拉拔知識學習

第一節(jié)引言第二節(jié)管棒型材擠壓加工第三節(jié)管棒型線材拉拔第四節(jié)管材軋制第三章有色金屬管棒型材加工第三節(jié)管棒型線材拉拔3.1拉拔概述3.2拉拔時的應力與變形3.3拉拔力3.4拉拔設備與工具3.5拉拔工藝主要內(nèi)容:拉拔的概念,拉拔時的變形指標;管材拉拔的主要方法，各自的特點及適用范圍；拉拔方法的優(yōu)缺點；拉拔技術(shù)的發(fā)展概況。

重點：管材拉拔方法的特點及適用范圍。

目的和要求：掌握拉拔變形指標的意義及計算方法；管材拉拔不同方法各自的特點及適用范圍；拉拔技術(shù)的發(fā)展進步情況。3.1拉拔概述3.1.1拉拔的一般概念

在外力作用下,迫使金屬坯料通過?？?，以獲得相應形狀、尺寸的制品的塑性加工方法，如圖3.1.1所示。根據(jù)拉拔制品的斷面形狀，可將拉拔方法分為實心材拉拔（見圖3.1.1a）和空心材拉拔（見圖3.1.1b、c）。實心材包括線材、棒材和型材;空心材包括管材和空心異形型材。

3.1拉拔概述

圖3.1.1拉拔原理示意圖a-實心制品拉拔;b-管材空拉；c-管材襯拉

斷面減縮率:φ=（1-F1/F0）×100%

延伸率：ε=（L1/L0-1）×100%

拉伸系數(shù)：λ=L1/L0=F0/F1

減壁量：△t=t0-tk

減徑量：△d=d0-dk3.1拉拔概述3.1.2拉拔時的主要變形指標3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍管材拉拔可按不同方法分類。按照拉拔時管坯內(nèi)部是否放置芯棒可分為:無芯棒拉拔（空拉）和帶芯棒拉拔（襯拉）。按照拉拔時金屬的變形流動特點和工藝特點可分為：空拉、固定短芯棒拉拔、游動芯頭拉拔、長芯棒拉拔、頂管法和擴徑拉拔等6種方法,如圖3.1.2所示。

圖3.1.2管材拉拔的一般方法

a-空拉;b-長芯棒拉拔；c-固定芯棒拉拔；d-游動芯頭拉拔；e-頂管法；f-擴徑拉拔

在拉拔時,管坯內(nèi)部不放置芯棒。變形特點:減徑、不減壁。但在減徑過程中，壁厚依據(jù)D/S（外徑/壁厚）值的不同會有所增減。當減徑量比較大時，管材內(nèi)表面會變得比較粗糙?？绽诸悾赫麖剑ɑ驕p徑）空拉、成型空拉。整徑（減徑）空拉：用于生產(chǎn)小直徑管材，控制管材的直徑尺寸。

成型空拉：利用圓斷面管坯生產(chǎn)各種簡單斷面異形管材。

應用：空拉適合于小直徑管材的減徑，盤管拉拔，冷軋管的減、整徑，異形管的成型拉拔。3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（1）空拉定義:將管坯套在表面拋光的圓柱形芯棒上,使芯棒與管坯一起從模孔中拉出，實現(xiàn)減徑和減壁。特點：管坯與芯棒之間摩擦力的方向與拉拔方向一致，使拉拔力減小，從而可增大道次加工率;在拉拔薄壁管材和低塑性管材時，可防止管材的失穩(wěn)和拉斷。主要缺點：要準備大量表面拋光的長芯棒；要有專門的脫芯棒機構(gòu)。應用：適合于薄壁管、低塑性合金管材的拉拔。3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（2）長芯棒拉拔拉拔時,將帶有短芯棒的芯桿固定，管坯通過芯棒與?？字g的間隙實現(xiàn)減徑和減壁。固定短芯棒拉拔是管材生產(chǎn)中應用最廣泛的一種拉拔方法。管材內(nèi)表面質(zhì)量比空拉的好，但不適合拉拔細長管材。3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（3）固定短芯棒拉拔拉拔過程中,芯頭不用固定，依靠其本身所具有的外形建立起來的力平衡被穩(wěn)定在?？字校瑢崿F(xiàn)管材的減徑和減壁。游動芯頭拉拔是目前管材生產(chǎn)中較為先進的一種方法，非常適合長管和盤管生產(chǎn)，對于提高生產(chǎn)率、成品率和管材內(nèi)表面質(zhì)量都非常有利。3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（4）游動芯頭拉拔將芯桿套入帶底的管坯中,操作時芯桿與管坯一同從?？字许敵?，實現(xiàn)減徑和減壁。頂管法適用于大直徑管材生產(chǎn)。

3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（5）頂管法將擴徑芯頭裝入直徑較小的管坯中拉拔,管坯通過擴徑后，直徑增大，壁厚減薄，長度減小。適用于當受到設備能力限制時，用小直徑管坯生產(chǎn)大直徑管材。3.1.3管材拉拔的一般方法及適用范圍（6）擴徑拉拔主要優(yōu)點:

（1）尺寸精確,表面光潔度高。（2）設備簡單，維修方便，在一臺設備上可以生產(chǎn)多種品種、規(guī)格的制品。（3）適合于各種金屬及合金的細絲和薄壁管生產(chǎn)，規(guī)格范圍很大。絲（線）材：Φ10~Φ0.002mm;管材：外徑Φ0.1~Φ500mm；壁厚最小達0.01mm；壁厚與直徑的比值可達到1：2000。（4）對于不可熱處理強化的合金，通過冷拔，利用加工硬化可使其強度提高。

3.1.4拉拔法的特點主要缺點:

（1）受拉拔力限制,道次變形量小，往往需要多道次拉拔才能生產(chǎn)出成品。（2）受加工硬化的影響，兩次退火間的總變形量不能太大，從而使拉拔道次增加，降低生產(chǎn)效率。（3）由于受拉應力影響，在生產(chǎn)塑性低、加工硬化程度大的金屬時，易產(chǎn)生表面裂紋，甚至拉斷。（4）生產(chǎn)扁寬管材和一些較復雜的異形管材時，往往需要多道次成型。3.1.4拉拔法的特點公元前20~30世紀,把金塊錘鍛后，通過小孔手工拉制細金絲，同時出現(xiàn)了類似于拉線模的東西。公元12世紀，有了鍛線工和拉線工之分，確立了拉拔加工。13世紀中葉，德國首先制造了水力拉拔機，并得到推廣，使拉拔走上了機械化作業(yè)的道路。1871年，出現(xiàn)了連續(xù)拉線機。進入20世紀后，拉拔技術(shù)及裝備、拉拔理論得到了不斷發(fā)展、進步。出現(xiàn)了多模高速連續(xù)拉拔機、多線鏈式拉拔機、圓盤拉拔機以及管棒材成品連續(xù)拉拔矯直機列。目前，高速拉線機速度可達到80m/s;圓盤拉拔機最大圓盤直徑為3m，生產(chǎn)Φ40~50mm以下管材，速度可達25m/s，最大長度可達6000m以上。3.1.5拉拔技術(shù)的發(fā)展進步第三節(jié)管棒型線材拉拔3.1拉拔概述3.2拉拔時的應力與變形3.3拉拔力3.4拉拔設備與工具3.5拉拔工藝主要內(nèi)容:圓棒材、管材拉拔時的應力與變形;拉拔制品的殘余應力。難點：管材空拉時的應力與變形；拉拔制品中的殘余應力分布。目的和要求：掌握圓棒拉拔時的應力分布；管材空拉時的變形規(guī)律及影響因素；游動芯頭拉拔時芯頭在變形區(qū)中穩(wěn)定的條件；拉拔制品中殘余應力的產(chǎn)生、分布、危害及減小或消除的方法。3.2拉拔時的應力與變形

圖

棒材拉拔時的變形區(qū)形狀3.2.1.1變形區(qū)的形狀變形區(qū)的形狀如圖所示。通常按速度場可把變形區(qū)分三個區(qū):Ⅰ、Ⅲ區(qū),彈性變形區(qū);

Ⅱ區(qū)，塑性變形區(qū)。3.2拉拔時的應力與變形3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形

3.2.1.2應力與變形狀態(tài)

圓棒材拉拔時的受力與變形狀態(tài)如圖所示。

外力:拉拔力P,模壁正壓力N，摩擦力T。

應力：變形區(qū)中的金屬基本上處于兩向壓（σr、σθ）、一向拉（σl）的應力狀態(tài)。由于金屬的軸對稱變形，其應力也呈軸對稱狀態(tài)，即σr

≈

σθ

。

應變：變形區(qū)中的金屬基本上處于兩向壓縮（εr、εθ）、一向延伸（εl）的變形狀態(tài)。3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形

圖

拉拔時的受力及變形狀態(tài)3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形

3.2.1.3金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動特點拉拔時金屬變形流動的坐標網(wǎng)格如圖。圖

圓棒拉拔時的坐標網(wǎng)格變化拉拔時金屬的變形流動在一定程度上與擠壓相似,其坐標網(wǎng)格在拉拔前后的變化情況也與擠壓時基本相同，但其變化比擠壓時簡單，金屬流動的不均勻性也比擠壓時小。

變形區(qū)內(nèi)金屬的變形規(guī)律:外層金屬的延伸變形比內(nèi)層的大;外層金屬的壓縮變形也大于中心層。3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形（1）應力沿軸向分布

σl入＜σl出∣σr入∣＞∣σr出∣∣σθ入

∣＞∣σθ出∣變形區(qū)中的應力分布如圖示。圖變形區(qū)內(nèi)的應力分布3.2.1.4變形區(qū)內(nèi)的應力分布規(guī)律3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形原因:穩(wěn)定拉拔過程中,變形區(qū)內(nèi)任一橫斷面向?？壮隹诜较蛞苿訒r，面積逐漸減小，而此斷面與變形區(qū)入口端球面間的變形體積不斷增大。為實現(xiàn)塑性變形，通過此斷面作用在變形體的σl必須逐漸增大。根據(jù)塑性方程，可得：

σl-（-σr

）=Kzh

σl+σr=Kzh如果把金屬的變形抗力看成是常數(shù)，則隨著σl向出口方向增大，σr和σθ必然減小。另外，σr在入口處較大也可以從實際生產(chǎn)中模子入口處磨損較快得到證實。3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形

（2）應力沿徑向分布∣σr外∣＞∣σr

內(nèi)∣∣σθ外∣＞∣σθ內(nèi)∣

σl外＜σl內(nèi)原因:在變形區(qū),金屬的每個環(huán)形的外面層上，作用著徑向應力σr外，在內(nèi)表面上作用著σr

內(nèi)，由于σr總是力圖減小其外表面，這就需要σr

外大于σr

內(nèi)。距離中心層越遠，表面積越大，所需要的力就越大。

σl沿徑向的分布則可根據(jù)塑性方程得出。另外，在徑向上σl外<σl內(nèi)也可從拉拔棒材時內(nèi)部有時出現(xiàn)周期性裂紋得到證實。圖

作用在塑性變形區(qū)各圓環(huán)內(nèi)、外表面上的徑向應力3.2.1圓棒材拉拔時的應力與變形

拉拔管材時,失去了軸對稱的變形條件，其變形的不均勻性、附加剪切變形和應力都會有所增加。3.2.2.1空拉

空拉時，管材的壁厚尺寸在變形區(qū)中是變化的。受不同因素的影響，可以變薄、變厚或基本不變。掌握空拉時管材的壁厚變化規(guī)律和計算，是制定拉拔工藝規(guī)程以及選擇管坯尺寸所必須的。3.2.2管材拉拔時的應力與變形

（1）空拉時變形區(qū)的應力分布圖

管材空拉時的變形力學圖

空拉時,主應力σl、σr和σθ在變形區(qū)中的分布規(guī)律與圓棒材拉拔時相似。

σl入＜σl出∣σr入∣＞∣σr

出∣∣σθ入∣＞∣σθ出∣a.應力沿軸向分布3.2.2.1空拉徑向應力σr在徑向上的分布規(guī)律:由管材的外表面向內(nèi)表面逐漸減小,即∣σr外∣＞∣σr內(nèi)∣，直到管材內(nèi)表面處為零。這是因為管材內(nèi)壁無任何支撐物以建立起反作用力之故。在管材內(nèi)壁上為兩向應力狀態(tài)，即軸向應力σl和周向應力σθ

。周向應力σθ在徑向上的分布規(guī)律則由管材外表面向內(nèi)表面逐漸增大，即∣σθ外∣＜∣σθ內(nèi)∣。

b.應力沿徑向分布3.2.2.1空拉空拉時的變形狀態(tài)是三維變形:軸向延伸、周向壓縮,徑向延伸或壓縮。研究的目的：分析徑向的變形規(guī)律，研究管材壁厚的變化規(guī)律。（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點3.2.2.1空拉引起管材壁厚變化的應力是軸向拉應力σl和周向壓應力σθ。

在σl的作用下,管材發(fā)生延伸變形，可使其壁厚變薄;而在σθ的作用下，可使管材壁厚增厚，二者所起的作用是相反的。關(guān)鍵在于誰起主導作用。根據(jù)塑性加工力學，應力狀態(tài)可以分解為球應力分量和偏差應力分量。將空拉管材時的應力狀態(tài)分解，有三種管壁變化情況。a.空拉時變形區(qū)內(nèi)的壁厚變化規(guī)律（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點某一點的徑向主變形εr是延伸還是壓縮或為0,主要取決于σr－σm[σm=（σl+σr+σθ）/3]

的代數(shù)值如何。

當σr

-σm

>0，即σr

>（σl

+σθ

）/2時，εr為正，管壁增厚。

當σr

-σm=0，即σr=（σl+σθ

）/2時，εr為0，管壁厚不變。

當σr

-σm

<0，即σr

<（σl

+σθ

）/2時，εr為負，管壁減薄。a.空拉時變形區(qū)內(nèi)的壁厚變化規(guī)律

空拉時,管壁厚沿變形區(qū)長度上也有不同的變化。由于σl由模子入口向出口逐漸增大，而σθ逐漸減小，所以，在入口處，σθ相對大，σl相對小，容易增壁。出口處，σθ相對小，σl相對大，容易減壁。

因此，管材壁厚在變形區(qū)內(nèi)的變化規(guī)律是由模子入口處開始增加，達到最大值后開始減薄，到模子出口處減薄最大。a.空拉時變形區(qū)內(nèi)的壁厚變化規(guī)律（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點

圖

空拉6A02合金管材時變形區(qū)的壁厚變化情況

3.2.2.1空拉相對壁厚的影響

對于外徑D相同的管坯,增加壁厚S將使金屬向中心流動的阻力增大，從而使管壁增厚量減小。對于壁厚相同的管坯，增加外徑，減小了“曲拱”效應，使金屬向中心流動的阻力減小，使管坯空拉后壁厚增加的趨勢加強。一般:當D/S<3.6（5）時，減壁;當D/S>7.6（6）時，增壁；當D/S=3.6~7.6（5~6）時，可能出現(xiàn)增壁、減壁或不變。b.影響空拉時壁厚變化的因素（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點減徑量的影響減徑量越大,壁厚的變化也越大。在總減徑量不變的情況下，多道次空拉的增壁量大于單道次的增壁量;多道次空拉的減壁量小于單道次的減壁量。

模角α的影響

隨著模角增大，拉拔應力發(fā)生變化，并且存在著一最小值，其相應的模角稱為最佳模角。如果模角變化使拉拔應力σl增大，就會導致增壁過程中的增壁趨勢減?。粶p壁過程中的減壁趨勢增大。

b.影響空拉時壁厚變化的因素（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點定徑帶長度h、摩擦系數(shù)f、拉拔速度v的影響增大h、f、v,都會使拉拔應力σl增大，導致增壁時的增壁趨勢減小;減壁時的減壁趨勢增大。合金及狀態(tài)的影響合金及狀態(tài)影響到變形抗力σs、摩擦系數(shù)f、加工硬化速率等。通常，σs大，σl大。相同合金，硬度越高，增壁的趨勢越弱。拉拔方式的影響

采用倍模（或稱雙模）拉拔，會使管壁增加時的增壁趨勢減小，管壁減薄時的減壁趨勢增大。相當于增加一個反拉力。b.影響空拉時壁厚變化的因素（2）空拉時變形區(qū)內(nèi)的變形特點圖倍模拉拔示意圖3.2.2.1空拉對于存在偏心的管坯,經(jīng)過幾道次空拉，可使其偏心得到一定程度的糾正。主要原因:偏心管坯空拉時，假定在同一圓周上徑向壓應力σr均勻分布，則在不同壁厚處產(chǎn)生的周向壓應力σθ不同，厚壁處的σθ小于薄壁處的σθ

。這樣，薄壁處要先發(fā)生塑性變形，即周向壓縮，徑向延伸，使壁增厚，軸向延伸;而厚壁處還處于彈性變形狀態(tài)，則在薄壁處，將有軸向附加壓應力的作用，厚壁處受附加拉應力作用，促使厚壁處進入塑性變形狀態(tài)，增大軸向延伸，顯然在薄壁處減少了軸向延伸，增加了徑向延伸，即增加了壁厚。σθ值越大，壁厚增加越多。薄壁處在σθ作用下逐漸增厚，使整個斷面上的壁厚趨于均勻一致。（3）空拉對糾正管子偏心的作用3.2.2.1空拉空拉壁薄的管材時,如果減徑量過大，會使管壁失穩(wěn)而產(chǎn)生凹下或產(chǎn)生鄒折。特別當管坯的S0/D0≤0.04時，更易產(chǎn)生失穩(wěn)。當?shù)来巫冃瘟窟^大時，也容易產(chǎn)生失穩(wěn)。（4）空拉時管壁的失穩(wěn)圖

空拉時的臨界變形量與管坯S

0/D0

的關(guān)系

Ⅰ-不穩(wěn)定區(qū)Ⅱ-穩(wěn)定區(qū)Ⅲ-過渡區(qū)3.2.2.1空拉

（5）空拉對管材表面質(zhì)量的影響下圖是φ3.9×0.5mm管坯,分別采用一道次和兩道次拉拔到φ3.0mm的內(nèi)表面照片。兩道次拉拔時，第一道次拉到φ3.45mm，再拉到φ3.0mm;單道次拉拔時，則直接拉到φ3.0mm。模角α=15°。

空拉管材的內(nèi)表面比帶芯棒襯拉的粗糙,且拉拔道次越多越粗糙。ab圖

空拉管材的內(nèi)壁形貌a–單道次拉拔后;b–兩道次拉拔后

3.2.2.1空拉（1）固定短芯棒拉拔3.2.2.2襯拉圖

固定短芯棒拉拔應力與變形

應力與變形空拉區(qū)（Ⅰ區(qū)）應力與變形特點同空拉時相同。同空拉過程一樣,存在著偏心的管坯，經(jīng)過固定短芯棒拉拔后，也能在一定程度上予以糾正，主要就是此空拉段所起作用的緣故。減壁區(qū)（Ⅱ區(qū)）應力與變形狀態(tài)同拉拔實心棒材時的表面變形狀態(tài)一樣。3.2.2.2襯拉特點內(nèi)表面與芯頭有摩擦力,其方向與拉拔方向相反，使σl增加，拉拔力比空拉時大。變形比空拉時均勻。管材內(nèi)表面質(zhì)量比空拉時的好。當芯桿過長、過細時，易產(chǎn)生彎曲，使芯頭在?？字须y以固定在正確位置上。同時，易引起“跳車”，在管材表面出現(xiàn)“竹節(jié)”狀缺陷。（1）固定短芯棒拉拔3.2.2.2襯拉（2）長芯桿拉拔3.2.2.2襯拉圖

長芯桿拉拔時的應力與變形

應力與變形長芯桿拉拔時的應力與變形狀態(tài)與固定短芯棒拉拔基本相同。所不同的是作用在管材內(nèi)表面上的摩擦力方向與拉拔方向相同,有助于減小拉拔力。

與固定芯頭相比,變形區(qū)拉應力減小30~35%，拉拔力相應減小15~20%。可以采用較大延伸系數(shù)。從而可減少拉拔道次和中間退火次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。在拉拔低塑性合金管材和薄壁管材時，不容易出現(xiàn)拉裂、拉斷的現(xiàn)象。整個芯桿需要進行表面處理，難度較大。脫管時需要專用設備。主要特點（2）長芯桿拉拔3.2.2.2襯拉

（3）游動芯頭拉拔3.2.2.2襯拉拉拔時,芯頭不固定，依靠芯頭所設計的特殊形狀和芯頭與管材接觸面間的力平衡，使其保持在變形區(qū)中。芯頭在變形區(qū)中穩(wěn)定的條件圖

游動芯頭拉拔時芯頭在變形區(qū)內(nèi)的受力情況芯頭在變形區(qū)內(nèi)的穩(wěn)定位置,取決于作用在芯頭上力的軸向平衡。其力的平衡方程為:

N1sinα1-T1cosα1-T2=0

N1（sinα1-fcosα1）=T2

由于N1>0，T2

>0

故：sinα1-fcosα1

>0tanα1>tanβ

α1

>β------(1)（3）游動芯頭拉拔3.2.2.2襯拉芯頭在變形區(qū)中穩(wěn)定的條件式中:

α1—芯頭軸線與錐面間的夾角;

f—芯頭與管坯間的摩擦系數(shù)；

β—芯頭與管坯間的摩擦角。滿足此條件,在拉拔過程中，芯頭不會從變形區(qū)中退出。另外，為了防止芯頭向模子出口方向運動，其棱角部分擠斷管材，還應滿足芯頭的錐角α1

不大于模角α.即α1

≤α----(2)一般情況下，α

-α1=3°左右。

滿足(1)(2)兩條件。

圖

游動芯頭拉拔時的變形區(qū)（3）游動芯頭拉拔3.2.2.2襯拉游動芯頭拉拔時管子的變形過程游動芯頭拉拔時的變形區(qū)可分為5個區(qū)域:

Ⅰ區(qū)—空拉區(qū)。

Ⅱ區(qū)—減徑區(qū)。在減徑的同時也有減壁,減壁量大致等于空拉區(qū)的壁厚增量。

Ⅲ區(qū)—第二次空拉區(qū)。管子內(nèi)表面由于拉應力方向的改變而稍微離開芯頭表面。

Ⅳ區(qū)—減壁區(qū)。主要實現(xiàn)壁厚的減薄。

Ⅴ區(qū)—定徑區(qū)。一般只產(chǎn)生彈性變形。（3）游動芯頭拉拔3.2.2.2襯拉游動芯頭拉拔時管子的變形過程（3）游動芯頭拉拔3.2.2.2襯拉特點a

、可實現(xiàn)盤管及生產(chǎn)很長的管材,生產(chǎn)效率高，成品率高，內(nèi)表面質(zhì)量好。

b

、拉拔力比固定芯頭拉拔小15%左右。

頂管法生產(chǎn)管材時金屬的應力與變形狀態(tài)與長芯棒拉拔時完全相同,這里不再重復。

（4）頂管法拉拔3.2.2.2襯拉（5）擴徑3.2.2.2襯拉擴徑有壓入擴徑和拉拔擴徑。圖

擴徑拉拔示意圖

a-壓入擴徑;b-拉拔擴徑（5）擴徑3.2.2.2襯拉圖

擴徑時的變形力學圖

a-壓入擴徑;

b-拉拔擴徑

壓入擴徑適合大直徑、長度短的管材擴徑,一般管材的長度不大于直徑的10倍。應力狀態(tài)為兩向壓σl、σr和一向拉σθ

，在管材外表面的σr為0。變形狀態(tài)為兩向壓縮變形εl、εr和一向延伸變形εθ

，即長度變短，壁厚減薄，直徑增大。

拉拔擴徑一般用于小斷面薄壁長管的擴徑。拉拔擴徑的應力與變形狀態(tài)除軸向應力σl為拉應力外，其他與壓入擴徑相同。（5）擴徑3.2.2.2襯拉

3.2.3

拉拔制品殘余應力由于變形不均,在拉拔結(jié)束、外力去除后殘留在制品中的應力—殘余應力。分析拉拔棒材中的殘余應力。整個斷面均發(fā)生塑性變形時,殘余應力分布如圖所示。3.2.3.1

拉拔棒材中的殘余應力分布

圖

拉拔棒材中的殘余應力中心邊部邊部中心邊部邊部+0+－－－軸向徑向周向中心僅表面發(fā)生變形時:軸向上：邊部為壓、中心為拉;徑向上：整個斷面為壓；周向上：與軸向上相同。

（1）軸向殘余應力—外層拉、中心層壓在拉拔過程中,由于金屬流動不均，棒材外層產(chǎn)生附加拉應力，中心層則出現(xiàn)與之平衡的附加壓應力。拉拔結(jié)束后，由于彈性后效作用，制品長度縮短，而外層較中心層縮短得較大。但是，物體的整體性防礙了這種自由變形，其結(jié)果在外層產(chǎn)生殘余拉應力，中心層則出現(xiàn)殘余壓應力。（2）

周向殘余應力—外層拉、中心層壓由于棒材中心部分在軸向和徑向上受到殘余壓應力作用，故此部分金屬在周向上有漲大變形的趨勢。但是，外層金屬阻礙其自由漲大，從而在中心層產(chǎn)生周向殘余壓應力，外層則產(chǎn)生與之平衡的周向殘余拉應力。

3.2.3.1拉拔棒材中的殘余應力分布（3）徑向殘余應力—外表面為0外,整個斷面上受壓，中心最大在徑向上，由于彈性后效的作用，棒材斷面上所有的同心環(huán)形薄層，都欲增大其直徑。在外表面這種彈性恢復不受限制，但由外向內(nèi)所有環(huán)形薄層的彈性恢復均會受到其外層的阻礙，從而產(chǎn)生一殘余壓應力。中心層恢復的阻力最大。3.2.3.1拉拔棒材中的殘余應力分布凡是影響不均勻變形的因素,均對制品中殘余應力的大小及分布產(chǎn)生一定程度的影響。

（1）摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)大，不均勻變形加劇，殘余應力增大。

（2）斷面收縮率（減徑量）一般情況下，斷面收縮率大，變形的不均勻程度也會越大，殘余應力增大。（3）模具形狀模具形狀對變形不均勻性的影響主要是模角的大小。模角大，接觸面長度大，不均勻變形增大，殘余應力越大。（4）材質(zhì)被拉拔材料的彈性模量E越大，根據(jù)σ=Eε，殘余應力也越大。3.2.3.2影響殘余應力的因素（1）主要危害導致某些合金制品如黃銅產(chǎn)生應力腐蝕,是產(chǎn)生應力腐蝕的根源（如硬鋁、超硬鋁、含Mg量大于3%的Al-Mg系合金，都具有scc傾向）。前提是:有拉應力，有腐蝕性介質(zhì)。導致制品在放置和使用過程中逐漸改變尺寸和形狀，影響制品使用。繼續(xù)機加工時，若殘余應力不是對稱消失，則導致制品變形、彎曲。影響制品的機械性能。3.2.3.3殘余應力的危害及減小的措施根本措施是減小不均勻變形減小模壁與坯料接觸表面的摩擦:提高模具表面硬度;對模具進行滲氮等處理；使用中經(jīng)常拋光模具工作面；采用良好的工藝潤滑等。合理設計模具,采用最佳模角。合理分配變形量——減少道次變形量和兩次退火間的總變形量。

矯直。輥式矯直：僅表面變形，產(chǎn)生一封閉壓力層，使邊部的拉殘余應力減小或消除。

張力矯直：施加拉力，使制品產(chǎn)生1－3％的拉伸變形，有殘余拉應力的外層先進入塑性狀態(tài)，進而產(chǎn)生壓副應力。

低溫退火，僅使金屬發(fā)生回復。3.2.3.2殘余應力的危害及減小的措施（2）消除或減小殘余應力的措施

圖

拉拔棒材輥矯后殘余應力分布圖

拉拔棒材退火前后殘余應力變化

a-退火前;b-退火后第三節(jié)管棒型線材拉拔3.1拉拔概述3.2拉拔時的應力與變形3.3拉拔力3.4拉拔設備與工具3.5拉拔工藝

3.3拉拔力拉拔力:作用于制品前端用以實現(xiàn)塑性變形的力。是選擇設備噸位、校核工具強度、確定合理拉拔工藝規(guī)程的依據(jù)。主要內(nèi)容：影響拉拔力的因素分析;拉拔力計算。目的和要求：根據(jù)影響拉拔力的各種因素分析結(jié)果,能夠正確選用有關(guān)拉拔力計算式，計算各種情況下拉拔力。

（1）被加工金屬性質(zhì)抗拉強度越大,拉拔力越大。

（2）變形程度隨著斷面減縮率的增加，拉拔力增大。

（3）模角隨著模角變化，拉拔應力發(fā)生變化。模角小，接觸面積增加，拉拔應力增大;模角大，剪切變形增大，潤滑條件變差，也使拉拔應力增大。因此，存在著一個拉拔力的最小值，其相應的模角稱為最佳模角。一般認為棒材模是6~9°，管材模為11~12°。最佳模角大小與變形程度有關(guān)。3.3.1影響拉拔力的主要因素（4）拉拔速度

拉拔速度的影響與變形抗力、摩擦系數(shù)、變形熱等有關(guān)。在低速（5m/min以下）拉拔時,隨著拉拔速度增加，變形抗力升高，拉拔應力增大。在較高速度（6~50m/min）拉拔時，隨著拉拔速度增加，雖然變形抗力升高，但變形熱又使變形區(qū)內(nèi)的金屬產(chǎn)生軟化，使變形抗力降低;同時，也有助于潤滑劑帶入?？祝瑴p小摩擦，減小拉拔力。繼續(xù)增加拉拔速度，拉拔力變化不大。

下圖為拉拔鋼絲時的實驗曲線，當拉拔速度超過1m/s時，拉拔力急劇下降；當拉拔速度超過2m/s后，拉拔力變化較小。3.3.1影響拉拔力的主要因素

圖

拉拔力與拉拔速度的關(guān)系曲線

（5）摩擦及潤滑

摩擦系數(shù)越大,拉拔力越大。一般的潤滑方法所形成的潤滑膜較薄，未脫離邊界潤滑的范圍，其摩擦力仍較大。

近年來采用了流體動力潤滑方法，使?jié)櫥ぴ龊?，可大幅度降低界面摩擦?.3.1影響拉拔力的主要因素

壓力套管模子流速制品芯頭減徑模減壁模

原理:坯料與芯頭或套管間具有狹窄的間隙,借助于運動的坯料和潤滑劑的粘性，使模子入口處的潤滑劑壓力升高，進而使?jié)櫥瑒┠さ暮穸仍黾?。速度越大、間隙越小，效果越顯著。流體動力潤滑高壓油模箱拉拔模密封模也可將潤滑劑以很高的壓力送入模孔中來增加潤滑膜的厚度,此時稱為流體靜力潤滑。3.3.1影響拉拔力的主要因素流體靜力潤滑

3.3.1影響拉拔力的主要因素圖

反拉力對拉拔力及模子壓力的影響（6）反拉力反拉力的影響是兩方面的。隨著反拉力Q的增加,一方面，拉拔力Pq逐漸增加;另一方面，模壁受到的壓力Mq近似直線下降，使摩擦力減小，又使拉拔力減小。因此，就會存在一個臨界反拉力Qc。在反拉力達到臨界反拉力之前，對拉拔力無影響。當反拉力超過臨界反拉力值后，將改變塑性變形區(qū)內(nèi)的應力分布，使拉拔力增大。3.3.1影響拉拔力的主要因素（6）反拉力

對拉拔模具施以振動,可以顯著降低拉拔力，繼而提高道次加工率。在高頻振動下，拉拔應力減小是由于變形區(qū)的變形抗力降低引起的。晶格缺陷區(qū)吸收了振動能，使位錯勢能提高和為了使這些位錯移動所需要的剪切應力減小。在低頻和高頻軸向振動下，模子和金屬接觸面周期性的脫開使摩擦力減小。振動模對金屬的頻繁打擊。振動使得在某些瞬間模具相對于工件超前運動而產(chǎn)生一個促使工件運動的正向摩擦力。

超聲波振動導致工件溫度升高，使得變形抗力下降。

模具與工件脫離接觸使得潤滑劑易于進入接觸面，從而提高了潤滑效果，減小了摩擦。拉拔力的降低主要是由于模具振動而產(chǎn)生的沖擊力所造成。

對拉拔模具（模、芯頭）施加聲波或超聲波振動，可顯著降低拉拔力，現(xiàn)已出現(xiàn)超聲拉拔新技術(shù)。

（7）振動的影響3.3.1影響拉拔力的主要因素

圖

模具震動引起接觸情況的變化

a-無振動時;b-振動脫離接觸；

c-震動產(chǎn)生沖擊

3.3.2拉拔力計算拉拔力是拉拔變形的基本參數(shù),確定拉拔力的目的在于提供設計拉拔機與校核拉拔機部件強度、選擇與校核拉拔機電機容量，以及制定合理的拉拔工藝規(guī)程所必需的原始數(shù)據(jù)。同時，確定拉拔力是研究拉拔過程不可缺少的資料。拉拔力的理論計算方法較多，有平均主應力法。滑移線法、上界法以及有限元法等，而目前應用較廣泛的為平均主應力法，平均主應力法又稱工程法。（1）加夫里連柯算式

P=σs均F1

（λ-1）（1+

μcotα）(圓棒)

P=σs均(F0-F1)(1+Afctgα)(非圓棒)

式中:

σs均—拉拔前后金屬屈服極限算術(shù)平均值,可取σb均≈σs均

;

F0、F1—制品拉拔前后斷面積；λ—延伸系數(shù),λ=F0/F1。A—制品周長與等圓斷面周長之比；

μ—摩擦系數(shù)；

α—模角。3.3.2.1棒材拉拔力計算（2）彼得洛夫計算式

P=σs均F1(1+fctgα)lnλ

式中:

λ—延伸系數(shù),λ=F0/F1。3.3.2.1棒材拉拔力計算3.3.2.2.1空拉（1）阿利舍夫斯基計算式

P=1.2σb均ωε

F1

式中:ω=(tgα+f)/[(1-ftgα)tgα]

ε=1-F1/F0(道次加工率)（2）葉麥爾亞涅恩科計算式

a、當S/D≤0.05時:P=1.1σb均EF1δ

b、當S/D>0.05時:P=1.2σb均EF1δ式中:E=(tgα+f)/[(1-ftgα)tgα]≈1-f/α;

δ—斷面減縮率,

δ=(1-F1/F0)×100%。3.3.2.2管材拉拔力計算3.3.2.2.2固定短芯棒拉拔（1）阿利舍夫斯基計算式

P=1.05σb均ω1εF1

式中:ω1=(tgα+f)/[(1-ftgα)tgα]+Cf/tgα;

C—拉拔前后管材的平均直徑之比,C=D0均/D1均。（2）葉麥爾亞涅恩科計算式

P=1.05σb均E1F1δ

式中:E1=(tgα+f)/[(1-ftgα)tgα]+af/tgα

a=(D1-S1)/(D1-2S1)

D1、S1—分別為管材的外徑、壁厚。3.3.2.2管材拉拔力計算3.3.2.2.3長芯桿拉拔

葉麥爾亞涅恩科計算式

P=1.75σb均E2F1δ

式中:E2=(tgα+f)/[(1-ftgα)tgα]-af/tgα3.3.2.2管材拉拔力計算3.3.2.2.4游動芯頭拉拔

P=F11.6σs均a(F0/F1)lnα

式中:a=(tgα+f1)/[(1-f1tgα)tgα]–f2d1/(D1tgα)

f1

、f2—管材與模子、芯頭間摩擦系數(shù);

σs均—拉拔前后金屬真實屈服極限平均值；

D1、d1—拉拔后管材的外徑、內(nèi)徑。3.3.2.2管材拉拔力計算

小結(jié)本章除了教材上的拉拔力計算式外,又介紹了幾個有關(guān)計算式，關(guān)鍵是如何根據(jù)拉拔的具體條件，正確的選擇相應的算式及確定有關(guān)參數(shù)。第三節(jié)管棒型線材拉拔3.1拉拔概述3.2拉拔時的應力與變形3.3拉拔力3.4拉拔設備與工具3.5拉拔工藝主要內(nèi)容:拉拔設備簡述;拉拔模設計；拉拔芯頭設計。

重點：拉拔模設計；拉拔芯頭設計。

難點：拉拔模設計；拉拔芯頭設計。

目的和要求：對拉拔設備有基本的了解；掌握拉拔模和拉拔芯頭的使用條件和設計方法。3.4拉拔設備及工具3.4.1.1管棒材拉拔機

管棒材拉拔機有各種各樣的形式,目前應用最廣泛的是鏈式拉拔機，比較先進的是連續(xù)拉拔矯直機列和圓盤式管材拉拔機。

（1）鏈式拉拔機

特點:結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適應性強，在同一臺設備上可以拉拔管、棒、型材。3.4.1拉拔設備簡介

圖

鏈式拉拔機示意圖1-電動機與減速機;2-主動鏈輪；3-鏈條；4-機架；5-小車掛鉤；6-拉拔小車；7-制品；8-從動鏈輪；9-模座；10-機座；11-固定短芯棒與芯桿；12-尾架

（2）聯(lián)合拉拔機列

對于Φ4~Φ95mm管材,Φ3~Φ40mm棒材，趨向于將拉拔、矯直、鋸切、拋光及探傷等組合在一起形成一個機列，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

特點:機械化、自動化程度高，所需生產(chǎn)人員少，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高;產(chǎn)品質(zhì)量好，表面光潔度高，彎曲度小；設備重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。3.4.1.1管棒材拉拔機

圖

管棒材聯(lián)合拉拔機列示意圖1-放料架;2-軋尖機；3-導輪；4-預矯直；5-模座；6、7-拉拔小車；8-主電動機；9-小車鉗口；10-水平矯直；11-垂直矯直；12-剪切裝置；13-料槽；14-拋光機；15-小車鉗口；16-小車中間夾板

圖11-3倒立式圓盤拉拔機示意圖1-卷筒;2-模子；3-放料架；4-受料盤

（3）圓盤拉拔機圓盤拉拔機主要用于生產(chǎn)盤管制品。管坯打頭后從模子2中穿過,被與卷筒連接的鉗口夾住，隨著卷筒1轉(zhuǎn)動被拉出?？桌p繞在卷筒上。在卷筒的下方有一個與其同速轉(zhuǎn)動的受料盤，在拉拔過程中可邊拉拔邊卸料，拉拔管材的長度可不受卷筒長度的限制。

特點:生產(chǎn)效率高，成品率高，可生產(chǎn)長度達幾千米甚至上萬米長的制品。

3.4.1.1管棒材拉拔機3.4.1.2拉線機

拉線機按工作制度分為單模拉線機和多模拉線機兩大類。1）單模拉線機

拉拔時只通過一個模子的拉線機。單模拉線機有多種類型,都是由一個電動機驅(qū)動，拉拔速度60~120m/min，鋼線卷的重量可達2000kg。為提高生產(chǎn)效率，在電線生產(chǎn)中則采用了包括拉拔、中間退火、表面處理等連續(xù)自動生產(chǎn)線。3.4.1.2拉線機

圖

鋁電信電纜線連續(xù)生產(chǎn)線

1-線坯;2、4-模子；3、6-感應加熱；5-洗凈；7-冷卻；8-牽引輥；9-卷筒；10-空冷；11-塑料絕緣；12-張緊輥2）多模連續(xù)拉線機

拉拔時,線材連續(xù)同時通過多個模子，而在每兩個模子之間有絞盤，線以一定的圈數(shù)纏繞于其上，借以建立起拉拔力。根據(jù)在拉拔時線與絞盤間的運動速度關(guān)系，又可分為滑動式多模連續(xù)拉線機與無滑動式多模連續(xù)拉線機。3.4.1.2拉線機

特點:除了最后的收線盤外,線與絞盤圓周的線速度不相等，存在著滑動。分類：滑動式多模連續(xù)拉線機按其絞盤的結(jié)構(gòu)、布置形式及潤滑方式大致分為：立式和臥式圓柱形絞盤連續(xù)拉線機，臥式塔形絞盤連續(xù)拉線機，多頭連續(xù)多模拉線機。

臥式塔形絞盤連續(xù)多模拉線機是滑動式拉線機中應用最廣泛的現(xiàn)代拉線機，主要用于拉細線。多頭拉線機是比較現(xiàn)代化的拉線機，可同時拉幾根線，并且每一根線通過多個模連續(xù)拉拔。應用：滑動式多模連續(xù)拉線機主要用于銅、鋁線及鋼、不銹鋼及銅合金細線拉拔。（1）滑動式多模連續(xù)拉線機2）多模連續(xù)拉線機3.4.1.2拉線機

圖

塔形絞盤連續(xù)多模拉線機

1-模子;2-絞盤；3-卷筒；4-線特點:拉拔時線與絞盤之間沒有相對滑動。

a、儲線式無滑動多模連續(xù)拉線機工作特點：每個絞盤上可以儲存若干圈數(shù)的線,根據(jù)拉拔條件的變化，線圈數(shù)可以自動增加或減少。通常用于拉拔鋼線或鋁線。儲線式無滑動多模拉線機有多種結(jié)構(gòu)形式，廣泛應用的是雙層儲線式無滑動拉線機。（2）無滑動式多模連續(xù)拉線機2）多模連續(xù)拉線機3.4.1.2拉線機

圖雙層儲線式拉線機

1-線坯;2-電動機；3-減速機；4-下絞盤；5-上絞盤；6-滑環(huán)；7-導輪；8~12-模子

b

、非儲線式無滑動多模連續(xù)拉線機

拉拔絞盤與線材之間無滑動。在拉拔過程中,不允許任何一個中間拉拔絞盤上有線材積累或減少。為了消除線與絞盤之間的滑動，一般在絞盤上繞上7~10圈線。

主要特點:在拉拔過程中可借助張力輪自動調(diào)整絞盤速度，并借助平衡杠桿的彈簧建立反拉力。（2）無滑動式多模連續(xù)拉線機2）多模連續(xù)拉線機3.4.1.2拉線機

圖絞盤速度自動調(diào)節(jié)機構(gòu)

1-張力輪;2-平衡杠桿；3-拉力彈簧；4-扇形齒輪；5-齒輪；6-變阻器；7-擋塊3.4.2.1拉拔模種類、特點及應用有普通模、輥式模和旋轉(zhuǎn)模三種。（1）普通模有錐模和弧形模兩種。在加工率相同時,弧形模與被拉拔金屬的接觸面大，從而可減少?？椎哪p，因此弧線形模一般只用于細線的拉拔。

管、棒、型及粗線通常都采用錐形模拉拔。3.4.2拉拔工具注:拉拔過程中拉模受到較大的摩擦,尤其在拉細線時，拉拔速度快，拉模磨損更嚴重。因此拉模材料要具有足夠的強度、硬度和耐磨性。一般大尺寸制品拉拔時用耐磨鋼，小尺寸制品拉拔時用硬質(zhì)合金或金剛石，并做成鑲嵌結(jié)構(gòu)。（1）普通模3.4.2.1拉拔模種類、特點及應用?？子杀粍有D(zhuǎn)的輥組成,特點是:a摩擦力小、能耗低、工具壽命長;b可采用較大的道次加工率；c拉拔速度高；d改變輥間距可生產(chǎn)變斷面型材。水平輥立輥（2）輥式模3.4.2.1拉拔模種類、特點及應用拉拔時模子旋轉(zhuǎn),特點是:以滾動接觸代替滑動接觸，不僅降低摩擦力，還可使模子磨損均勻，因此可減小制品的橢圓度，多用于連續(xù)拉線機的成品模上。（3）旋轉(zhuǎn)模3.4.2.1拉拔模種類、特點及應用3.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸3.4.2拉拔模設計圖錐形拉拔?？椎膸缀涡螤睥?潤滑帶;Ⅱ-壓縮帶；Ⅲ-定徑帶；Ⅳ-出口帶錐形模的模孔一般由四部分組成:潤滑帶、壓縮帶、定徑帶、出口帶。

（1）潤滑帶Ⅰ

（入口錐、潤滑錐）

作用:在拉拔時便于潤滑劑帶入?？?保證制品得到充分潤滑，減少摩擦;并帶走產(chǎn)生的部分熱量；防止劃傷坯料。

a

、潤滑錐角β：通常取β=40~60°。

β過大，潤滑劑不易儲存，潤滑效果差。

β過小，拉拔過程中產(chǎn)生的金屬屑、粉末不易從?？字须S潤滑劑流出，堆積在模孔中易造成制品劃傷、“縮絲”、拉斷等。

b、潤滑錐長度LⅠ：LⅠ=(1.1~1.5)d。對于管、棒材拉拔模，潤滑錐通常用R=4~8mm的圓弧代替。3.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸（2）壓縮帶Ⅱ

（壓縮錐、工作錐）

作用:金屬產(chǎn)生塑性變形,獲得所需要的形狀、尺寸。

形狀：錐形和弧線形?；【€形主要用于拉拔Φ1.0mm以下線材。對于大、中規(guī)格模子，由于變形區(qū)較長，制造弧線形困難，故用錐形模。a、模角αα過小，在坯料尺寸不變的情況下，將使坯料與模壁的接觸面積增大。

α過大，單位正壓力越大，潤滑劑很容易從?？字斜粩D出，使?jié)櫥瑮l件惡化。并且使金屬在變形區(qū)中的流線急劇轉(zhuǎn)彎，導致附加剪切變形增大，使拉拔力和非接觸變形增大。同時，模子的磨損加劇。存在著一個合理模角。一般棒、線材，α=6~9°;管材α=11~12°。b

、壓縮帶長度LⅡ

LⅡ=a(D0-D1)/2cotα

式中：

D0—坯料允許可能的最大直徑；

a—不同心系數(shù)，取1.05~1.3，細制品取上限。3.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸（3）定徑帶Ⅲ

作用:使制品進一步獲得穩(wěn)定、精確的尺寸與形狀;防止?？啄p而很快超差,延長其使用壽命。形狀：合理形狀為圓柱形。對于生產(chǎn)細線用的拉模，由于在打磨模孔時，必須用帶0.5~2°的磨具進行打磨，故定徑帶亦有相同的錐度。

a、定徑帶直徑D1

要考慮制品的公稱尺寸及其偏差，考慮模孔的彈性變形及制品的彈性恢復，考慮?？椎哪p及模具使用壽命等。實際中，由于目前標準規(guī)定制品的直徑為負偏差，故?？椎亩◤綆е睆揭话愣急犬a(chǎn)品名義尺寸稍小。3.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸b、定徑帶長度LⅢ

線材:

LⅢ=(0.5~0.25)D1

棒材：LⅢ=(0.15~0.25)D1

空拉管材：

LⅢ=(0.25~0.5)D1

襯拉管材：LⅢ=(0.1~0.2)D1（3）定徑帶Ⅲ3.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸

（4）出口帶Ⅳ（出口錐）

作用:防止制品出模孔時被劃傷;防止定徑帶出口端因受力而引起剝落。

a、錐角γ

一般取γ=30~45°。

b、出口帶長度L

Ⅳ

L

Ⅳ=(0.2~0.3)D13.4.2.2錐形模的結(jié)構(gòu)尺寸3.4.2.3模子材質(zhì)

常用以下幾種:

（1）金剛石

其特點是質(zhì)脆,硬度極高，耐磨性好。但價格昂貴，加工困難。一般用于拉拔直徑在0.3~0.5mm的細線時使用?，F(xiàn)已擴展至1-2.5mm的線材。金剛石模的模芯由金剛石加工而成，然后鑲?cè)脘撝颇Ｌ字小?.4.2拉拔模設計圖

金剛石模

1-金剛石模芯;2-?？?；3-模套

（2）硬質(zhì)合金

硬度僅次于金剛石,價格較便宜。一般用于拉拔Φ40mm以下的制品。對于一些精度要求高、批量大的大規(guī)格產(chǎn)品，有些生產(chǎn)廠家逐漸采用硬質(zhì)合金模。同金剛石模一樣，硬質(zhì)合金模也是由硬質(zhì)合金模芯和鋼制模套組裝而成。3.4.2拉拔模設計3.4.2.3模子材質(zhì)圖硬質(zhì)合金模1-硬質(zhì)合金模芯;2-模套

（3）工具鋼

對于大、中規(guī)格制品,一般采用工具鋼，在其模孔工作面上鍍鉻，其厚度為0.02~0.05mm。工具鋼的材質(zhì)常用T8A、T10A優(yōu)質(zhì)工具鋼，經(jīng)熱處理后硬度達HRC58~65。近年來，研究用陶瓷材料制作拉拔模具，提高硬度和耐磨性。3.4.2拉拔模設計3.4.2.3模子材質(zhì)1）芯棒的外形結(jié)構(gòu)尺寸（1）固定短芯棒的結(jié)構(gòu)尺寸

芯棒可設計成實心的和空心的。實心芯棒常用于12mm以下規(guī)格管材拉拔;12mm以上規(guī)格用空心芯棒拉拔。芯棒的形狀一般是圓柱形的,也可略帶0.1~0.3mm的錐度。拉拔直徑小于5mm的管材時也可用細鋼絲代替芯棒。芯棒的結(jié)構(gòu)形式見圖。3.4.2拉拔模設計3.4.2.4拉拔芯棒（芯頭）設計

圖

常用芯棒的結(jié)構(gòu)形式

a-空心圓柱芯棒;b-實心圓柱芯棒；

c-空心錐形芯棒；d-實心錐形芯棒3.4.2.4拉拔芯棒（芯頭）設計

（2）游動芯頭的結(jié)構(gòu)尺寸圖游動芯頭的形狀、尺寸參數(shù)3.4.2.4拉拔芯棒（芯頭）設計2）芯棒材質(zhì)

芯棒的材質(zhì)一般為鋼或硬質(zhì)合金。

（1）鋼對于中、小規(guī)格芯棒,一般用35號鋼，T8A，30CrMnSi等，表面鍍鉻。大規(guī)格芯棒，多采用含碳量為0.8~1.0%的鋼，淬火后硬度HRC為60左右。

（2）硬質(zhì)合金主要用于制作中、小規(guī)格芯頭，常用YG15。3.4.2拉拔模設計3.4.2.4拉拔芯棒（芯頭）設計第三節(jié)管棒型線材拉拔3.1拉拔概述3.2拉拔時的應力與變形3.3拉拔力3.4拉拔設備與工具3.5拉拔工藝主要內(nèi)容:拉拔工藝流程;配模設計；拉拔時的潤滑；拉拔制品的質(zhì)量控制；特殊拉拔方法簡介。

重點、難點：配模設計。

目的和要求：了解拉拔生產(chǎn)工藝流程。掌握圓棒拉拔配模設計的原則和方法。其它了解。3.5拉拔工藝3.5.1拉拔生產(chǎn)工藝流程

不同金屬、不同合金、不同品種、不同狀態(tài)、不同規(guī)格制品,其拉拔生產(chǎn)工藝流程往往不同，有時甚至相差很大。（1）鋁合金管材拉拔工藝流程

坯料—退火—刮皮—碾頭—拉拔—整徑—矯直—鋸切—檢驗。（2）銅合金管材拉拔工藝流程

坯料—酸洗—碾頭—拉拔—矯直—鋸切—預檢—成品退火—檢驗。（3）鋼管拉拔工藝流程

管坯—打頭—熱處理—酸洗—磷化—皂化—拉拔—成品熱處理—矯直—鋸切—檢驗。3.5.2拉拔配模設計3.5.2.1拉拔配模拉拔配模設計（概念）:根據(jù)成品的尺寸、形狀、機械性能、表面質(zhì)量及其他要求,確定坯料尺寸（有時坯料尺寸是確定的）、拉拔方式、拉拔道次及其所使用的工模具的形狀和尺寸。原則：在保證成品性能和質(zhì)量的前提下，盡可能增大道次延伸系數(shù)。（正確的配模設計，除能滿足上述要求外，還應保證在盡量減少斷頭、拉斷次數(shù)和裂紋、裂口等缺陷的情況下，減少拉拔道次以提高生產(chǎn)率和設備利用率。）理論+經(jīng)驗

1）實現(xiàn)拉拔過程的必要條件

σL=P/FL<σs（3-1）

式中:

σL—出?？讛嗝嫔系睦螒?

P—拉拔力；

FL—出模孔斷面積；

σs—出?？缀蟮牟牧锨姸取τ跓o明顯屈服點的材料（如有色金屬）,由于其σS≈σb，故常用σb代替σS

。即:

σL<σbσb/σL>1

令：σb/σL=k

k稱為安全系數(shù)

則實現(xiàn)拉拔過程的必要條件就是：

k>1

（3-2）

k值大小與被拉金屬的性質(zhì)、直徑、狀態(tài)、拉拔方式、拉拔變形條件（溫度、速度、反拉力等）等有關(guān)。通常k=1.4~2.0。1）實現(xiàn)拉拔過程的必要條件3.5拉拔工藝2）拉拔配模設計的內(nèi)容（1）坯料尺寸的確定管棒圓形制品、異型管材、實心型材拉拔時坯料尺寸的確定（2）中間退火次數(shù)的確定（3）拉拔道次的確定（4）道次延伸系數(shù)的分配（5）計算拉拔力及校核各道次安全系數(shù)

a.坯料斷面尺寸

F0=λΣF1

式中:

λΣ—總延伸系數(shù);

F0

、F1—分別為坯料和成品斷面積。

確定λΣ應考慮以下因素影響:（1）坯料尺寸的確定

①

管棒圓形制品坯料尺寸的確定2）拉拔配模設計的內(nèi)容制品性能的要求不同的交貨狀態(tài),對制品力學性能的要求不同。

λΣ=λ中λ成（2-2）式中:λ中—中間道次延伸系數(shù)，一般不控制;

λ成—成品道次延伸系數(shù)，根據(jù)制品性能要求確定。操作上的要求每一道減壁的同時也要減內(nèi)徑。即芯頭必須比管坯內(nèi)徑小。一般減壁道次nS應小于減徑道次nD。通常,

nD=nS+1

減壁道次根據(jù)合金、規(guī)格的不同來確定，一般為1~2次，壁薄、塑性差的合金可安排3道次或更多道次。成品表面質(zhì)量要求為了消除坯料表面帶來的或多或少的一些缺陷,必須有一定的變形量。坯料的供給條件對于由擠壓提供的坯料，一方面，擠壓制品的偏差相對較大，在選擇坯料尺寸時應考慮到這一點;另一方面，如果其壁厚較薄時，要考慮擠壓機能否擠動；還要考慮偏心的影響。

①管棒圓形制品坯料尺寸的確定拉拔時的總減壁量一般控制在1~2mm。帶芯頭拉拔時,管材內(nèi)徑減縮量一般為3~8mm。則:管坯內(nèi)徑為：

d0=d1+n(3~8)+1式中：n—帶芯頭拉拔道次;

d0

、d1—分別為坯料和成品管內(nèi)徑，mm；

1—整徑量，mm。管坯外徑D0為：D0=d0+2×（1~2）mm。

①管棒圓形制品坯料尺寸的確定a.坯料斷面尺寸應根據(jù)成品定尺長度和設備條件,一般盡量選擇長一些。

L0=(nL1+L余)/λΣ+L夾+L差式中:L1—成品定尺長度;

n—切定尺根數(shù)；

L余—切頭尾余量；

L夾—拉拔夾頭長度，取

150~350mm；

L差—管材坯料壁厚負偏差余量。

①管棒圓形制品坯料尺寸的確定b.坯料長度L0②

異型管材拉拔時坯料尺寸的確定對于用拉拔方法生產(chǎn)的異形斷面無縫管材,成型前的異形斷面管材的坯料為相同壁厚的圓管。當管材壁厚減薄到成品壁厚尺寸時，通過1~2道次空拉，使其形狀逐漸向成品形狀過渡。因此，關(guān)鍵是確定過渡圓的尺寸。變成所需要的異形管材。過渡前的圓管直徑D為:

D=(1.02~1.04)異形管周長過渡圓（1）坯料尺寸的確定由于過渡拉拔的主要目的是成型,所以尺寸設計時主要考慮的成型正確問題。為保證成型正確，過渡圓尺寸設計的原則是:過渡圓的外形尺寸等于或稍大于成品的外形尺寸。具體確定時，首先按周長相等原則計算，然后再加3－5％以確保棱角等部位能充滿。②

異型管材拉拔時坯料尺寸的確定（1）坯料尺寸的確定③實心型材拉拔時坯料尺寸的確定成品的外形必須包括在坯料的外形之中;型材各部分的延伸系數(shù)應盡量相等；形狀要逐漸過渡,并有一定的過渡道次。（1）坯料尺寸的確定（2）中間退火次數(shù)的確定為兩次退火間允許的平均總延伸系數(shù)。退火退火退火為坯料到產(chǎn)品的總延伸系數(shù)；2）拉拔配模設計的內(nèi)容坯料在拉拔過程中會產(chǎn)生加工硬化,塑性降低，使道次加工率減小，甚至頻繁出現(xiàn)斷頭、拉斷現(xiàn)象。因此需要進行中間退火以恢復金屬的塑性。中間退火的次數(shù)N可以計算獲得。為總延伸系數(shù);

（3）拉拔道次的確定為道次的平均延伸系數(shù)。2）拉拔配模設計的內(nèi)容

n為總拉拔道次數(shù);

（4）道次延伸系數(shù)的分配

道次道次延伸系數(shù)延伸系數(shù)適于塑性好、冷硬速率慢的材料,可充分利用其塑性在中間道次給予較大的變形，為精確控制成品尺寸精度，成品道次給予小的變形。適于冷硬速率塊的材料。

（5）計算拉拔力及校核各道次安全系數(shù)2）拉拔配模設計的內(nèi)容

經(jīng)驗法

計算法

3）拉拔配模設計（1）圓棒拉拔配模設計

a.給定成品和坯料尺寸:根據(jù)材料允許的道次延伸系數(shù)和兩次退火間允許的總延伸系數(shù),確定退火次數(shù)和拉拔道次;

b.給定成品尺寸并要求一定的性能：根據(jù)加工硬化曲線，確定最后一次退火時應留有的加工率；c.只要求成品尺寸：在保證表面質(zhì)量的前提下，盡量減小坯料的尺寸。a成品的外形必須包括在坯料的外形之中;

b為使變形均勻,坯料各部分的延伸系數(shù)應盡量相等;實際中滿足此點很困難，一般情況下，要求高的面給予較大的變形；

c坯料與?？赘鞑糠直M量同時接觸,否則由于未被壓縮部分的強迫延伸，引起形狀尺寸不精確。為保證這一點，各部分的模角應不同;

d帶銳角的型材，形狀要逐漸過渡，并有一定的過渡道次。

總之,設計原則是:使坯料各部分同時得到盡可能均勻的壓縮。3）拉拔配模設計（2）型材拉拔配模設計3）拉拔配模設計（2）型材拉拔配模設計根據(jù)上述原則,在實際生產(chǎn)中常常采用B·B·茲維列夫提出的“圖解設計法”進行型材配模設計。圖用圖解法設計空心導線用的型線配模圖斷面85m㎡電車線的形狀與尺寸3）拉拔配模設計（2）型材拉拔配模設計圖抗拉強度與變形程度之間的關(guān)系1--H62;2--紫銅；3--LY12圖斷面85m㎡電車線配模圖3）拉拔配模設計（3）圓管拉拔配?？绽淠ＴO計在確定空拉道次變形量時,要考慮金屬出?？诘膹姸纫苑览瓟嗉斑^程的穩(wěn)定性，還要考慮S0/D0比值和最佳模角的選擇問題。生產(chǎn)中，空拉時的道次極限延伸系數(shù)可達1.5—1.8，一般以1.4-1.5為宜。外徑減縮量2-7mm，小管下限。道次減徑量不能超過壁厚的6倍。減徑量過大或過小對管子質(zhì)量和拉拔生產(chǎn)都有不利影響。固定短芯頭拉拔配模設計固定短芯頭拉拔的主要目的是減壁,因此設計時要遵循“少縮多薄”的原則，即少減徑、多減壁。因為減徑量越大，則空拉段越長，結(jié)果金屬的塑性不能有效地用于減壁上。游動芯頭拉拔配模設計

減壁量必須有相應的減徑量配合,否則會導致管坯內(nèi)表面與大圓柱段接觸，一般認為，芯頭大、小圓柱段的直徑差應大于等于減壁量的6倍，即:Dd（4）異型管材拉拔配模設計主要是防止過渡空拉時管壁內(nèi)凹,尤其是長邊。此外,要保證成型拉拔時能順利地放入芯頭。3）拉拔配模設計放線盤模子收線盤中間絞盤（5）線材拉拔配模設計線材生產(chǎn)一般是多模、連續(xù)、高速拉拔，如下圖所示。由放線盤放出的線首先通過第一個模子，然后在中間絞盤上繞2－4圈再進入第二個模子，