拉拔课件培训课件

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1、第二篇 拉拔,一、概述,拉拔: 在外加拉力的作用下，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。,一般在室温进行，只有室温强度高、塑性差的合金如钨、锌等才加热；是管、棒、型、线的主要生产方法,1 基本方法,1）实心材拉拔 截面为实心，如棒、型和线材拉拔。,2）空心材拉拔 截面为空心，如管和空心型材拉拔。,芯杆,芯头,P,制品,模子,坯料,P,制品,模子,坯料,空拉：拉拔时管坯内部不放芯头，拉拔后壁厚略有变化，主要目的是减径，又称减径拉拔。,固定短芯头拉拔：拉拔时管坯内部放芯头，并用芯杆固定，拉拔后管坯可实现减径和减壁。是实际中应用最广泛的方法。,游动芯头,P,制品,模子,坯料,游动芯

2、头拉拔：拉拔时管坯内部放芯头，但芯头不固定，依靠自身形状稳定在变形区中。此法使盘管拉拔得以实现。,芯杆,P,制品,模子,坯料,长芯杆拉拔：管坯套在表面抛光的芯杆上，拉拔时芯杆与管坯一起通过模孔。,2 变形指数 1）延伸系数,2）加工率（断面收缩率）,不难看出：,分别为坯料和制品的面积,分别为坯料和制品的长度,3 实现拉拔的必要条件 作用在制品上的拉应力小于材料的屈服极限。,即：,若认为硬化后的,与,接近，则有：,若定义：,为安全系数，则实现拉拔的必,要条件是：安全系数K 1。一般取 K 1.42.0。,P,制品,模子,坯料,4 拉拔的特点,1）制品的尺寸精确，表明光洁； 2）工具和设备简单，维

3、修方便； 3）可连续高速生产小规格长制品； 4）受安全系数 K 的限制，道次变形量小，简单断面型材也难一次成形。如：,二、园棒拉拔时的应力与变形,1 应力,1）应力状态 外力：拉力P ，模壁压力N 、摩擦力T 。 应力状态：两向压缩（径向 和周向 ）一向延伸（轴向 ），且有 ，即为轴对称应力状态。,2）应力分布规律,轴向：,：入口出口（出口力大、面积小）,：入口出口（塑性条件）,因此：模子入口处磨损比出口大；道次加工率大时模子出口处磨损比道次加工率小时轻。,径向：,：外部中心,：外部 中心,原因：环断面越向外，其向内变形的阻力越大；米宁实验。,2 变形 1） 应变状态 两向压缩（径向 和周向

4、）一向延伸（轴 向 ），且有 。,2）应变规律,与挤压类似，即：边部变形中心变形； 后部变形前端变形; 中心流速边部流速。 但由于摩擦小，不均匀程度远比挤压小。,三、管材拉拔时的应力与变形,1 空拉 按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不大（0.51），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。,1）应力 应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为 压，轴向为拉，但 ，且有 。（内表面为自由表面，径向变形阻力小。） 应力状分布规律： 轴向上： ：

5、入口出口。 径向上： ：外部中心； ：外部中心。,、,当 时，壁厚增加；,2）变形（应变） 应变状态：轴向延伸、周向压缩、径向可能是延伸、压缩或为0（不变），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）使壁变厚。从力学角度分析有： ， 为瞬时的非负的比例系数。又,，因此,当 时，壁厚不变；,当 时，壁厚增加。,由于 相对与 和 较小，因此近似有：,当 时，壁厚增加；,当 时，壁厚不变；,当 时，壁厚增加。,由于 沿轴向上越来越大， 越来越小，因此，某一断面从入口向出口的变形过程中，在不同部位壁,厚的变化规律是：在模子入口处增厚，到一定值时开始变薄。空拉后壁厚究竟

6、如何变化，取决于全过程变形的累积。,3）影响空拉壁厚变化的因素 相对壁厚：坯料的直径与壁厚之比，即 ，研究认为： 当 7.6时，只增壁； 当 3.6时，只减壁； 当 =3.67.6时，随工艺参数的不同，可能增壁、减壁或壁厚不变。 合金性能：合金越硬， 越大，增壁趋势越弱。 道次加工率：越大， 越大，增壁趋势越弱。 润滑：润滑时摩擦小， 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，减壁趋势增加。,4）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，在其后安排若干道次的空拉，可将偏心纠正过来，原理是： A 若同一圆周上的 分布均匀，则薄壁处的 大，因为 是使壁厚增加

7、的因素，因此薄壁处增厚的多，直至壁厚均匀； B 由于薄壁处的 大，因此薄壁处先发生塑性变形，产生轴向延伸，结果在薄壁处产生轴向附加压应力，使壁增厚；厚壁处产生轴向附加拉应力，使壁减薄，直至壁厚均匀，附加应力消失。 注：当管坯偏心严重时，由于 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，尤其是管壁较薄时。,5）空拉的特点 A 能纠正偏心； B 适于小管、异型管以及盘管拉拔； C 拉拔力小，道次加工率大； D 操作简单； E 制品内表面质量差、尺寸精度低。,2 固定短芯头拉拔 1） 变形过程 变形分三部分：,A,B,C,D,AB段：空拉区，主要是减径变形，壁厚一般有所增加，又称减径区。

8、应力应变特点与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径减小，内径不变，壁厚减薄。应力应变特点与棒材拉拔时一样。 CD段：定径区，为弹性变形区。,2） 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，但变形较均匀； B 内表面质量好、尺寸精确； C 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，使制品出现“竹节”缺陷。 一般，拉制品的长度为812m。,3 游动芯头拉拔 1） 变形过程,A,B,C,D,E,F,AB段：空拉区，管坯减径、增壁。 BC段：减径区，管坯进行较大的减径，同时也减壁，

9、减壁量大约等于空拉时的增壁量。 CD段：二次空拉区，由于拉应力方向改变，管坯内壁稍微离开芯头表面。 DE段：减壁区，外径减小、内径不变，实现减壁。 EF段：定径区。,2） 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分量必须为0，即：,即：,上式若成立必须有：,即：,因此，芯头在变形区内稳定的必要条件是： 即：芯头锥角大于摩擦角。,否则，由于,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，则导致芯头压卡管坯，造成拉断。,此外，芯头锥角还应小于或等于模角，即： 否则，管坯内壁首先与大圆柱段接触，使芯头一直向前运动。,除满足以上两个

10、条件外，要保证拉拔过程顺利进行，还应满足：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：,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 A 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； C 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； E 工艺难度大。,4 长芯杆拉拔 1） 变形过程 与固定短芯头拉拔时相同，即空拉、减径和定径区。 2）特点 A 拉拔力小，道次加工率大。因为 a 芯杆承担了,A,B,C,D,一部分拉拔力；b 芯杆给管坯内壁的摩擦力方向与拉拔方向一致，有助于拉拔； B 适于

11、小管薄壁管以及塑性差合金管的生产； C 脱杆麻烦。,四、拉制品的残余应力及主要缺陷 1 残余应力,残余应力：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。 1）残余应力的分布 整个断面均发生塑性变形时，残余应力分布为：,中心,边部,边部,中心,边部,边部,+,0,+,轴向,径向,周向,中心,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。 2） 残余应力的危害 A 导致某些合金制品如黄铜产生应力腐蚀； B 导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和形状； C 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。,3）

12、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、选择适当的模角等； B 矫直加工； 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； C 低温退火，仅使金属发生回复。,2 拉制品的主要缺陷,1） 中心裂纹 A 特征：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。,B 原因：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。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。 由于裂纹的

13、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，而挤制品的外层强度高、中心强度低，这也是中心易出现裂纹的原因。,2） 表面裂纹 A 特征：存在于表部；呈月牙形周期性分布，又称三角口。 B 原因：不均匀变形使表面产生拉副应力导致的。,基本应力,副应力,工作应力,0,0,0,五、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。 1 影响拉拔力的因素 1）合金性能：强度高

14、，拉拔力大； 2）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69。 4）摩擦与润滑：润滑时，摩擦系数小，拉拔力小。 摩擦系数与润滑剂的性质、润滑方式、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、表面越光洁，摩擦系数越小。,在润滑方式上，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。,制品,芯头,减径模,减壁模,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度增加。速度越大、间隙越小，效果越显著。,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。,5）拉拔速度 当速度5m