金属拉拔理论[稻谷书苑]

1、 金属拉拔理论金属拉拔理论 魏立群魏立群 上海应用技术大学上海应用技术大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 20162016年年2 2月月 1教育教学 一、概述一、概述 拉拔拉拔: : 在外加在外加拉力拉力的作用下，使金属通过模孔以获的作用下，使金属通过模孔以获 得所需形状和尺寸制品的塑性加工方法。得所需形状和尺寸制品的塑性加工方法。 一般在一般在室温室温进行，进行， 只有室温强度高、只有室温强度高、 塑性差的合金如钨、塑性差的合金如钨、 锌等才加热；是管、锌等才加热；是管、 棒、型、线的主要棒、型、线的主要 生产方法生产方法 1 基本方法基本方法 1 1）实心材拉拔）实心材拉拔 截面为

2、实心，如棒、型和线材拉拔。截面为实心，如棒、型和线材拉拔。 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 2教育教学 2 2）空心材拉拔）空心材拉拔 截面为空心，如管和空心型材拉拔。截面为空心，如管和空心型材拉拔。 芯杆芯杆 芯头芯头 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 空拉空拉：拉拔时管坯：拉拔时管坯 内部不放芯头，拉拔内部不放芯头，拉拔 后壁厚略有变化，主后壁厚略有变化，主 要目的是减径，又称要目的是减径，又称 减径拉拔。减径拉拔。 固定短芯头拉拔固定短芯头拉拔： 拉拔时管坯内部放芯拉拔时管坯内部放芯 头，并用芯杆固定，头，并用芯杆固定， 拉拔后管坯可实现减拉拔后管坯可

3、实现减 径和减壁。是实际中径和减壁。是实际中 应用最广泛的方法。应用最广泛的方法。 3教育教学 游动芯头游动芯头 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 游动芯头拉拔游动芯头拉拔：拉：拉 拔时管坯内部放芯头，拔时管坯内部放芯头， 但芯头不固定，依靠但芯头不固定，依靠 自身形状稳定在变形自身形状稳定在变形 区中。此法使盘管拉区中。此法使盘管拉 拔得以实现。拔得以实现。 芯杆芯杆 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 长芯杆拉拔长芯杆拉拔：管坯：管坯 套在表面抛光的芯杆套在表面抛光的芯杆 上，拉拔时芯杆与管上，拉拔时芯杆与管 坯一起通过模孔。坯一起通过模孔。 4教育教学 芯杆芯杆 P 制品制品 模子模子 坯

4、料坯料 顶管法顶管法：将芯杆套：将芯杆套 入带底的管坯中，芯入带底的管坯中，芯 杆和管坯一起顶出模杆和管坯一起顶出模 孔。在生产难熔金属、孔。在生产难熔金属、 贵金属短管时采用，贵金属短管时采用， 也适于生产大直径管也适于生产大直径管 材（直径材（直径300mm) )。 制品制品 坯料坯料 芯头芯头 P 扩径拉拔扩径拉拔：是用小：是用小 直径管坯生产大直径直径管坯生产大直径 制品的一种方法，有制品的一种方法，有 压入扩径和拉拔扩径压入扩径和拉拔扩径 两种方法。两种方法。 5教育教学 2 2 变形指数变形指数 1 1）延伸系数）延伸系数 0 1 1 0 L L F F 2 2）加工率（断面收缩率

5、）加工率（断面收缩率） 0 10 F FF 1 1 不难看出：不难看出： 10 FF、 分别为坯分别为坯 料和制品料和制品 的面积的面积 10 LL 、分别为坯分别为坯 料和制品料和制品 的长度的长度 6教育教学 3 3 实现拉拔的必要条件实现拉拔的必要条件 作用在制品上的作用在制品上的拉应力小于拉应力小于材料的材料的屈服极限。屈服极限。 即：即： 若认为硬化后的若认为硬化后的与与 接近，则有接近，则有： 1。一般取。一般取 K 1.42.0。 P 制品制品 模子模子 坯料坯料 L L L F P s s b b L 7教育教学 4 4 拉拔的特点拉拔的特点 1 1）制品的尺寸精确，表明光洁；

6、）制品的尺寸精确，表明光洁； 2 2）工具和设备简单，维修方便；）工具和设备简单，维修方便； 3 3）可连续高速生产小规格长制品；）可连续高速生产小规格长制品； 4 4）受安全系数）受安全系数 K 的限制，道次变形量小，简单断的限制，道次变形量小，简单断 面型材也难一次成形。如：面型材也难一次成形。如： 8教育教学 二、园棒拉拔时的应力与变形二、园棒拉拔时的应力与变形 1 1 应力应力 1 1）应力状态）应力状态 外力外力：拉力：拉力P ，模壁压力，模壁压力N 、摩擦力、摩擦力T 。 应力状态应力状态：两向压缩（径向：两向压缩（径向 和周向和周向 ）一向延）一向延 伸（轴向伸（轴向 ），且有）

7、，且有 ，即为轴对称应力状，即为轴对称应力状 态。态。 r L r N P T 9教育教学 2 2）应力分布规律）应力分布规律 轴向轴向： L r ：入口：入口 出口（塑性条件）出口（塑性条件） 因此：模子入口处磨损比出口大；道次加工率大时因此：模子入口处磨损比出口大；道次加工率大时 模子出口处磨损比道次加工率小时轻。模子出口处磨损比道次加工率小时轻。 径向径向： L r ：外部：外部 中心中心 ：外部：外部 中心变形；中心变形； 后部变形后部变形前端变形前端变形; ; 中心流速中心流速边部流速。边部流速。 但由于摩擦小，不均匀程度远比挤压小。但由于摩擦小，不均匀程度远比挤压小。 11教育教学

8、 三、管材拉拔时的应力与变形三、管材拉拔时的应力与变形 1 1 空拉空拉 按目的不同有：按目的不同有： 减径空拉减径空拉：目的是减径，主要用于：目的是减径，主要用于中间道次中间道次，一般，一般 认为拉拔后壁厚不变；认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（大（0.51），一般在），一般在最后道次最后道次进行；进行； 定型空拉定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于拔，即用于圆截面向异型截面过渡圆截面向异型截面过渡拉拔。拉拔。 12教育教学 1 1）应力）应力 应力状态应

9、力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为 压，轴向为拉，但压，轴向为拉，但 ，且有，且有 。（内。（内 表面为自由表面，径向变形阻力小。）表面为自由表面，径向变形阻力小。） 应力状分布规律应力状分布规律： 轴向上轴向上： ：入口：入口出口。出口。 径向上径向上： ：外部：外部中心；中心； ：外部：外部中心。中心。 r L r 、 r L r r Dt r 2 13教育教学 当当 时，壁厚增加；时，壁厚增加； 2 2）变形（应变）变形（应变） 应变状态应变状态：轴向延伸、周向压缩、：轴向延伸、周向压缩、径向可能是延伸、径向可能是延伸、 压缩或为压缩或为0（不

10、变）（不变），这取决于三个应力之间的关系。，这取决于三个应力之间的关系。 直观上看，轴向应力（拉）使壁变薄，周向应力（压）直观上看，轴向应力（拉）使壁变薄，周向应力（压） 使壁变厚。从力学角度分析有：使壁变厚。从力学角度分析有： ， 为瞬时的非负的比例系数。又为瞬时的非负的比例系数。又 rr d ) 2 ( 3 2 L rmrr ，因此，因此 2)( Lr 当当 时，壁厚不变；时，壁厚不变； 2)( Lr 当当 时，壁厚增加。时，壁厚增加。 2)( Lr 14教育教学 由于由于 相对与相对与 和和 较小，因此较小，因此近似近似有：有： r L 当当 时，壁厚增加；时，壁厚增加； L 0 当当

11、时，壁厚不变；时，壁厚不变； 当当 时，壁厚增加。时，壁厚增加。 L 0 L 0 由于由于 沿轴向上越来越大，沿轴向上越来越大， 越来越小，因此，越来越小，因此， 某一断面从入口向出口的变形过程中，在不同部位某一断面从入口向出口的变形过程中，在不同部位壁壁 L 厚的变化规律是：厚的变化规律是： 在模子入口处增在模子入口处增 厚，到一定值时厚，到一定值时 开始变薄开始变薄。空拉。空拉 后壁厚究竟如何后壁厚究竟如何 变化，取决于全变化，取决于全 过程变形的累积。过程变形的累积。 15教育教学 3 3）影响空拉壁厚变化的因素）影响空拉壁厚变化的因素 相对壁厚相对壁厚：坯料的直径与壁厚之比，即：坯料的

12、直径与壁厚之比，即 ，研究，研究 认为：认为： 当当 7.6时，只增壁；时，只增壁； 当当 3.6时，只减壁；时，只减壁； 当当 =3.67.6时，随工艺参数的不同，可能增时，随工艺参数的不同，可能增 壁、减壁或壁厚不变。壁、减壁或壁厚不变。 合金性能合金性能：合金越硬，：合金越硬， 越大，增壁趋势越弱。越大，增壁趋势越弱。 道次加工率道次加工率：越大，：越大， 越大，增壁趋势越弱。越大，增壁趋势越弱。 润滑润滑：润滑时摩擦小，：润滑时摩擦小， 小，增壁趋势增加。小，增壁趋势增加。 总之，凡是使拉拔力增大的因素，均使增壁趋势减弱，总之，凡是使拉拔力增大的因素，均使增壁趋势减弱， 减壁趋势增加。

13、减壁趋势增加。 00 SD 00 SD 00 SD 00 SD L L L 16教育教学 4 4）空拉纠正管坯偏心的作用）空拉纠正管坯偏心的作用 挤压坯、斜轧穿孔坯往往是偏心的，在其后安排若干挤压坯、斜轧穿孔坯往往是偏心的，在其后安排若干 道次的空拉，可将偏心纠正过来，原理是：道次的空拉，可将偏心纠正过来，原理是： A 若同一圆周上的若同一圆周上的 分布均匀，则薄壁处的分布均匀，则薄壁处的 大，大， 因为因为 是使壁厚增加的因素，因此薄壁处增厚的多，直是使壁厚增加的因素，因此薄壁处增厚的多，直 至壁厚均匀；至壁厚均匀； B 由于薄壁处的由于薄壁处的 大，因此薄壁处先发生塑性变形，大，因此薄壁处

14、先发生塑性变形， 产生轴向延伸，结果在产生轴向延伸，结果在薄壁处产生轴向附加压应力薄壁处产生轴向附加压应力，使，使 壁增厚；壁增厚；厚壁处产生轴向附加拉应力厚壁处产生轴向附加拉应力，使壁减薄，直至，使壁减薄，直至 壁厚均匀，附加应力消失。壁厚均匀，附加应力消失。 注注：当管坯偏心严重时，由于：当管坯偏心严重时，由于 过大，此时不但不过大，此时不但不 能纠正偏心，还会导致管壁失稳而向内凹陷，尤其是管能纠正偏心，还会导致管壁失稳而向内凹陷，尤其是管 壁较薄时。壁较薄时。 r 17教育教学 5 5）空拉的特点）空拉的特点 A 能纠正偏心；能纠正偏心； B 适于小管、异型管以及盘管拉拔；适于小管、异型

15、管以及盘管拉拔； C 拉拔力小，道次加工率大；拉拔力小，道次加工率大； D 操作简单；操作简单； E 制品内表面质量差、尺寸精度低。制品内表面质量差、尺寸精度低。 18教育教学 2 2 固定短芯头拉拔固定短芯头拉拔 1） 变形过程变形过程 变形分三部分：变形分三部分： A BCD AB段：段：空拉空拉区，主要是区，主要是 减径变形，壁厚一般有所增减径变形，壁厚一般有所增 加，又称减径区。应力应变加，又称减径区。应力应变 特点与空拉时一样。特点与空拉时一样。 BC段：段：减壁减壁区，此阶段区，此阶段 外径减小，内径不变，壁厚外径减小，内径不变，壁厚 减薄。应力应变特点与棒材减薄。应力应变特点与棒

16、材 拉拔时一样。拉拔时一样。 CD段：段：定径定径区，为弹性区，为弹性 变形区。变形区。 19教育教学 2） 固定短芯头拉拔的特点固定短芯头拉拔的特点 A 由于内摩擦的存在，拉拔力大、道次加工率小，由于内摩擦的存在，拉拔力大、道次加工率小， 但变形较均匀；但变形较均匀； B 内表面质量好、尺寸精确；内表面质量好、尺寸精确； C 不能生产较长的制品。因为：不能生产较长的制品。因为： a 长的芯杆在自重作用下易弯曲，导致芯头难以正长的芯杆在自重作用下易弯曲，导致芯头难以正 确地固定在模孔中；确地固定在模孔中； b 长的芯杆弹性变形量较大，易引起跳车，使制品长的芯杆弹性变形量较大，易引起跳车，使制品

17、 出现出现“竹节竹节”缺陷。缺陷。 一般，拉制品的长度为一般，拉制品的长度为812m。 20教育教学 3 3 游动芯头拉拔游动芯头拉拔 1） 变形过程变形过程 A BCD E F AB段：段：空拉空拉区，管坯减区，管坯减 径、增壁。径、增壁。 BC段：段：减径减径区，管坯进区，管坯进 行较大的减径，同时也减壁，行较大的减径，同时也减壁， 减壁量大约等于空拉时的增减壁量大约等于空拉时的增 壁量。壁量。 CD段：段：二次空拉二次空拉区，由区，由 于拉应力方向改变，管坯内于拉应力方向改变，管坯内 壁稍微离开芯头表面。壁稍微离开芯头表面。 DE段：段：减壁区减壁区，外径减，外径减 小、内径不变，实现减

18、壁。小、内径不变，实现减壁。 EF段：段：定径定径区。区。 21教育教学 2） 芯头在变形区内稳定的条件芯头在变形区内稳定的条件 芯头在变形区内稳定时，作用其上外力合力的水平芯头在变形区内稳定时，作用其上外力合力的水平 分量必须为分量必须为0，即：，即： 1 N 2 N 1 T 2 T 0sincos 112 NTT 即：即： 21 )cos(sinTfN 上式若成立必须有：上式若成立必须有：0cossinf 即：即：tantan f 因此，芯头在变形区因此，芯头在变形区 内稳定的内稳定的必要条件必要条件是：是： 即：即：芯头锥角大于摩擦角芯头锥角大于摩擦角。 22教育教学 否则，由于否则，由

19、于 sincos 112 NTTFx 0)sincos( 12 fNT 导致芯头向前运动，若大圆柱段直径较小，则芯头导致芯头向前运动，若大圆柱段直径较小，则芯头 被拉过模子，成为空拉；若大圆柱段直径较大，则导被拉过模子，成为空拉；若大圆柱段直径较大，则导 致芯头压卡管坯，造成拉断。致芯头压卡管坯，造成拉断。 此外，此外，芯头锥角还应小芯头锥角还应小 于或等于模角于或等于模角，即：，即： 否则，管坯内壁首先与大否则，管坯内壁首先与大 圆柱段接触，使芯头一直圆柱段接触，使芯头一直 向前运动。向前运动。 23教育教学 除满足以上两个条件外，要保证拉拔过程顺利进行，除满足以上两个条件外，要保证拉拔过程

20、顺利进行， 还应满足：还应满足：芯头轴向游动的几何范围应有一定的限度芯头轴向游动的几何范围应有一定的限度。 因此，实现游动芯头拉拔的条件是：因此，实现游动芯头拉拔的条件是： 芯头轴向游动的几何范围应有一定的限度。芯头轴向游动的几何范围应有一定的限度。 3） 游动芯头拉拔的特点游动芯头拉拔的特点 A 能生产长管、盘管（生产率、成品率高）；能生产长管、盘管（生产率、成品率高）； B 能消除芯杆带来的竹节、偏心等缺陷；能消除芯杆带来的竹节、偏心等缺陷； C 拉拔力低，道次加工率大；拉拔力低，道次加工率大； D 由于芯头游动，内表面易出现明暗交替的环纹；由于芯头游动，内表面易出现明暗交替的环纹； E

21、工艺难度大。工艺难度大。 24教育教学 4 4 长芯杆拉拔长芯杆拉拔 1） 变形过程变形过程 与固定短芯头拉拔时相同，即空拉、减径和定径区。与固定短芯头拉拔时相同，即空拉、减径和定径区。 2）特点）特点 A 拉拔力小，道次加工率大。因为拉拔力小，道次加工率大。因为 a 芯杆承担了芯杆承担了 A B C D 一部分拉拔力；一部分拉拔力；b b 芯杆给管芯杆给管 坯内壁的摩擦力方向与拉拔坯内壁的摩擦力方向与拉拔 方向一致方向一致，有助于拉拔；，有助于拉拔； B B 适于小管薄壁管以及塑适于小管薄壁管以及塑 性差合金管的生产；性差合金管的生产； C C 脱杆麻烦。脱杆麻烦。 25教育教学 四、拉制品

22、的残余应力及主要缺陷四、拉制品的残余应力及主要缺陷 1 残余应力残余应力 残余应力残余应力：无外力作用时，以平衡状态存在于物体：无外力作用时，以平衡状态存在于物体 内部的应力。现以棒材拉拔为例分析。内部的应力。现以棒材拉拔为例分析。 1）残余应力的分布）残余应力的分布 整个断面均发生塑性变形整个断面均发生塑性变形时，残余应力分布为：时，残余应力分布为： 中心中心边部边部边部边部中心中心边部边部边部边部 + 0 + 轴向轴向径向径向周向周向 中心中心 26教育教学 仅表面发生变形时仅表面发生变形时： 轴向上：边部为轴向上：边部为压压、中心为拉；、中心为拉； 径向上：整个断面为压；径向上：整个断面

23、为压； 周向上：与轴向上相同。周向上：与轴向上相同。 2） 残余应力的危害残余应力的危害 A 导致导致某些合金某些合金制品如黄铜产生制品如黄铜产生应力腐蚀应力腐蚀； B 导致制品在放置和使用过程中逐渐导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和改变尺寸和 形状形状； C 继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导 致制品变形、弯曲。致制品变形、弯曲。 27教育教学 3） 残余应力的消除残余应力的消除 A 根本措施是消除不均匀变形，如减小摩擦、选根本措施是消除不均匀变形，如减小摩擦、选 择适当的模角等；择适当的模角等； B 矫直加工；矫直加工； 辊式矫直辊式

24、矫直：仅表面变形，产生一封闭压力层，使边：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；部的拉残余应力减小或消除； 张力矫直张力矫直：施加拉力，使制品产生：施加拉力，使制品产生13的拉伸变的拉伸变 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；压副应力； C 低温退火，仅使金属发生低温退火，仅使金属发生回复回复。 28教育教学 2 拉制品的主要缺陷拉制品的主要缺陷 1） 中心裂纹中心裂纹 A 特征特征：存在于内部；呈月牙形周期性分布；由：存在于内部；呈月牙形周期性分布；由 变形区入口向出口越来越大；严重时表面出现细颈。变

25、形区入口向出口越来越大；严重时表面出现细颈。 29教育教学 B 原因原因：棒材拉拔时，中心的轴向拉应力大于边：棒材拉拔时，中心的轴向拉应力大于边 部的轴向拉应力，因此中心易出现裂纹且呈月牙形。部的轴向拉应力，因此中心易出现裂纹且呈月牙形。 又由于轴向拉应力越向出口越大，因此裂纹一旦出现又由于轴向拉应力越向出口越大，因此裂纹一旦出现 就越来越长、越来越宽。就越来越长、越来越宽。 由于裂纹的形成是能量的积聚和释放的过程，即拉由于裂纹的形成是能量的积聚和释放的过程，即拉 应力达到一定值时，裂纹就出现，而裂纹的出现又使应力达到一定值时，裂纹就出现，而裂纹的出现又使 拉应力得到释放（降低），因此裂纹扩展

26、道一定程度拉应力得到释放（降低），因此裂纹扩展道一定程度 后即停止。随着变形过程的进行，又会出现第二条裂后即停止。随着变形过程的进行，又会出现第二条裂 纹，呈周期性。纹，呈周期性。 此外，拉拔坯料一般来源于挤压，而挤制品的外层此外，拉拔坯料一般来源于挤压，而挤制品的外层 强度高、中心强度低，这也是中心易出现裂纹的原因。强度高、中心强度低，这也是中心易出现裂纹的原因。 30教育教学 2） 表面裂纹表面裂纹 A 特征特征：存在于表部；呈月牙形周期性分布，又：存在于表部；呈月牙形周期性分布，又 称三角口。称三角口。 B 原因原因：不均匀变形使表面产生拉副应力导致的。：不均匀变形使表面产生拉副应力导致

27、的。 基本应力基本应力副应力副应力工作应力工作应力 0 00 31教育教学 五、拉拔力五、拉拔力 拉拔力拉拔力：作用于制品前端用以实现塑性变形的力。是：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、确定选择设备吨位、校核工具强度、确定合理拉拔工艺规程合理拉拔工艺规程 的依据。的依据。 1 影响拉拔力的因素影响拉拔力的因素 1）合金性能：强度高，拉拔力大；）合金性能：强度高，拉拔力大； 2）变形程度：变形程度大，拉拔力大；）变形程度：变形程度大，拉拔力大； 3）模角：与挤压类似，存在一最佳模角，其值为）模角：与挤压类似，存在一最佳模角，其值为6 9。 4）摩擦与润滑摩擦与润

28、滑：润滑时，摩擦系数小，拉拔力小。：润滑时，摩擦系数小，拉拔力小。 摩擦系数与润滑剂的性质、摩擦系数与润滑剂的性质、润滑方式润滑方式、模具和金属的、模具和金属的 材料以及表面状态有关。模具和金属的材料越硬、表面材料以及表面状态有关。模具和金属的材料越硬、表面 越光洁，摩擦系数越小。越光洁，摩擦系数越小。 32教育教学 在润滑方式上在润滑方式上，近年来采用了，近年来采用了流体动力润滑方法流体动力润滑方法，使，使 润滑膜增厚，可大幅度降低界面摩擦。润滑膜增厚，可大幅度降低界面摩擦。 压力压力 套管套管 模子模子 流流 速速 制品制品 芯头芯头 减径模减径模 减壁模减壁模 原理原理：坯料与芯头或套管

29、间：坯料与芯头或套管间 具有狭窄的间隙，借助于运动的具有狭窄的间隙，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，进而使口处的润滑剂压力升高，进而使 润滑剂膜的厚度增加。速度越大、润滑剂膜的厚度增加。速度越大、 间隙越小，效果越显著。间隙越小，效果越显著。 33教育教学 高压油高压油 模箱模箱 拉拔模拉拔模密封模密封模 也可将润滑剂以很高的也可将润滑剂以很高的 压力送入模孔中来增加润压力送入模孔中来增加润 滑膜的厚度，此时称为滑膜的厚度，此时称为流流 体静力润滑体静力润滑。 5）拉拔速度）拉拔速度 当速度当速度5m/min时，拉拔力随速度的升高而

30、升高；当时，拉拔力随速度的升高而升高；当 速度在速度在650 m/min时，拉拔力随速度的升高而降低；再时，拉拔力随速度的升高而降低；再 增加速度，拉拔力变化不明显。增加速度，拉拔力变化不明显。 34教育教学 6）反拉力）反拉力 反拉力对拉拔力和模壁压力的影响如图。随反拉力的反拉力对拉拔力和模壁压力的影响如图。随反拉力的 增加，模壁压力下降，但拉拔力开始不变，直到增加，模壁压力下降，但拉拔力开始不变，直到 值增值增 加到加到 （称为（称为临界反拉力临界反拉力）后才开始升高。因此，）后才开始升高。因此，采用采用 反拉力小于临界反拉力值进行拉拔是有利的反拉力小于临界反拉力值进行拉拔是有利的，体现在

31、：，体现在： 在不增加能量消耗的情况下，可减小模孔的磨损。在不增加能量消耗的情况下，可减小模孔的磨损。 P Q N P N c Q Q c Q 35教育教学 原因原因：当：当 时，随时，随 值的增加，值的增加， 值下降，进而值下降，进而 摩擦力下降，因此可认为，此时摩擦力下降，因此可认为，此时 值的增加与摩擦力的值的增加与摩擦力的 下降值相等，所以拉拔力不变。磨损。下降值相等，所以拉拔力不变。磨损。 7）振动振动 对拉拔模具（模、芯头）施加声波或超声波振动，可对拉拔模具（模、芯头）施加声波或超声波振动，可 显著降低拉拔力，现已出现显著降低拉拔力，现已出现超声拉拔超声拉拔新技术。新技术。 2 拉

32、拔力的计算与测量（略）拉拔力的计算与测量（略） c QQ QN Q 36教育教学 六、拉拔工具六、拉拔工具 1 拉拔模拉拔模 有普通模、辊式模和旋转模三种。有普通模、辊式模和旋转模三种。 1）普通模：）普通模： 有有锥模锥模和和弧形模弧形模两种。在加工率相同时，弧形模与被两种。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，因此在拉拔金属的接触面大，从而可减少模孔的磨损，因此在 拉细线时采用，一般情况下均采用锥模。拉细线时采用，一般情况下均采用锥模。 37教育教学 A 润滑带（润滑带（ ）：作用是使润滑剂容易进入模孔，）：作用是使润滑剂容易进入模孔， 减小拉拔使的摩擦；带

33、走由于变形和摩擦产生的热量。减小拉拔使的摩擦；带走由于变形和摩擦产生的热量。 B 压缩带（压缩带（ ）：金属在此阶段进行塑性变形。）：金属在此阶段进行塑性变形。 C 定径带（定径带（ ）：使新品获得稳定而精确）：使新品获得稳定而精确 形状和尺形状和尺 寸。寸。其直径比制品的名义直径小其直径比制品的名义直径小。 D 出口带（出口带（ ）：作用是防止制品出模后被划伤。）：作用是防止制品出模后被划伤。 各部分的尺寸设各部分的尺寸设 计参见计参见P191193。 38教育教学 注注：拉拔过程中拉模受到较大的摩擦，尤其在拉细线：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。

34、因此拉模材料要具时，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。做成镶嵌结构。 39教育教学 2）辊式模）辊式模 模孔由模孔由被动旋转被动旋转的辊组成，特点是：的辊组成，特点是：a a 摩擦力小、能摩擦力小、能 耗低、工具寿命长；耗低、工具寿命长；b b 可采用较大的道次加工率；可采用较大的道次加工率；c c 拉拔速度高；拉拔速度高；d d 改变辊间距可生产变断面型材。改变辊间距可生产

35、变断面型材。 水平辊水平辊 立辊立辊 40教育教学 3）旋转模）旋转模 拉拔时模子旋转，特点是：以滚动接触代替滑动接触，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，品的椭圆度，多用于连续拉线机的成品模上多用于连续拉线机的成品模上。 2 芯头（略）芯头（略） 41教育教学 七、拉拔工艺七、拉拔工艺 拉拔配模拉拔配模：根据成品的要求（有时还包括坯料尺寸）：根据成品的要求（有时还包括坯料尺寸） 来确定拉拔道次机各道次所需模孔形状、尺寸的工作。来确定拉拔道次机各道次所需模孔形状、尺寸的工

36、作。 原则原则：在保证成品性能和质量的前提下，尽可能增大：在保证成品性能和质量的前提下，尽可能增大 道次延伸系数。道次延伸系数。 1 拉拔配模设计的内容拉拔配模设计的内容 1）坯料尺寸的确定）坯料尺寸的确定 A A 圆形制品坯料尺寸的确定圆形制品坯料尺寸的确定 对于给定成品尺寸而言，确定坯料尺寸实际就是确定对于给定成品尺寸而言，确定坯料尺寸实际就是确定 总加工率。在确定总加工率时，应考虑以下方面：总加工率。在确定总加工率时，应考虑以下方面： 42教育教学 a a 保证产品保证产品性能性能 对对软态产品软态产品而言，性能由成品退而言，性能由成品退 火参数决定，确定总加工率时只要避开临界变形程度火

37、参数决定，确定总加工率时只要避开临界变形程度 即可；对即可；对硬态、半硬态产品硬态、半硬态产品而言，应根据加工硬化曲而言，应根据加工硬化曲 线查出规定性能所要求的加工率，以此算出坯料尺寸。线查出规定性能所要求的加工率，以此算出坯料尺寸。 b b 保证保证操作操作顺利进行顺利进行 针对针对衬拉管材衬拉管材而言，因为这而言，因为这 时既有减径量，又有减壁量，若二者变形量设计不当，时既有减径量，又有减壁量，若二者变形量设计不当， 会导致操作不能进行。如若总减径量会导致操作不能进行。如若总减径量总减壁量，则总减壁量，则 当管坯直径达到成品尺寸时，其壁厚应大于成品壁厚，当管坯直径达到成品尺寸时，其壁厚应

38、大于成品壁厚， 此时由于芯头无法放入而不能继续减壁。因此，衬拉此时由于芯头无法放入而不能继续减壁。因此，衬拉 时，管坯尺寸的选择应保证：时，管坯尺寸的选择应保证： 减壁所需道次减壁所需道次减径所减径所 需道次需道次 具体计算参见具体计算参见P212。 43教育教学 c 保证产品保证产品表面质量表面质量 拉拔时的轴向应力为拉应力，拉拔时的轴向应力为拉应力， 因此随着拉拔道次和变形量的增加，坯料中的一些缺因此随着拉拔道次和变形量的增加，坯料中的一些缺 陷如划伤、夹灰等会逐渐暴露于表面，并可及时去除。陷如划伤、夹灰等会逐渐暴露于表面，并可及时去除。 因此适当因此适当增大总变形量对表面质量有好处增大总

39、变形量对表面质量有好处。 d 坯料制造的条件和生产实际情况，应便于管理。坯料制造的条件和生产实际情况，应便于管理。 B 异型管材拉拔时坯料尺寸的确定异型管材拉拔时坯料尺寸的确定 异型管材生产时一般也采用圆管坯，拉拔到一定尺异型管材生产时一般也采用圆管坯，拉拔到一定尺 寸后进行寸后进行12道过渡空拉，使其形状逐渐向成品形状道过渡空拉，使其形状逐渐向成品形状 过渡。因此，关键是确定过渡圆的尺寸。过渡。因此，关键是确定过渡圆的尺寸。 过渡圆过渡圆 44教育教学 由于过渡拉拔的主要目的是成型，所以尺寸设计时由于过渡拉拔的主要目的是成型，所以尺寸设计时 主要考虑的成型正确问题。为保证成型正确，过渡圆主要

40、考虑的成型正确问题。为保证成型正确，过渡圆 尺寸设计的原则是：尺寸设计的原则是：过渡圆的外形尺寸等于或稍大于过渡圆的外形尺寸等于或稍大于 成品的外形尺寸成品的外形尺寸。具体确定时，首先按。具体确定时，首先按周长相等原则周长相等原则 计算，然后再加计算，然后再加35以确保棱角等部位能充满。以确保棱角等部位能充满。 2 0 ba D 2 0 ba D )(2 0 baD )(2 0 ba D 45教育教学 C 实心型材拉拔时坯料尺寸的确定实心型材拉拔时坯料尺寸的确定 a 成品的外形必须包括在坯料的外形之中；成品的外形必须包括在坯料的外形之中； b 为使变形均匀，坯料各部分的延伸系数应尽量相为使变形

41、均匀，坯料各部分的延伸系数应尽量相 等；实际中满足此点很困难，一般情况下，要求高的等；实际中满足此点很困难，一般情况下，要求高的 面给予较大的变形；面给予较大的变形； 46教育教学 c 坯料与模孔各部分尽量同时接触，否则由于未被坯料与模孔各部分尽量同时接触，否则由于未被 压缩部分的强迫延伸，引起形状尺寸不精确。为保证压缩部分的强迫延伸，引起形状尺寸不精确。为保证 这一点，各部分的模角应不同；这一点，各部分的模角应不同； d 对带锐角的型材，形状要逐渐过渡，不允许由锐对带锐角的型材，形状要逐渐过渡，不允许由锐 角向钝角过渡。角向钝角过渡。 总之，设计原则是：使坯料各部分同时得到尽可能总之，设计原

42、则是：使坯料各部分同时得到尽可能 均匀的压缩。实际设计时可采用图解法均匀的压缩。实际设计时可采用图解法P217。 47教育教学 为两次退火间的总延伸系数；为两次退火间的总延伸系数； 为两次退火间为两次退火间允许允许的平均总延伸系数。的平均总延伸系数。 2）中间退火次数的确定）中间退火次数的确定 1 ln ln N 1 2 3 4 退火退火退火退火退火退火 为坯料到产品的总延伸系数；为坯料到产品的总延伸系数； 3）拉拔道次的确定）拉拔道次的确定 为道次平均延伸系数。为道次平均延伸系数。 ln ln n 4 退火退火退火退火 3 2 1 48教育教学 4）道次延伸系数的分配）道次延伸系数的分配 道

43、次道次 道次道次 延伸系数延伸系数 延伸系数延伸系数 适于塑性好、冷硬速率慢适于塑性好、冷硬速率慢 的材料，可充分利用其塑性的材料，可充分利用其塑性 在中间道次给予较大的变形，在中间道次给予较大的变形， 为精确控制成品尺寸精度，为精确控制成品尺寸精度， 成品道次给予小的变形。成品道次给予小的变形。 适于冷硬速率块的材料。适于冷硬速率块的材料。 5）校核安全系数）校核安全系数 49教育教学 2 拉拔配模设计拉拔配模设计 1）圆棒拉拔配模设计）圆棒拉拔配模设计 A A 给定成品和坯料尺寸：根据材料允许的道次延伸系给定成品和坯料尺寸：根据材料允许的道次延伸系 数和两次退火间允许的总延伸系数，确定退火

44、次数和拉数和两次退火间允许的总延伸系数，确定退火次数和拉 拔道次；拔道次； B B 给定成品尺寸并要求一定的性能：根据加工硬化曲给定成品尺寸并要求一定的性能：根据加工硬化曲 线，确定最后一次退火时应留有的加工率；线，确定最后一次退火时应留有的加工率； C C 只要求成品尺寸：在保证表面质量的前提下，尽量只要求成品尺寸：在保证表面质量的前提下，尽量 减小坯料的尺寸。减小坯料的尺寸。 2）空拉配模设计）空拉配模设计 除考虑安全系数外，还要考虑过程的除考虑安全系数外，还要考虑过程的稳定性稳定性，一般认，一般认 为，为，道次减径量不能超过壁厚的道次减径量不能超过壁厚的6倍倍。 50教育教学 3）固定短

45、芯头拉拔配模设计）固定短芯头拉拔配模设计 固定短芯头拉拔的主要目的是减壁，因此设计时要遵固定短芯头拉拔的主要目的是减壁，因此设计时要遵 循循“少缩多薄少缩多薄”的原则，即少减径、多减壁。因为减径的原则，即少减径、多减壁。因为减径 量越大，则空拉段越长，结果金属的塑性不能有效地用量越大，则空拉段越长，结果金属的塑性不能有效地用 于减壁上。于减壁上。 4）游动芯头拉拔配模设计）游动芯头拉拔配模设计 减壁量必须有相应减壁量必须有相应 的减径量配合，否则的减径量配合，否则 会导致管坯内表面与会导致管坯内表面与 大圆柱段接触，一般大圆柱段接触，一般 认为，认为，芯头大、小圆芯头大、小圆 柱段的直径差应大

46、于柱段的直径差应大于 等于减壁量的等于减壁量的6倍倍， 即：即： Dd sdD6 51教育教学 5）异型管材拉拔配模设计）异型管材拉拔配模设计 主要是防止过渡空拉时管壁内凹，尤其是长边。主要是防止过渡空拉时管壁内凹，尤其是长边。 r 此外，要保证成型拉拔时能顺利地放入芯头此外，要保证成型拉拔时能顺利地放入芯头。 52教育教学 6）线材拉拔配模设计）线材拉拔配模设计 线材生产一般是线材生产一般是多模多模、连续连续、高速高速拉拔，如下图所示。拉拔，如下图所示。 由由放线盘放线盘放出的线首先通过第一个放出的线首先通过第一个模子模子，然后在，然后在中间绞中间绞 盘盘上上绕绕24圈圈再进入第二个模子，依

47、次类推，最后线材再进入第二个模子，依次类推，最后线材 通过成品模到通过成品模到收线盘收线盘上。上。 根据线的运动速度根据线的运动速度 与绞盘的圆周速度与绞盘的圆周速度 的关系（相的关系（相 等、不相等），分等、不相等），分带滑动带滑动和和无滑动无滑动拉拔两种。拉拔两种。 放线盘放线盘 模子模子 1 F 2 F 3 F n F 1n F k F 收收 线线 盘盘 1 v 2 v n vk v k u n u 1 u 2 u 中间绞盘中间绞盘 vu 53教育教学 A 带滑动拉拔配模设计带滑动拉拔配模设计 带滑动拉拔是指拉拔过程中线与绞盘间有滑动，即线带滑动拉拔是指拉拔过程中线与绞盘间有滑动，即线

48、的运动速度与绞盘的圆周速度不相等。的运动速度与绞盘的圆周速度不相等。 a a 建立拉拔力的条件建立拉拔力的条件 为了对通过为了对通过n模模的线建立起拉拔力的线建立起拉拔力 ，n绞盘的放线端绞盘的放线端 必须施以拉力必须施以拉力 ，即，即为紧边为紧边，使线压紧在绞盘上产生压，使线压紧在绞盘上产生压 力力 ，当绞盘转动时，线与绞盘间产生摩擦力，进而建，当绞盘转动时，线与绞盘间产生摩擦力，进而建 立起立起 。 n Q 1n N n1n 1n P 1n Q n P n v n u 1n v 1n u n P n Q N n P 54教育教学 与与 的关系可由柔性体绕圆柱体表面摩擦规律得到。的关系可由柔

49、性体绕圆柱体表面摩擦规律得到。 n Q 1n N n1n 1n P 1n Q n P n v n u 1n v 1n u n P n Q fm nn ePQ 2 m为绕线的圈数，一般为为绕线的圈数，一般为24圈；圈； f 为线与绞盘间的摩擦系数，一般取为线与绞盘间的摩擦系数，一般取0.1； 因此：因此： nn PQ)%3015( 55教育教学 若定义：若定义： 为为滑动率滑动率，则实现带滑动拉拔的，则实现带滑动拉拔的 基本条件也可描述为：滑动率基本条件也可描述为：滑动率 。 b 实现带滑动拉拔的基本条件实现带滑动拉拔的基本条件 与与 的关系有以下三种可能情况：的关系有以下三种可能情况： ，此时

50、绞盘起制动作用，导致断线；，此时绞盘起制动作用，导致断线； ，此时为静摩擦，可建立起，此时为静摩擦，可建立起 ，但过程是不，但过程是不 稳定的，一旦由于某种原因使线速增加，则为上种情况；稳定的，一旦由于某种原因使线速增加，则为上种情况； ，此时摩擦力方向朝前，过程是稳定的。，此时摩擦力方向朝前，过程是稳定的。 因此，因此， ，即，即绞盘的圆周速度大于线的运动速度绞盘的圆周速度大于线的运动速度 是实现带滑动拉拔的基本条件是实现带滑动拉拔的基本条件。 n u n v nn vu nn vu n P nn vu nn vu n nn n u vu R 0 n R 56教育教学 c 如何保证如何保证

51、取决于拉线机的设计，不能改变，因此只能控制取决于拉线机的设计，不能改变，因此只能控制 ， 使使 始终成立。在稳定拉拔过程中，下式应成立：始终成立。在稳定拉拔过程中，下式应成立： nn vu n u n v nn vu kknn FvFvFvFv 1100 、 分别为成品线的速度和断面积。因为收线盘上分别为成品线的速度和断面积。因为收线盘上 线与绞盘间无滑动，因此有线与绞盘间无滑动，因此有 ，故，故 k v k F kk uv nkkn FFuv 由上式可知，若由上式可知，若成品模磨损成品模磨损，则，则 增大，导致任一绞增大，导致任一绞 盘上的线速盘上的线速 增大，此时为保证拉拔过程仍能顺利进行，增大，此时为保证拉拔过程仍能顺利进行， 下式应该成立：下式应该成立： k F n v 57教育教学 nnkkn uFFuv 变换后得：变换后得： ，可记为：，可记为： n k k n