1、第一节 引言 第二节 管棒型材挤压加工 第三节 管棒型线材拉拔 第四节 管材轧制,第三章 有色金属管棒型材加工,第三节 管棒型线材拉拔,3.1 拉拔概述 3.2 拉拔时的应力与变形 3.3 拉拔力 3.4 拉拔设备与工具 3.5 拉拔工艺,主要内容：拉拔的概念，拉拔时的变形指标；管材拉拔的主要方法，各自的特点及适用范围；拉拔方法的优缺点；拉拔技术的发展概况。重点：管材拉拔方法的特点及适用范围。目的和要求：掌握拉拔变形指标的意义及计算方法；管材拉拔不同方法各自的特点及适用范围；拉拔技术的发展进步情况。,3.1 拉拔概述,3.1.1 拉拔的一般概念在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状
2、、尺寸的制品的塑性加工方法，如图3.1.1所示。根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心材拉拔（见图3.1.1a）和空心材拉拔（见图3.1.1b、c）。实心材包括线材、棒材和型材；空心材包括管材和空心异形型材。,3.1 拉拔概述,图3.1.1 拉拔原理示意图 a-实心制品拉拔；b-管材空拉；c-管材衬拉,断面减缩率：=（1-F1/F0）100%延伸率：=（L1/L0-1）100%拉伸系数：=L1/L0=F0/F1减壁量：t = t0 - tk减径量：d = d0 - dk,3.1 拉拔概述,3.1.2 拉拔时的主要变形指标,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔可按不同方法分类。
3、按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为：无芯棒拉拔（空拉）和带芯棒拉拔（衬拉）。按照拉拔时金属的变形流动特点和工艺特点可分为：空拉、固定短芯棒拉拔、游动芯头拉拔、长芯棒拉拔、顶管法和扩径拉拔等6种方法，如图3.1.2所示。,图3.1.2 管材拉拔的一般方法a -空拉；b-长芯棒拉拔；c-固定芯棒拉拔；d-游动芯头拉拔；e-顶管法；f-扩径拉拔,在拉拔时，管坯内部不放置芯棒。 变形特点：减径、不减壁。但在减径过程中，壁厚依据D/S（外径/壁厚）值的不同会有所增减。当减径量比较大时，管材内表面会变得比较粗糙。 空拉分类：整径（或减径）空拉、成型空拉。整径（减径）空拉：用于生产小直径管材，控制管材的直
4、径尺寸。成型空拉：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。应用：空拉适合于小直径管材的减径，盘管拉拔，冷轧管的减、整径，异形管的成型拉拔。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（1）空拉,定义：将管坯套在表面抛光的圆柱形芯棒上，使芯棒与管坯一起从模孔中拉出，实现减径和减壁。 特点：管坯与芯棒之间摩擦力的方向与拉拔方向一致，使拉拔力减小，从而可增大道次加工率；在拉拔薄壁管材和低塑性管材时，可防止管材的失稳和拉断。 主要缺点：要准备大量表面抛光的长芯棒；要有专门的脱芯棒机构。 应用：适合于薄壁管、低塑性合金管材的拉拔。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（2）长芯棒拉拔,拉拔时，将带
5、有短芯棒的芯杆固定，管坯通过芯棒与模孔之间的间隙实现减径和减壁。固定短芯棒拉拔是管材生产中应用最广泛的一种拉拔方法。管材内表面质量比空拉的好，但不适合拉拔细长管材。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（3）固定短芯棒拉拔,拉拔过程中，芯头不用固定，依靠其本身所具有的外形建立起来的力平衡被稳定在模孔中，实现管材的减径和减壁。游动芯头拉拔是目前管材生产中较为先进的一种方法，非常适合长管和盘管生产，对于提高生产率、成品率和管材内表面质量都非常有利。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（4）游动芯头拉拔,将芯杆套入带底的管坯中，操作时芯杆与管坯一同从模孔中顶出，实现减径和减壁。顶管法适
6、用于大直径管材生产。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（5）顶管法,将扩径芯头装入直径较小的管坯中拉拔，管坯通过扩径后，直径增大，壁厚减薄，长度减小。 适用于当受到设备能力限制时，用小直径管坯生产大直径管材。,3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围,（6）扩径拉拔,主要优点：（1）尺寸精确，表面光洁度高。（2）设备简单，维修方便，在一台设备上可以生产多种品种、规格的制品。（3）适合于各种金属及合金的细丝和薄壁管生产，规格范围很大。丝（线）材：100.002mm；管材：外径0.1500mm；壁厚最小达0.01mm；壁厚与直径的比值可达到1：2000。（4）对于不可热处理强化的合金，通
7、过冷拔，利用加工硬化可使其强度提高。,3.1.4 拉拔法的特点,主要缺点：（1）受拉拔力限制，道次变形量小，往往需要多道次拉拔才能生产出成品。 （2）受加工硬化的影响，两次退火间的总变形量不能太大，从而使拉拔道次增加，降低生产效率。（3）由于受拉应力影响，在生产塑性低、加工硬化程度大的金属时，易产生表面裂纹，甚至拉断。（4）生产扁宽管材和一些较复杂的异形管材时，往往需要多道次成型。,3.1.4 拉拔法的特点,公元前2030世纪，把金块锤锻后，通过小孔手工拉制细金丝，同时出现了类似于拉线模的东西。 公元12世纪，有了锻线工和拉线工之分，确立了拉拔加工。 13世纪中叶，德国首先制造了水力拉拔机，并
8、得到推广，使拉拔走上了机械化作业的道路。 1871年，出现了连续拉线机。 进入20世纪后，拉拔技术及装备、拉拔理论得到了不断发展、进步。出现了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机、圆盘拉拔机以及管棒材成品连续拉拔矫直机列。目前，高速拉线机速度可达到80m/s；圆盘拉拔机最大圆盘直径为3m，生产4050mm以下管材，速度可达25m/s，最大长度可达6000m以上。,3.1.5 拉拔技术的发展进步,第三节 管棒型线材拉拔,3.1 拉拔概述 3.2 拉拔时的应力与变形 3.3 拉拔力 3.4 拉拔设备与工具 3.5 拉拔工艺,主要内容：圆棒材、管材拉拔时的应力与变形；拉拔制品的残余应力。难点：管材空拉
9、时的应力与变形；拉拔制品中的残余应力分布。目的和要求：掌握圆棒拉拔时的应力分布；管材空拉时的变形规律及影响因素；游动芯头拉拔时芯头在变形区中稳定的条件；拉拔制品中残余应力的产生、分布、危害及减小或消除的方法 。,3.2 拉拔时的应力与变形,图 棒材拉拔时的变形区形状,3.2.1.1 变形区的形状,变形区的形状如图所示。,通常按速度场可把变形区分三个区： 、 区，弹性变形区； 区，塑性变形区。,3.2 拉拔时的应力与变形,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,3.2.1.2 应力与变形状态圆棒材拉拔时的受力与变形状态如图所示。 外力：拉拔力P，模壁正压力N，摩擦力T。应力：变形区中的金属基本上处
10、于两向压（r、）、一向拉（l）的应力状态。由于金属的轴对称变形，其应力也呈轴对称状态，即r 。应变：变形区中的金属基本上处于两向压缩（r、）、一向延伸（l）的变形状态。,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,图 拉拔时的受力及变形状态,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,3.2.1.3 金属在变形区内的流动特点,拉拔时金属变形流动的坐标网格如图。,图 圆棒拉拔时的坐标网格变化,拉拔时金属的变形流动在一定程度上与挤压相似，其坐标网格在拉拔前后的变化情况也与挤压时基本相同，但其变化比挤压时简单，金属流动的不均匀性也比挤压时小。变形区内金属的变形规律：外层金属的延伸变形比内层的大；外层金属的压缩变
11、形也大于中心层。,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,（1）应力沿轴向分布l 入 l 出r入r出入 出,变形区中的应力分布如图示。,图 变形区内的应力分布,3.2.1.4 变形区内的应力分布规律,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,原因：稳定拉拔过程中，变形区内任一横断面向模孔出口方向移动时，面积逐渐减小，而此断面与变形区入口端球面间的变形体积不断增大。为实现塑性变形，通过此断面作用在变形体的l必须逐渐增大。根据塑性方程，可得： l -（- r ）=Kzhl + r = Kzh如果把金属的变形抗力看成是常数，则随着l向出口方向增大， r和必然减小。另外， r在入口处较大也可以从实际生产中模
12、子入口处磨损较快得到证实。,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,（2）应力沿径向分布r 外r 内外 内l 外 l 内,原因：在变形区，金属的每个环形的外面层上，作用着径向应力r 外 ，在内表面上作用着r 内，由于r总是力图减小其外表面，这就需要r 外大于r 内。距离中心层越远，表面积越大，所需要的力就越大。l沿径向的分布则可根据塑性方程得出。另外，在径向上l 外 l 内也可从拉拔棒材时内部有时出现周期性裂纹得到证实。,图 作用在塑性变形区各圆环内、外表面上的径向应力,3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形,拉拔管材时，失去了轴对称的变形条件，其变形的不均匀性、附加剪切变形和应力都会有所增加。3
13、.2.2.1 空拉空拉时，管材的壁厚尺寸在变形区中是变化的。受不同因素的影响，可以变薄、变厚或基本不变。掌握空拉时管材的壁厚变化规律和计算，是制定拉拔工艺规程以及选择管坯尺寸所必须的。,3.2.2 管材拉拔时的应力与变形,（1）空拉时变形区的应力分布,图 管材空拉时的变形力学图,空拉时，主应力l、r和在变形区中的分布规律与圆棒材拉拔时相似。l 入 l 出 r 入r 出 入 出,a. 应力沿轴向分布,3.2.2.1 空拉,径向应力r在径向上的分布规律：由管材的外表面向内表面逐渐减小，即r 外r 内，直到管材内表面处为零。这是因为管材内壁无任何支撑物以建立起反作用力之故。在管材内壁上为两向应力状态
14、，即轴向应力l和周向应力 。周向应力在径向上的分布规律则由管材外表面向内表面逐渐增大，即外 内。,b. 应力沿径向分布,3.2.2.1 空拉,空拉时的变形状态是三维变形：轴向延伸、周向压缩，径向延伸或压缩。研究的目的：分析径向的变形规律，研究管材壁厚的变化规律。,（2）空拉时变形区内的变形特点,3.2.2.1 空拉,引起管材壁厚变化的应力是轴向拉应力 l 和周向压应力 。在 l 的作用下，管材发生延伸变形，可使其壁厚变薄；而在 的作用下，可使管材壁厚增厚，二者所起的作用是相反的。关键在于谁起主导作用。根据塑性加工力学，应力状态可以分解为球应力分量和偏差应力分量。将空拉管材时的应力状态分解，有三
15、种管壁变化情况。,a. 空拉时变形区内的壁厚变化规律,（2）空拉时变形区内的变形特点,某一点的径向主变形r 是延伸还是压缩或为0，主要取决于rm m =（l +r +）/ 3 的代数值如何。当r -m 0，即r （ l + ）/2时，r为正，管壁增厚。当r -m =0，即r =（ l + ）/2时， r为0，管壁厚不变。当r -m 0，即r （ l + ）/2时， r为负，管壁减薄。,a. 空拉时变形区内的壁厚变化规律,空拉时，管壁厚沿变形区长度上也有不同的变化。由于l 由模子入口向出口逐渐增大，而 逐渐减小，所以，在入口处， 相对大， l 相对小，容易增壁。出口处， 相对小， l 相对大，容
16、易减壁。因此，管材壁厚在变形区内的变化规律是由模子入口处开始增加，达到最大值后开始减薄，到模子出口处减薄最大。,a. 空拉时变形区内的壁厚变化规律,（2）空拉时变形区内的变形特点,图 空拉6A02合金管材时变形区的壁厚变化情况,3.2.2.1 空拉,相对壁厚的影响对于外径D相同的管坯，增加壁厚S将使金属向中心流动的阻力增大，从而使管壁增厚量减小。对于壁厚相同的管坯，增加外径，减小了“曲拱”效应，使金属向中心流动的阻力减小，使管坯空拉后壁厚增加的趋势加强。一般：当D /S7.6（6）时，增壁；当D /S=3.67.6（56）时，可能出现增壁、减壁或不变。,b. 影响空拉时壁厚变化的因素,（2）空
17、拉时变形区内的变形特点,减径量的影响减径量越大，壁厚的变化也越大。在总减径量不变的情况下，多道次空拉的增壁量大于单道次的增壁量；多道次空拉的减壁量小于单道次的减壁量。模角的影响随着模角增大，拉拔应力发生变化，并且存在着一最小值，其相应的模角称为最佳模角。如果模角变化使拉拔应力 l增大，就会导致增壁过程中的增壁趋势减小；减壁过程中的减壁趋势增大。,b. 影响空拉时壁厚变化的因素,（2）空拉时变形区内的变形特点,定径带长度h、摩擦系数f、拉拔速度v的影响增大h、f、v，都会使拉拔应力l增大，导致增壁时的增壁趋势减小；减壁时的减壁趋势增大。 合金及状态的影响合金及状态影响到变形抗力s、摩擦系数f、加
18、工硬化速率等。通常， s大， l大。相同合金，硬度越高，增壁的趋势越弱。 拉拔方式的影响 采用倍模（或称双模）拉拔，会使管壁增加时的增壁趋势减小，管壁减薄时的减壁趋势增大。相当于增加一个反拉力。,b. 影响空拉时壁厚变化的因素,（2）空拉时变形区内的变形特点,图 倍模拉拔示意图,3.2.2.1 空拉,对于存在偏心的管坯，经过几道次空拉，可使其偏心得到一定程度的纠正。主要原因：偏心管坯空拉时，假定在同一圆周上径向压应力r 均匀分布，则在不同壁厚处产生的周向压应力 不同，厚壁处的 小于薄壁处的 。这样，薄壁处要先发生塑性变形，即周向压缩，径向延伸，使壁增厚，轴向延伸；而 厚壁处还处于弹性变形状态，
19、则在薄壁处，将有轴向附加压应力的作用，厚壁处受附加拉应力作用，促使厚壁处进入塑性变形状态，增大轴向延伸，显然在薄壁处减少了轴向延伸，增加了径向延伸，即增加了壁厚。 值越大，壁厚增加越多。薄壁处在 作用下逐渐增厚，使整个断面上的壁厚趋于均匀一致。,（3） 空拉对纠正管子偏心的作用,3.2.2.1 空拉,空拉壁薄的管材时，如果减径量过大，会使管壁失稳而产生凹下或产生邹折。特别当管坯的S0/D00.04时，更易产生失稳。当道次变形量过大时，也容易产生失稳。,（4）空拉时管壁的失稳,图 空拉时的临界变形量与管坯S 0/D 0 的关系 -不稳定区 -稳定区 -过渡区,3.2.2.1 空拉,（5）空拉对管
20、材表面质量的影响,下图是3.90.5mm管坯，分别采用一道次和两道次拉拔到3.0mm的内表面照片。两道次拉拔时，第一道次拉到3.45mm，再拉到3.0mm；单道次拉拔时，则直接拉到3.0mm。模角=15。,空拉管材的内表面比带芯棒衬拉的粗糙，且拉拔道次越多越粗糙。,图 空拉管材的内壁形貌 a 单道次拉拔后；b 两道次拉拔后,3.2.2.1 空拉,（1）固定短芯棒拉拔,3.2.2.2 衬拉,图 固定短芯棒拉拔应力与变形,应力与变形空拉区（区）应力与变形特点同空拉时相同。同空拉过程一样，存在着偏心的管坯，经过固定短芯棒拉拔后，也能在一定程度上予以纠正，主要就是此空拉段所起作用的缘故。减壁区（区）应
21、力与变形状态同拉拔实心棒材时的表面变形状态一样。,3.2.2.2 衬拉,特点 内表面与芯头有摩擦力，其方向与拉拔方向相反，使l增加，拉拔力比空拉时大。变形比空拉时均匀。管材内表面质量比空拉时的好。当芯杆过长、过细时，易产生弯曲，使芯头在模孔中难以固定在正确位置上。同时，易引起“跳车”，在管材表面出现“竹节”状缺陷。,（1）固定短芯棒拉拔,3.2.2.2 衬拉,（2）长芯杆拉拔,3.2.2.2 衬拉,图 长芯杆拉拔时的应力与变形,应力与变形长芯杆拉拔时的应力与变形状态与固定短芯棒拉拔基本相同。所不同的是作用在管材内表面上的摩擦力方向与拉拔方向相同，有助于减小拉拔力。,与固定芯头相比，变形区拉应力
22、减小3035%，拉拔力相应减小1520%。可以采用较大延伸系数。从而可减少拉拔道次和中间退火次数，提高生产效率。在拉拔低塑性合金管材和薄壁管材时，不容易出现拉裂、拉断的现象。整个芯杆需要进行表面处理，难度较大。脱管时需要专用设备。,主要特点,（2）长芯杆拉拔,3.2.2.2 衬拉,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2 衬拉,拉拔时，芯头不固定，依靠芯头所设计的特殊形状和芯头与管材接触面间的力平衡，使其保持在变形区中。,芯头在变形区中稳定的条件,图 游动芯头拉拔时芯头在 变形区内的受力情况,芯头在变形区内的稳定位置，取决于作用在芯头上力的轴向平衡。其力的平衡方程为： N1 sin1 -T1 cos
23、 1 -T2=0N1（sin1 -f cos 1）= T2由于N1 0， T2 0故： sin1 -f cos 1 0tan 1 tan1 -(1),（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2 衬拉,芯头在变形区中稳定的条件,式中： 1 芯头轴线与锥面间的夹角；f芯头与管坯间的摩擦系数；芯头与管坯间的摩擦角。满足此条件，在拉拔过程中，芯头不会从变形区中退出。另外，为了防止芯头向模子出口方向运动，其棱角部分挤断管材，还应满足芯头的锥角1 不大于模角.即1 -(2)一般情况下， - 1 =3左右。满足(1)(2)两条件。,图 游动芯头拉拔时的变形区,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2 衬拉,游动芯头拉拔时
24、管子的变形过程,游动芯头拉拔时的变形区可分为5个区域：区空拉区。区减径区。在减径的同时也有减壁，减壁量大致等于空拉区的壁厚增量。区第二次空拉区。管子内表面由于拉应力方向的改变而稍微离开芯头表 面。区减壁区。主要实现壁厚的减薄。区定径区。一般只产生弹性变形。,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2 衬拉,游动芯头拉拔时管子的变形过程,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2 衬拉,特点,a 、可实现盘管及生产很长的管材，生产效率高，成品率高，内表面质量好。b 、拉拔力比固定芯头拉拔小15%左右。,顶管法生产管材时金属的应力与变形状态与长芯棒拉拔时完全相同，这里不再重复。,（4）顶管法拉拔,3.2.2.2
25、衬拉,（5）扩径,3.2.2.2 衬拉,扩径有压入扩径和拉拔扩径。,图 扩径拉拔示意图 a-压入扩径；b-拉拔扩径,（5）扩径,3.2.2.2 衬拉,图 扩径时的变形力学图a-压入扩径； b-拉拔扩径,压入扩径适合大直径、长度短的管材扩径，一般管材的长度不大于直径的10倍。应力状态为两向压l、r和一向拉 ，在管材外表面的r为0。变形状态为两向压缩变形l、r和一向延伸变形 ，即长度变短，壁厚减薄，直径增大。拉拔扩径一般用于小断面薄壁长管的扩径。拉拔扩径的应力与变形状态除轴向应力l为拉应力外，其他与压入扩径相同。,（5）扩径,3.2.2.2 衬拉,3.2.3 拉拔制品残余应力,由于变形不均，在拉拔
26、结束、外力去除后残留在制品中的应力残余应力。,分析拉拔棒材中的残余应力。 整个断面均发生塑性变形时，残余应力分布如图所示。,3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布,图 拉拔棒材中的残余应力,仅表面发生变形时：轴向上：边部为压、中心为拉；径向上：整个断面为压；周向上：与轴向上相同。,（1）轴向残余应力外层拉、中心层压在拉拔过程中，由于金属流动不均，棒材外层产生附加拉应力，中心层则出现与之平衡的附加压应力。拉拔结束后，由于弹性后效作用，制品长度缩短，而外层较中心层缩短得较大。但是，物体的整体性防碍了这种自由变形，其结果在外层产生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。（2） 周向残余应力外层拉、中心
27、层压由于棒材中心部分在轴向和径向上受到残余压应力作用，故此部分金属在周向上有涨大变形的趋势。但是，外层金属阻碍其自由涨大，从而在中心层产生周向残余压应力，外层则产生与之平衡的周向残余拉应力。,3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布,（3）径向残余应力外表面为0外，整个断面上受压，中心最大在径向上，由于弹性后效的作用，棒材断面上所有的同心环形薄层，都欲增大其直径。在外表面这种弹性恢复不受限制，但由外向内所有环形薄层的弹性恢复均会受到其外层的阻碍，从而产生一残余压应力。中心层恢复的阻力最大。,3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布,凡是影响不均匀变形的因素，均对制品中残余应力的大小及分布产生一
28、定程度的影响。（1）摩擦系数 摩擦系数大，不均匀变形加剧，残余应力增大。（2）断面收缩率（减径量）一般情况下，断面收缩率大，变形的不均匀程度也会越大，残余应力增大。（3）模具形状模具形状对变形不均匀性的影响主要是模角的大小。模角大，接触面长度大，不均匀变形增大，残余应力越大。（4）材质被拉拔材料的弹性模量E越大，根据=E，残余应力也越大。,3.2.3.2 影响残余应力的因素,（1）主要危害 导致某些合金制品如黄铜产生应力腐蚀，是产生应力腐蚀的根源（如硬铝、超硬铝、含Mg量大于3%的Al-Mg系合金，都具有scc倾向）。前提是：有拉应力，有腐蚀性介质。 导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和形
29、状，影响制品使用。 继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导致制品变形、弯曲。 影响制品的机械性能。,3.2.3.3 残余应力的危害及减小的措施,根本措施是减小不均匀变形 减小模壁与坯料接触表面的摩擦：提高模具表面硬度；对模具进行渗氮等处理；使用中经常抛光模具工作面；采用良好的工艺润滑等。 合理设计模具，采用最佳模角。 合理分配变形量减少道次变形量和两次退火间的总变形量。矫直。 辊式矫直：仅表面变形，产生一封闭压力层，使边部的拉残余应力减小或消除。张力矫直：施加拉力，使制品产生13的拉伸变形，有残余拉应力的外层先进入塑性状态，进而产生压副应力。低温退火，仅使金属发生回复。,3.2.3.2 残
30、余应力的危害及减小的措施,（2）消除或减小残余应力的措施,图 拉拔棒材辊矫后残余应力分布,图 拉拔棒材退火前后残余应力变化a-退火前；b-退火后,第三节 管棒型线材拉拔,3.1 拉拔概述 3.2 拉拔时的应力与变形 3.3 拉拔力 3.4 拉拔设备与工具 3.5 拉拔工艺,3.3 拉拔力,拉拔力：作用于制品前端用以实现塑性变形的力。是选择设备吨位、校核工具强度、确定合理拉拔工艺规程的依据。 主要内容：影响拉拔力的因素分析；拉拔力计算。 目的和要求：根据影响拉拔力的各种因素分析结果，能够正确选用有关拉拔力计算式，计算各种情况下拉拔力。,（1）被加工金属性质抗拉强度越大，拉拔力越大。（2）变形程度
31、随着断面减缩率的增加，拉拔力增大。（3）模角随着模角变化，拉拔应力发生变化。模角小，接触面积增加，拉拔应力增大；模角大，剪切变形增大，润滑条件变差，也使拉拔应力增大。因此，存在着一个拉拔力的最小值，其相应的模角称为最佳模角。一般认为棒材模是69，管材模为1112。最佳模角大小与变形程度有关。,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,（4）拉拔速度拉拔速度的影响与变形抗力、摩擦系数、变形热等有关。在低速（5m/min以下）拉拔时，随着拉拔速度增加，变形抗力升高，拉拔应力增大。在较高速度（650m/min）拉拔时，随着拉拔速度增加，虽然变形抗力升高，但变形热又使变形区内的金属产生软化，使变形抗力降低；同
32、时，也有助于润滑剂带入模孔，减小摩擦，减小拉拔力。继续增加拉拔速度，拉拔力变化不大。下图为拉拔钢丝时的实验曲线，当拉拔速度超过1m/s时，拉拔力急剧下降；当拉拔速度超过2m/s后，拉拔力变化较小。,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,图 拉拔力与拉拔速度的关系曲线,（5）摩擦及润滑摩擦系数越大，拉拔力越大。一般的润滑方法所形成的润滑膜较薄，未脱离边界润滑的范围，其摩擦力仍较大。近年来采用了流体动力润滑方法，使润滑膜增厚，可大幅度降低界面摩擦。,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,原理：坯料与芯头或套管间具有狭窄的间隙，借助于运动的坯料和润滑剂的粘性，使模子入口处的润滑剂压力升高，进而使润滑剂膜的厚
33、度增加。速度越大、间隙越小，效果越显著。,流体动力润滑,也可将润滑剂以很高的压力送入模孔中来增加润滑膜的厚度，此时称为流体静力润滑。,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,流体静力润滑,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,图 反拉力对拉拔力及模子压力的影响,（6）反拉力,反拉力的影响是两方面的。随着反拉力Q的增加，一方面，拉拔力Pq逐渐增加；另一方面，模壁受到的压力Mq近似直线下降，使摩擦力减小，又使拉拔力减小。因此，就会存在一个临界反拉力Qc。在反拉力达到临界反拉力之前，对拉拔力无影响。当反拉力超过临界反拉力值后，将改变塑性变形区内的应力分布，使拉拔力增大。,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,（6
34、）反拉力,对拉拔模具施以振动，可以显著降低拉拔力，继而提高道次加工率。在高频振动下，拉拔应力减小是由于变形区的变形抗力降低引起的。晶格缺陷区吸收了振动能，使位错势能提高和为了使这些位错移动所需要的剪切应力减小。 在低频和高频轴向振动下，模子和金属接触面周期性的脱开使摩擦力减小。 振动模对金属的频繁打击。 振动使得在某些瞬间模具相对于工件超前运动而产生一个促使工件运动的正向摩擦力。 超声波振动导致工件温度升高，使得变形抗力下降。 模具与工件脱离接触使得润滑剂易于进入接触面，从而提高了润滑效果，减小了摩擦。 拉拔力的降低主要是由于模具振动而产生的冲击力所造成。对拉拔模具（模、芯头）施加声波或超声波
35、振动，可显著降低拉拔力，现已出现超声拉拔新技术。,（7）振动的影响,3.3.1 影响拉拔力的主要因素,图 模具震动引起接触情况的变化a-无振动时；b-振动脱离接触； c-震动产生冲击,3.3.2 拉拔力计算,拉拔力是拉拔变形的基本参数，确定拉拔力的目的在于提供设计拉拔机与校核拉拔机部件强度、选择与校核拉拔机电机容量，以及制定合理的拉拔工艺规程所必需的原始数据。同时，确定拉拔力是研究拉拔过程不可缺少的资料。拉拔力的理论计算方法较多，有平均主应力法。滑移线法、上界法以及有限元法等，而目前应用较广泛的为平均主应力法，平均主应力法又称工程法。,（1）加夫里连柯算式P =s均F1 （-1）（1+ cot
36、 ）(圆棒)P=s均 (F0 - F1) (1 + A f ctg) (非圆棒)式中： s均拉拔前后金属屈服极限算术平均值，可取b均 s均 ；F0、 F1制品拉拔前后断面积；延伸系数, = F0/ F1。A制品周长与等圆断面周长之比；摩擦系数；模角。,3.3.2.1 棒材拉拔力计算,（2）彼得洛夫计算式P = s均F1 (1+ fctg) ln式中： 延伸系数, = F0/ F1。,3.3.2.1 棒材拉拔力计算,3.3.2.2.1 空拉 （1）阿利舍夫斯基计算式P = 1.2b均 F1式中: = (tg + f ) / (1 - f tg ) tg = 1- F1/ F0 (道次加工率) （
37、2）叶麦尔亚涅恩科计算式a、当S/D0.05时: P = 1.1 b均 EF1b、当S/D0.05时: P = 1.2 b均 EF1式中：E = (tg+f ) / (1-f tg) tg 1-f / ；断面减缩率， =(1-F1/F0)100%。,3.3.2.2 管材拉拔力计算,3.3.2.2.2 固定短芯棒拉拔 （1）阿利舍夫斯基计算式P = 1.05b均1 F1式中: 1=(tg+ f ) / (1 - f tg) tg + C f / tg；C拉拔前后管材的平均直径之比，C = D0均/D1均。 （2）叶麦尔亚涅恩科计算式P = 1.05 b均E1F1式中:E1= (tg+ f ) /
38、 (1 - f tg) tg + a f / tga = (D1-S1)/(D1-2S1)D1、S1分别为管材的外径、壁厚。,3.3.2.2 管材拉拔力计算,3.3.2.2.3 长芯杆拉拔叶麦尔亚涅恩科计算式P = 1.75 b均 E2F1式中: E2 = (tg +f)/(1-f tg ) tg -af/ tg ,3.3.2.2 管材拉拔力计算,3.3.2.2.4 游动芯头拉拔P=F11.6s均a ( F0 / F1 ) ln式中: a = (tg+ f1 ) / (1 - f1 tg) tg f2d1/ (D1tg )f1 、f2 管材与模子、芯头间摩擦系数；s均 拉拔前后金属真实屈服极限
39、平均值；D1、d1 拉拔后管材的外径、内径。,3.3.2.2 管材拉拔力计算,小结本章除了教材上的拉拔力计算式外，又介绍了几个有关计算式，关键是如何根据拉拔的具体条件，正确的选择相应的算式及确定有关参数。,第三节 管棒型线材拉拔,3.1 拉拔概述 3.2 拉拔时的应力与变形 3.3 拉拔力 3.4 拉拔设备与工具 3.5 拉拔工艺,主要内容：拉拔设备简述；拉拔模设计；拉拔芯头设计。重点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。难点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。目的和要求：对拉拔设备有基本的了解；掌握拉拔模和拉拔芯头的使用条件和设计方法。,3.4 拉拔设备及工具,3.4.1.1 管棒材拉拔机管棒材拉拔机有各种各
40、样的形式，目前应用最广泛的是链式拉拔机，比较先进的是连续拉拔矫直机列和圆盘式管材拉拔机。（1）链式拉拔机特点：结构简单，操作方便，适应性强，在同一台设备上可以拉拔管、棒、型材。,3.4.1 拉拔设备简介,图 链式拉拔机示意图 1-电动机与减速机；2-主动链轮；3-链条；4-机架；5-小车挂钩；6-拉拔小车；7-制品；8-从动链轮；9-模座；10-机座；11-固定短芯棒与芯杆；12-尾架,（2）联合拉拔机列对于495mm管材，340mm棒材，趋向于将拉拔、矫直、锯切、抛光及探伤等组合在一起形成一个机列，以提高生产效率和产品质量。特点：机械化、自动化程度高，所需生产人员少，生产周期短，生产效率高；
41、产品质量好，表面光洁度高，弯曲度小；设备重量轻，结构紧凑，占地面积小。,3.4.1.1 管棒材拉拔机,图 管棒材联合拉拔机列示意图 1-放料架；2-轧尖机；3-导轮；4-预矫直；5-模座；6、7-拉拔小车； 8-主电动机；9-小车钳口； 10-水平矫直；11-垂直矫直； 12-剪切装置； 13-料槽；14-抛光机；15-小车钳口；16-小车中间夹板,图11-3 倒立式圆盘拉拔机示意图 1-卷筒；2-模子；3-放料架；4-受料盘,（3）圆盘拉拔机,圆盘拉拔机主要用于生产盘管制品。管坯打头后从模子2中穿过，被与卷筒连接的钳口夹住，随着卷筒1转动被拉出模孔缠绕在卷筒上。在卷筒的下方有一个与其同速转动
42、的受料盘，在拉拔过程中可边拉拔边卸料，拉拔管材的长度可不受卷筒长度的限制。特点：生产效率高，成品率高，可生产长度达几千米甚至上万米长的制品。,3.4.1.1 管棒材拉拔机,3.4.1.2 拉线机拉线机按工作制度分为单模拉线机和多模拉线机两大类。 1）单模拉线机拉拔时只通过一个模子的拉线机。单模拉线机有多种类型，都是由一个电动机驱动，拉拔速度60120m/min，钢线卷的重量可达2000kg。为提高生产效率，在电线生产中则采用了包括拉拔、中间退火、表面处理等连续自动生产线。,3.4.1.2 拉线机,图 铝电信电缆线连续生产线1-线坯；2、4-模子；3、6-感应加热；5-洗净；7-冷却； 8-牵引
43、辊；9-卷筒； 10-空冷；11-塑料绝缘；12-张紧辊,2） 多模连续拉线机拉拔时，线材连续同时通过多个模子，而在每两个模子之间有绞盘，线以一定的圈数缠绕于其上，借以建立起拉拔力。根据在拉拔时线与绞盘间的运动速度关系，又可分为滑动式多模连续拉线机与无滑动式多模连续拉线机。,3.4.1.2 拉线机,特点：除了最后的收线盘外，线与绞盘圆周的线速度不相等，存在着滑动。 分类：滑动式多模连续拉线机按其绞盘的结构、布置形式及润滑方式大致分为：立式和卧式圆柱形绞盘连续拉线机，卧式塔形绞盘连续拉线机，多头连续多模拉线机。卧式塔形绞盘连续多模拉线机是滑动式拉线机中应用最广泛的现代拉线机，主要用于拉细线。多头
44、拉线机是比较现代化的拉线机，可同时拉几根线，并且每一根线通过多个模连续拉拔。 应用：滑动式多模连续拉线机主要用于铜、铝线及钢、不锈钢及铜合金细线拉拔。,（1）滑动式多模连续拉线机,2） 多模连续拉线机,3.4.1.2 拉线机,图 塔形绞盘连续多模拉线机1-模子；2-绞盘；3-卷筒；4-线,特点：拉拔时线与绞盘之间没有相对滑动。a 、储线式无滑动多模连续拉线机 工作特点：每个绞盘上可以储存若干圈数的线，根据拉拔条件的变化，线圈数可以自动增加或减少。通常用于拉拔钢线或铝线。储线式无滑动多模拉线机有多种结构形式，广泛应用的是双层储线式无滑动拉线机。,（2）无滑动式多模连续拉线机,2） 多模连续拉线机
45、,3.4.1.2 拉线机,图 双层储线式拉线机1-线坯；2-电动机；3-减速机；4-下绞盘；5-上绞盘；6-滑环；7-导轮；812-模子,b 、非储线式无滑动多模连续拉线机拉拔绞盘与线材之间无滑动。在拉拔过程中，不允许任何一个中间拉拔绞盘上有线材积累或减少。为了消除线与绞盘之间的滑动，一般在绞盘上绕上710圈线。主要特点：在拉拔过程中可借助张力轮自动调整绞盘速度，并借助平衡杠杆的弹簧建立反拉力。,（2）无滑动式多模连续拉线机,2） 多模连续拉线机,3.4.1.2 拉线机,图 绞盘速度自动调节机构1-张力轮；2-平衡杠杆；3-拉力弹簧；4-扇形齿轮； 5-齿轮；6-变阻器；7-挡块,3.4.2.
46、1 拉拔模种类、特点及应用有普通模、辊式模和旋转模三种。 （1）普通模有锥模和弧形模两种。在加工率相同时，弧形模与被拉拔金属的接触面大，从而可减少模孔的磨损，因此弧线形模一般只用于细线的拉拔。管、棒、型及粗线通常都采用锥形模拉拔。,3.4.2 拉拔工具,注：拉拔过程中拉模受到较大的摩擦，尤其在拉细线时，拉拔速度快，拉模磨损更严重。因此拉模材料要具有足够的强度、硬度和耐磨性。一般大尺寸制品拉拔时用耐磨钢，小尺寸制品拉拔时用硬质合金或金刚石，并做成镶嵌结构。,（1）普通模,3.4.2.1 拉拔模种类、特点及应用,模孔由被动旋转的辊组成，特点是：a 摩擦力小、能耗低、工具寿命长；b 可采用较大的道次
47、加工率；c 拉拔速度高；d 改变辊间距可生产变断面型材。,水平辊,立辊,（2）辊式模,3.4.2.1 拉拔模种类、特点及应用,拉拔时模子旋转，特点是：以滚动接触代替滑动接触，不仅降低摩擦力，还可使模子磨损均匀，因此可减小制品的椭圆度，多用于连续拉线机的成品模上。,（3）旋转模,3.4.2.1 拉拔模种类、特点及应用,3.4.2.2 锥形模的结构尺寸,3.4.2 拉拔模设计,图 锥形拉拔模孔的几何形状 -润滑带；-压缩带；-定径带；-出口带,锥形模的模孔一般由四部分组成：润滑带、压缩带、定径带、出口带。,（1）润滑带 （入口锥、润滑锥）作用：在拉拔时便于润滑剂带入模孔，保证制品得到充分润滑，减少
48、摩擦；并带走产生的部分热量；防止划伤坯料。a 、润滑锥角：通常取=4060。过大，润滑剂不易储存，润滑效果差。过小，拉拔过程中产生的金属屑、粉末不易从模孔中随润滑剂流出，堆积在模孔中易造成制品划伤、“缩丝”、拉断等。 b 、润滑锥长度L： L =(1.11.5)d。对于管、棒材拉拔模，润滑锥通常用R=48mm的圆弧代替。,3.4.2.2 锥形模的结构尺寸,（2）压缩带 （压缩锥、工作锥）作用：金属产生塑性变形，获得所需要的形状、尺寸。形状：锥形和弧线形。弧线形主要用于拉拔1.0mm以下线材。对于大、中规格模子，由于变形区较长，制造弧线形困难，故用锥形模。a 、模角过小，在坯料尺寸不变的情况下，将使坯料与模壁的接触面积增大。过大，单位正压力越大，润滑剂很容易从模孔中被挤出，使润滑条件恶化。并且使金属在变形区中的流线急剧转弯，导致附加剪切变形增大，使拉拔力和非接触变形增大。同时，模子的磨损加剧。存在着一个合理模角。一般棒、线材， =69；管材=1112。b 、压缩带长度L L = a(D0-D1)/2 cot 式中： D0 坯料允许可能的最大直径；a 不同心系数，取1.051.3，细制品取上限。,
