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1、职工技术学习资料注意保存冷拔钢管拔制力的计算宋宝湘编译希 望 科 技 服 务 部 印2007年3月本书较详细地阐述与分析了在各种方法冷拔钢管时的作用力与应力分布状况。根据新的轧制形理编著基础导出更正确更接近实践的计算公式。同时列举了许多学者和科技工作者发表的有关拔制力方面的计算公式作了比较分析，经过实践拔制力的测定与对比结果。本书推导的计算公式更接近实践值，换差较小已成为目前冷拔钢管生产与设计中应用最广泛的计算公式。本书适用设计工者与生产技术人员应用，可供科技研究工作者与高等专科学校高年级学生参考。目 录 引言1第一章钢管伸拔与影响拔制力的因素6第一节 钢管伸拔的拔制力6第二节 影响拔制力的因
2、素9第三节 现有冷拔钢管拔制力的计算公式11第二章钢管在伸拔过程的作用力与应力分布22第一节 钢管在无芯棒伸拔过程的作用与应力分布22第二节 钢管在短芯棒伸拔过程的作用与应力分布24第三节 钢管在长芯棒伸拔过程的作用与应力分布26第四节 钢管在扩径伸拔过程的作用与应力分布27第三章钢管在伸拔过程的拔制力计算公式的推导31第一节 钢管在无芯棒伸拔过程拔制力公式的推导31第二节 钢管在短芯棒伸拔过程拔制力公式的推导40第三节 钢管在长芯棒伸拔过程拔制力公式的推导48第四节 钢管在扩径伸拔过程拔制力公式的推导48第四章钢管在伸拔过程的拔制力的测定与理编计算结果比较71第一节 钢管拔制力的测定方法71
3、第二节 钢管在伸拔过程拔制力的理论计算结果与实际测定79第五章各种计算拔制力公式的分析与比较91第一节 各种计算拔制力公式的分析与计算结果比较91第二节 本书推导出的计算公式的分析101第三节 结论121主要参考书124引 言无缝钢管用热轧方法比较普遍具有许多特色和优点成为当今钢管生产主要方式和发展趋势。常见的由自动轧管机生产无缝钢管，它能制造最小尺寸外径D6070mm，壁厚S33.5mm。在回转导轮轧机和连轧管机上可生产外径D50mm壁厚S22.5mm钢管，倘若再经过减径机将热轧状态的钢管进行减径成外径D2530mm，同时管壁厚略有增厚（约0.30.4mm）。减径机采用单机架传动方式已被广泛
4、应用，并采用钢管在机架间带张应力的轧制法，使管壁不发生变化或者略带有减浍作用。热轧方法生产钢管它的尺寸精度外径原0.8%而壁厚原，抵有三辊式轧机（主要用来轧制滚珠轴承管与其它要求高精度的厚壁管），可以制造比较精确尺寸的钢管。热轧钢管由于制造方法的决定，轧制后钢管表面产生高温氧化皮使管表面留有较深的痕迹，轻微的凹面，直通及其它缺陷。因此，为了获得表面光洁，尺寸精度较高的钢管，有时应用热轧方法不可能建到或者不能生产的钢管。此时可采用冷拔，冷拔或冷拔冷轧联合的方法生产。钢管冷拔方法生产无论从材质和钢级仍然可以生产制造许多规格品种，尤其关于几何形状和尺寸更多，冷拔方法可以生产医学上用的注射针头D0.4
5、mm，壁厚S0.15mm的不锈钢管，同样可用冷拔方法生产外径D200mm。壁厚S25mm特大特厚高精度管。由于冷拔方法生产工艺装备简单，投资少，操作简便，极运宜很多品种少数量，高精度短流程单机作业等特点，在我国仍有广泛的市场（尤其在我国地域辽阔，基础工业尚处于薄弱欠缺状态，小本经营的城镇企业有它独特的优势），成为大企业拾遗补漏的作用不可忽视。钢管冷拔方法生产的特点；工序繁复，成本较高，尤其在在制造小尺寸薄壁管时需经过反复循环耗费增加，工模具有耗，人力物力（硫酸、退火、酸洗和其它工序）使金属耗费增加，工模具有耗，人力、物力（硫酸、煤气、风、水与能源等）耗费较大。为了弥补此种方法的缺点，在先进的冷
6、拔管厂（或车间）配置相适应是冷轧机，将冷拔和冷轧方法结合起来，得到最经济最有效的工作法。在俄罗斯、日本、德国和西欧等国家得到普遍采用。近年来冷拔机的构造和伸拔工艺技术均有很大的发展和改进极其良好的效果。冷拔机的机械化和自动化操作，多根（35根）和多道次拔连，小口径管的卷筒连拔法以及提高伸拔速度，改善润滑条件，液层传动，高硬度质模具，带温拔制，提高每导次变形量等方法获得广泛应用取得显著成果。随着经济建设的发展，其中心以航空工业、石油工业、造船业、化工工业、汽车制造业、水电站和核电站工业，锅炉制造业压力容器，医疗卫生等等仍然需要大量高精度优质表面的冷拔钢管，几乎没有它会影响生产和发展。提高冷拔管质
7、量、数量，扩大品种和降低成本满足使用者需求仍然是冷拔钢管厂的迫切任务。如何成效地解决这些问题，务必在生产实际中发现问题，从各方面进行试验，研究探讨。有关各种伸拔方法制造钢管拔制力的正确理论计很少有系统试验研究探讨，因此有关这方面研究成果和科学理论文献资料十分欠缺。现有的计算拔制力的理论公式，大部分是由伸拔钢棒和钢丝公式推导而来，仅仅将这些公式作某些修改后就用来计算钢管的拔制力，没有全面地研究改革到钢管伸拔过程特定条件和要素，如某些公式没有改革伸拔过程体应力状态的作用，仅仅根据塑性力学推导拔制公式。又有些公式没有估计各种伸拔方法的特点和应力分布变化。因此计算正确性差误差较大。大部分公式其计算结果
8、与实践测定的拔制力间有明显差别，所以这些公式很少得到实际应用。正确的计算拔制力公式，对生产操作，机组选择，模具设计，试验研究等都有指导和参数面值。（1）根据伸拔钢管的几何尺寸及工艺面表，正确选择拔机功率。（2）使生产车间专业化伸拔机的功率得到充分发挥和使用。（3）通过拔制力的计算来确定伸拔过程就钢种更合理的变形量分配，工具形状与润滑状况。（4）应用正确的计算拔制力公式对合理编制伸拔工艺流程和设计工模具孔型等得到更确切的保障。（5）用作伸拔过程的验算或者作伸拔机的设计依据。为此目的：本书主要从理论上系统地分析研究各种伸拔方法在伸拔钢管时作用力分布状况。依据塑性理论和边界条件推导出各种伸拔方法拔制
9、力的计算公式（无芯棒、短芯棒、长芯棒与扩径伸拔等）。并对推导的计算公式与实践测定拔制力值比较，其误差都在10%范围内，获得比较满意结果。可作为生产操作者，技术人员和设计工作者应用参数。本书主要依据原苏联几、E，阿里西夫斯著的冷拔钢管拔制力的计算编译而成。为了使本书更有系统性和条理性，对原书中的部分章节作了恰当删改，删除了与主题联系较远的章节，增加了一些必要内容，并在编排程序，表示符号等作了统一布置安排，使读者更使参数应用。编者第一章 钢管伸拔与影响拔制力的因素第一节：钢管伸拔的拔制力钢管冷拔目的，是使荒管道过伸拔模具获得一定形状。精度较高的尺寸，光滑表面与性能良好的钢管。为了实现伸拔过程，首先
10、在荒管锤头湍作用一个拉伸的外力，此力主要抵制荒管在伸拔过程模具产生的变形力，接触表面间的摩擦力以及小部分由于金属变形转变成热能而散发掉。由于伸拔方法的不同耗费上述两部分力的比较，也各不相同，如表（1）所示：钢管伸拔“过程”拔制力有消耗情况 （表1）伸拔方法使钢管变形所消耗的力（%）拔模圆锥部分摩擦消耗力（%）拔模圆柱部分摩擦消耗力（%）无芯棒伸拔60553540510短芯棒伸拔354040451520长芯棒伸拔525730351015钢管在伸拔过程受拔制力的作用处于受应力状态。荒管的伸拔应力即荒管由变形区出来时所受的张应力，应小荒管伸拔后金属本身的屈服强度S即：s式中：P荒管拔制力（kgf）F
11、荒管伸拔后的横截面积（mm2）K荒管伸拔应力（）S 荒管伸拔后的屈服强度（）由于s是个变量，它取决于变形量大小。故不易计算。一般可采用荒管端部抗拉强度来计算。即b式中：b荒管端部的抗拉强度（）Ki该拉伸拔开始时动复荷的影响。一般采取Ki=0.80.9在伸拔过程荒管端部不参加变形，故b值等定值。为了避免伸拔过程荒管出现断头现象，伸拔应力应小或K1b值。正确地理解荒管在伸拔过程，伸拔应力值大小和伸拔过程能否产生荒管断头现象，也必须较精确地设计出拔制力的大小。拔制力的确定，可以用实验法制测得或用理论分析法计算。实验法由它的条件更接近生产实践，结果比较精确。理论分析法在计算过程中需要改变的因素较多（如
12、摩擦系数，金属强度极限，变形量大小等等）。这些因素又相互作用相互影响，关系复杂，变化范围较大，故精确性较差。实验法测定拔制力的方法较多；有用测力计或压力计，用拉力试验机或电动机能量和功率消耗来测定。测力计可放置在伸拔小车和伸拔链之间。亦可放置在拔模和芯棒附近，在前种情况代表指出伸拔拉力；后种情况表示出荒管对拔模的压力和芯棒的拉力。根据仪表的实际数可以判断荒管在拉伸过程拔制力的大小。此外，亦可根据拔机的电动机在空载和负荷时电流；电压和功率因素（Cos）或瓦特来确定电动机的平均功率。用下列公式计算出拔制力P值。式中：伸拔时电动机的平均功率空栽时电动机的平均功率伸拔机的有效系数伸拔速度实验法测得的拔
13、制力比较正确，正常生产过程由于条件限制，不可能经常应用仪表来测定拔制力。因此，在验算拔制力时，亦常常来用经验公式或理论分析法，由影响拔制力的因素较多。计算结果往往不够精确。但是使用简便仍然可以作为选择伸拔机或设计伸拔机参数。第二节 影响拔制力的因素伸拔过程影响拔制力的因素较多，根据许多科学工作者与实际生产操作者研究结果，其中有些因素是有利于伸拔过程的进行。而另些因素恰恰相反增添了伸拔的难度。伸拔过程与伸拔金属的性能，热处理，每道次的变形量伸拔速度。荒管与模具间的摩擦，润滑，几何尺寸以及模具形状等都有密切关系。荒管的材质，化学成份与组织结构不同，则它的机械性能亦各不相同，直接影响拔制力的大小。如
14、伸拔20号碳素钢和36Mn2Si荒管的拔制力一定比120号钢大得多，原因主要由于两种材质的机械性能绝缘不同的缘故。荒管在伸拔过程产生加工硬化现象，使变形阻力增加可塑性降低，差继续伸拔则拔制力继续增大，促使荒管内应力增大容易产生裂纹或裂口缺陷，对壁厚不均匀的荒芜管无敏感，为了消除伸拔后荒管的内应力，应及时退火处理。伸拔模具形状，主要是伸拔外模形状（即工作带宽度及伸拔角大小）。工作带宽度对拔制力的影响是随着荒管变形量的减小而增加。因为小变形量时，荒管主要受强制变形的压应力状态下进入工作带，荒管与工作带之间产生外摩擦力使拔制力增加。伸拔角角太大，会使荒管弯曲变形增大相应地变形应力增加，使拔制力增大。而且伸拔角过大会使润滑条件变坏，引起摩擦系数增大也会使拔制力增大。差角过小，在相同变形量条件下，比角大时接触面积增大，使摩擦力增加，从而使拔制力增大。因此，伸拔角的合理设计是十分只要因素，一般采取角为1213较为适宜。伸拔模具的表面光洁度与硬度对拔制力的影响是十分明显的，模具应有足够的硬度
