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拉丝工序中，拉丝模的材质和孔径若何选择？

所属分类：电缆新闻颁布功夫：2025-08-04 08:50:32

在拉丝工序中，拉丝模的材质和孔径选择直接影响铜线的表表质量、尺寸精度、出产效能及模具寿命。以下是具体选择准则及优化战术：

一、拉丝模材质的选择

拉丝模材质需满足高硬度、高耐磨性、优良的抗粘附性及热不变性，以适应高快、高压的拉丝环境。常见材质及其个性如下：

1. 天然金刚石（ND）

个性：

硬度最高（HV10000），耐磨性极佳，适合超细线（φ<0.05mm）拉造。
导热性好，可急剧散热，削减线材表表划伤。
价值昂贵（单模成本>5000元），且脆性大，易崩裂。

合用场景：

高精度电子线（如HDMI线芯、5G同轴电缆内导体）。
需持久不变出产的超细线（φ0.01-0.03mm）拉造。

2. 聚晶金刚石（PCD）

个性：

由金刚石微粉高压烧结而成，硬度（HV8000-9000）靠近天然金刚石，但韧性更好，抗冲击性强。
耐磨性是硬质合金的100倍以上，寿命是天然金刚石的3-5倍。
成本适中（单模成本约1000-3000元），性价比高。

合用场景：

中细线（φ0.05-0.5mm）拉造，如汽车线束、工业机械人电缆。
大批量出产场景，需平衡成本与寿命。

3. 硬质合金（WC-Co）

个性：

以碳化钨（WC）为基体，钴（Co）为粘结剂，硬度（HV1500-2000）适中，韧性好。
耐磨性优于高快钢，但低于金刚石，寿命较短（约金刚石的1/10）。
成本低（单模成本<100元），易于加工成复杂孔型。

合用场景：

粗线（φ>0.5mm）拉造，如电力电缆、构筑布线。
试出产或幼批量出产，模具更换成本敏感场景。

4. 陶瓷（如氧化铝、氮化硅）

个性：

硬度高（HV1800-2200），耐高温（>1000℃），但脆性大，易崩裂。
抗粘附性差，易与铜线产生化学反映，导致表表缺点。

合用场景：

特殊场景（如高温拉丝、侵蚀性环境），但现实利用较少。

材质选择总结

线径领域	推荐材质	寿命对比（以硬质合金为基准）	成本对比
φ<0.05mm（超细线）	天然金刚石（ND）	50-100倍	高（>5000元/模）
φ0.05-0.5mm（中细线）	聚晶金刚石（PCD）	30-50倍	中（1000-3000元/模）
φ>0.5mm（粗线）	硬质合金（WC-Co）	1倍	低（<100元/模）

二、拉丝�？拙兜难≡�

拉丝�？拙缎杵揪�指标线径、延长系数、模具压缩角及线材材质综合确定，主题准则是节造变形量、预防断丝、保障表表质量。

1. 孔径推算基�。貉映は凳朊婊跛趼�

延长系数（λ）：
$λ = \frac{A _{0}}{A _{1}} = (\frac{d _{0}}{d _{1}})^{2}$
其中， $A_{0}$ 、 $d_{0}$ 为入口截面积/直径， $A_{1}$ 、 $d_{1}$ 为出口截面积/直径。

经验值：单路次延长系数λ≤1.4（硬质合金模），λ≤1.6（金刚石模）。
例如：将φ1.0mm铜线拉至φ0.8mm，延长系数 $λ = (\frac{1.0}{0.8})^{2} = 1.56$ ，需选取金刚石模。

面积减缩率（ε）：
$? = \frac{A _{0} ? A _{1}}{A _{0}} \times 100% = (1 ? \frac{1}{λ}) \times 100%$

安全领域：ε≤30%（硬质合金模），ε≤40%（金刚石模）。
例如：φ1.0mm→φ0.8mm，ε=36%，需分两路次拉造（如φ1.0mm→φ0.9mm→φ0.8mm）。

2. 孔径设计重点

入口区（Bell Radius）：

直径比线材大0.05-0.1mm，形成光滑池，削减摩擦。
例如：拉造φ0.5mm铜线，入口直径建议0.55-0.6mm。

压缩区（Approach Angle）：

硬质合金模：α=16°-20°；
金刚石模：α=12°-16°（因硬度高，可接受更大变形）。
角度α=12°-24°，角度越幼，变形均匀但摩擦大；角度越大，变形集中但易断丝。
经验值：

定径区（Bearing Length）：

长度L=(0.5-1.5)×d?（d?为出口直径），过长易导致线材抖动，过短尺寸不不变。
例如：φ0.2mm出口，定径区长度建议0.1-0.3mm。

出口区（Back Relief）：

直径比出口大0.01-0.02mm，预防线材与模具边缘刮擦。

3. 多路次拉丝的孔径匹配

总延长系数分配：

若选取金刚石模（λ≤1.6），需至少5路次（1.6?≈10.5 <16，需6路次）。
路次分配示例：φ2.0mm→φ1.6mm→φ1.3mm→φ1.0mm→φ0.8mm→φ0.65mm→φ0.5mm。
总延长系数 $λ_{总} = \prod_{i = 1}^{n} λ_{i}$ ，需满足 $λ_{i} \leq λ_{单路次最大}$ 。
例如：将φ2.0mm铜线拉至φ0.5mm，总延长系数 $λ_{总} = (\frac{2.0}{0.5})^{2} = 16$ 。

三、材质与孔径的协同优化战术

超细线拉造（φ<0.05mm）：

材质：天然金刚石（ND），利用其高硬度和导热性削减断丝。
孔径：单路次延长系数≤1.3，定径区长度≤0.05mm，预防线材抖动。
示例：φ0.03mm拉造，选取ND模，路次分配：φ0.05mm→φ0.04mm→φ0.035mm→φ0.03mm。

中细线拉造（φ0.05-0.5mm）：

材质：聚晶金刚石（PCD），平衡成本与寿命。
孔径：单路次延长系数≤1.5，压缩区角度14°-18°。
示例：φ0.2mm拉造，选取PCD模，路次分配：φ0.3mm→φ0.25mm→φ0.2mm。

粗线拉造（φ>0.5mm）：

材质：硬质合金（WC-Co），降低成本。
孔径：单路次延长系数≤1.3，入口区直径比线材大0.1-0.2mm。
示例：φ1.5mm拉造，选取WC-Co模，路次分配：φ2.0mm→φ1.8mm→φ1.5mm。

四、现实利用案例

案例1：5G同轴电缆内导体（φ0.08mm）

材质：天然金刚石（ND），因线径超细且需高频弯曲（弯曲半径<0.5mm）。
孔径：分4路次拉造（φ0.12mm→φ0.10mm→φ0.09mm→φ0.08mm），单路次延长系数1.44→1.23→1.23，定径区长度0.03mm。
成效：表表粗糙度Ra<0.1μm，断丝率<0.5%。

案例2：汽车高压线束（φ1.5mm）

材质：聚晶金刚石（PCD），因需高强度（抗拉强度>400 MPa）和耐委顿性。
孔径：分2路次拉造（φ2.0mm→φ1.7mm→φ1.5mm），单路次延长系数1.47→1.36，压缩区角度16°。
成效：模具寿命达50万米，线材椭圆度<0.005mm。

结论

拉丝模材质与孔径的选择需遵循“材质决定机能上限，孔径决定工艺可行性”的准则：

材质：凭据线径领域优先选择天然金刚石（超细线）、聚晶金刚石（中细线）或硬质合金（粗线）。
孔径：通过延长系数分配节造单路次变形量，结合入口区、压缩区、定径区设计优化表表质量。
协同优化：在超细线或高精度场景中，需选取高精度模具（如ND）并共同幼延长系数路次分配；在粗线或成本敏感场景中，可选用WC-Co模具并适当放宽公差。

将来，随着纳米涂层技术（如DLC涂层）和3D打印模具的发展，拉丝模的耐磨性、抗粘附性及孔径精度将进一步提升，为超细线、异形线拉造提供更优解决规划。

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