拔高精度钢管的拔制力大，冷拔钢管的规格较大，所以，模具都是采用整体模具，材质一般选择滚珠轴承钢GCr15制造。出口锥为了防止冷拔钢管在外模出口处被擦伤，外模出口端面采用3×45°倒角。

3.1　模具的型式

模具主要是指冷拔的内模与外模，它们直接参与金属的变形和决定变形方式，对产品质量、冷拔过程的稳定性、冷拔机的生产率和各项经济指标有很大影响。模具必须具备一定的机械性能，调节和拆装方便，工作可靠。因此，模具设计的任务就是正确选择模具型式，根据冷拔工艺要求，确定模具尺寸，按照模具的工作条件，选择合适的模具材质和热处理方式。

高精度冷拔钢管生产选择的主要冷拔方式是固定芯棒冷拔，也称短芯棒冷拔；模具型式一般均为锥形内模与锥形外模。因为冷拔高精度钢管的拔制力大，冷拔钢管的规格较大，所以，模具都是采用整体模具，材质一般选择滚珠轴承钢GCr15制造。这种材料价格合适，热处理比较方便，使用效果较好，从性价比综合考虑，GCr15模具比高合金钢模具更加适合高精度钢管生产。

3.2　模具设计制造

3.2.1　锥形外模

高精度冷拔钢管外模的尺寸与形状示于图3-34。外模主要包括以下四部分。

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图3-34　锥形外模尺寸形状示意

（1）入口锥角

入口锥角α根据高精管生产经验，一般取值为6°～7°，小锥角可以充分发挥大吨位液压拔机的拔制力，增加钢管的变形面积，提高钢管的表面质量。

（2）定径带

成品外模定径带直径d按负公差设计，这样可以保证冷拔成品外径尺寸满足设计要求，中间道次外模可以按拔制工艺表设计即可。

定径带的长度，因高精度钢管生产不同于普通冷拔，故定径带的长度一般较长，达50～60mm，拔制力虽然会增大，但可以保证钢管的内径尺寸达到H9-H10，满足成品高精度的要求。至于增大的拔制力，因生产高精度钢管的冷拔机均为大吨位液压拔机，故可以满足这一要求。

（3）出口锥

为了防止冷拔钢管在外模出口处被擦伤，外模出口端面采用3×45°倒角。

（4）外模外形尺寸

外模直接安装在模座上，所有尺寸都是与模座配合设计的。为了保证模具尺寸与强度、刚性，又便于安装，一般模具厚度H为100～200mm，外周为圆锥形，锥角 15°～200°。

3.2.2　锥形内模

高精度冷拔钢管内模的尺寸与形状示于图3-35。由于高精度钢管的内孔较大，一般内模均设计成空心的，与内模芯轴配合，其结构由工作锥、圆柱带和前端反锥体组成。

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图3-35　锥形内模尺寸形状示意

（1）圆柱带

中间品内模的圆柱带尺寸d按拔制工艺表确定；成品内模的圆柱带尺寸，要按照经验与产品要求来确定，一般比拔制表尺寸小0.2-0.3mm。高精度钢管生产中，内模圆柱带长度l同样较长，一般取20mm左右，定径带过长成会造成冷拔困难，内表面光洁度差。

（2）锥角　α

经验值α=6°-7°，内模锥角与外模同样，特别是对于高精管生产，冷拔机的拔制力都很大，一般都是3～10MN（300～1 000t）之间。若模角取过大，变形区就很短，会造成变形剧烈，内模容易磨损，甚至损坏，致使钢管润滑层被破坏而产生内表面划伤缺陷，影响内表面质量。

（3）内模总长度

总长度L主要根据圆柱带长度l和锥角α区域的长度确定，锥角α区域最早接触钢管，其长度必须保证钢管变形能够在其表面进行，不能超出这一区域，否则，冷拔变形就无法进行。