铝管冷拉拔基础

1、第一章 概述1 拉拔的一般概念1.1 拉拔的实质 对金属坯料施以拉力，使之通过模孔以获得与模孔截面尺寸、形状相同的制品的塑性加工方法称为拉拔。拉拔是管材、棒材、型材以及线材的主要生产方法之一。1.2 拉拔分类 按制品截面形状，拉拔可分为实心材拉拔与空心材拉拔。1.2.1 实心材拉拔（略）1.2.2 空心材拉拔空心材拉拔主要包括圆管及异形管材的拉拔，对于空心材拉拔有如下几种基本方法。(1) 空拉拉拔时，管坯内部不放芯头，即无芯头拉拔，主要是以减少管坯的外径为目的。拉拔后的管材壁厚一般会略有变化，壁厚或者增加，或者减小。经多次空拉的管材，内表面粗糙，严重时会产生裂纹。空拉法适用于小直径管材、异形管

2、材、盘管拉拔以及减径量很小的减径与整形拉拔。（2）长芯杆拉拔将管坯自由地套在表面抛光的芯杆上，使芯杆与管坯一起拉过模孔，以实现减径和减壁，此法成为长芯杆拉拔。芯杆的长度应略大于拉拔后管材的长度。拉拔一道次之后，需要用脱管法或滚轧法取出芯杆。长芯杆拉拔的特点是道次加工率较大， 可达63%，但由于需要准备许多不同直径的长芯杆和增加脱管工序，通常在生产中很少采用，它适用于薄壁管材以及塑性较差的钨、钼管材的生产。（3）固定芯头拉拔拉拔时将带有芯头的芯杆固定，管坯通过模孔实现减径或减壁。固定芯头拉拔的管材内表面质量比空拉的要好，此法在管材生产中应用最广泛， 但拉拔细管比较困难，而且不能生产长管。（4）游

3、动芯头拉拔在拉拔过程中，芯头不固定在芯杆上，而是靠本身的外形建立起来的力平衡被稳定在模孔中。游动芯头拉拔时管材拉拔较为先进的一种方法，非常适用于长管和盘管生产，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量极为有利。但是与固定芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的难度较大，工艺条件和技术要求较高，配模有一定限制，故不可能完全取代固定芯头拉拔。（5）顶管法顶管法又称埃尔哈特法。将芯杆套入带底的管坯中，操作时管坯连同芯杆一同由模孔中顶出，从而对管坯进行加工，在生产难熔金属和贵金属短管材时常用此种方法。它也适合于生产300400mm以上的大直径管材。（6）扩径拉拔管坯通过扩径后，直径增大，壁厚和长度减小，这种方法

4、主要是由于受设备能力限制，不能生产大直径的管材时采用。图1 管材拉拔拉拔一般皆在冷状态下进行，但是对一些在常温下强度高、塑性差的金属材料，如某些合金钢和钼、铍、钨等，则采用温拔和热拔。此外，对于具有六方晶格的锌、镁合金，为了提高其塑性，也需采用温拔。2 拉拔法的特点拉拔与其他压力加工方法相比较具有以下特点。 拉拔制品的尺寸精确、表面光洁。 最适合于连续高速生产断面非常小的长的制品。铜、铝线的直径最细可达10m，而用特殊方法拉拔的不锈钢丝最细可达0.5m。拉拔的管材的壁厚最薄可达0.5m。 拉拔生产的工具与设备简单，维护方便。在一台设备上可以生产多种规格和品种的制品。 坯料拉拔道次变形量和两次退

5、火间的总变形量受到拉应力的限制。一般道次断面加工率在20%60%以下，过大的道次加工率将导致拉拔制品的尺寸、形状不合格，甚至频繁地被拉断。这就使得拉拔道次、制作夹头、退火及酸洗等工序繁多，成品率降低。3 拉拔历史与发展趋向3.1 拉拔历史拉拔具有悠久的历史，在公元前2030世纪，就出现了把金块锤锻后，通过小孔，用手工拉制成细金丝，在同一时期发现了类似拉线模的东西。公元前1517世纪，在亚述、巴比伦、腓尼基等进行了各种贵金属的拉线，并把这些贵金属线用于装饰品。公元89世纪，能制成各种金属线。公元12世纪，有锻线工与拉线工之分，前者是通过锤锻，后者是通过拉拔制线材，人们认为就是从这个时候起确立了拉

6、拔加工。3.2 拉拔技术发展趋向根据拉拔技术的发展与现状，目前仍要围绕下列问题展开研究。拉拔装备的自动化、连续化与高速化。扩大产品的品种、规格，提高产品的精度，减少制品缺陷。提高拉拔工具的寿命。 新的润滑剂及润滑技术的研究。 发展新的拉拔技术与新的拉拔理论的研究，达到节能、节材、提高产品质量和生产率的目的。 拉拔过程的优化。第二章 拉拔基础1 拉拔时的变形指数 拉拔时坯料发生变形，原始形状和尺寸将改变。不过，金属塑性加工过程中变形体的体积实际上是不变的。以FQ、LQ表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，FH、LH表示拉拔后金属制品的断面积和长度。根据体积不变条件，可以得到主要变形指数和它们之间的关

7、系式。延伸系数 表示拉拔一道次后金属材料的长度增加的倍数或拉拔前后横断面的面积之比，即=LH/LQ= FQ /FH 相对加工率（断面减缩率） 表示拉拔一道次后金属材料横断面积缩小值与其原始值之比，即=（FQ - FH）/ FQ通常以百分数表示。相对伸长率 表示拉拔一道次后金属材料长度增量与原始长度之比，即=（LH- LQ）/ LQ 通常也以百分数表示。积分（对数）延伸系数i 这一指数等于拉拔道次前后金属材料横断面积之比的自然对数，即i=（FQ/ FH）=拉拔时的变形指数之间的关系：=1/(1-)=1+=ei各变形指数之间的关系如下表所示。2 实现拉拔过程的基本条件与挤压、轧制、锻造等加工过程不

8、同，拉拔过程是借助于在被加工的金属前端施以拉力实现的，此拉力称为拉拔力。拉拔力与被拉金属出模口处的横断面积之比称为单位拉拔力，即拉拔应力，实际上拉拔应力就是变形区末端的纵向应力。拉拔应力应小于金属出模口的屈服强度。如果拉拔应力过大，超过金属出模口的屈服强度，则可引起制品出现细颈，甚至拉断。因此，拉拔时一定要遵守下列条件=式中 作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力； 拉拔力；被拉金属出模口横断面积； 金属出模口后的变形抗力。对有色金属来说，由于变形抗力不明显，确定困难，加之金属在加工硬化后与其抗拉强度相近，故亦可表示为。被拉金属出模口后的抗拉强度与拉拔应力之比称为安全系数K，即K=所以，实现拉

9、拔过程的基本条件是K1，安全系数与被拉金属的直径、状态（退火或硬化）以及变形条件（温度、速度、反拉力等）有关。一般K在1.402.00之间，即=（0.70.5），如果K1.40、则由于加工率过大，可能出现断头、拉断；当2.00时，则表示道次加工率不够大，未能充分利用金属的塑性。制品直径越小，壁厚越薄，K值应越大些。这是因为随着制品直径的减小，壁厚的变薄，被拉金属对表面微裂纹和其他缺陷以及设备的振动，还有速度的突变等因素的敏感性增加，因而K值相应增加。安全系数与制品品种、直径的关系见下表。拉拔制品的品种安全系数厚壁管材、型材及棒材薄壁管材和型材K1.351.401.60第三章 拉拔工具拉拔工具主

10、要包括拉拔模和芯头，它们直接和拉拔金属接触并使其发生变形。拉拔工具的材质、几何形状和表面状态对拉拔制品的质量、成品率、道次加工率、能量消耗、生产效率及成本都有很大的影响。因此，正确地设计、制造拉拔工具，合理地选择拉拔工具的材料时十分重要的。1 拉拔模1.1普通拉模1.1.1 模子的结构与尺寸根据模孔纵断面的形状，可将普通拉模分为弧线形模和锥形模，如图所示。弧线形模一般只用于细线的拉拔。拉拔管、棒、型及粗线时，普遍采用锥形模。锥形模的模孔可分为四个带，各个带的作用和形状如下。 （1）润滑带（入口锥、润滑锥）润滑带的作用是在拉拔时使润滑剂容易进入模孔，减少拉拔过程中的摩擦，带走金属由于变形和摩擦产生的热量，还可以防止划伤坯料。（2）压缩带（压缩锥）金属在此段进行塑性变形，并获得所需的形状与尺寸。压缩带的形状有两种：锥形和弧线形。为防止制品与模孔不同心产生压缩带以外的变形，压缩带长度应大于拉拔时变性区的长度。（3）工作带工作带的作用是使制品获得稳定而精确的形状与尺寸。工作带