金属塑性加工原理与技术•第一章第一章 产品品种与生产方法产品品种与生产方法 •第二章第二章 挤压挤压 •第三章第三章 拉拔拉拔 •第四章第四章 型材和管材的孔型轧制型材和管材的孔型轧制 第五篇 有色金属管材和棒型材生产 金属塑性加工原理与技术 金属塑性加工原理与技术第一章 产品品种与生产方法 一、一、 产品品种产品品种 棒材：断面为实心圆形的条材 型材(非圆断面的条材)： 简单型材：方形、矩形、六角形 异形型材：角形、丁形、槽形、工形 变断面型材：断面沿长度方向不相同管材(中空的断面长条)： 外径： 大管、小管、毛细管(0.3~3mm) 壁厚：厚壁管(5~50mm)、薄壁管(0.1~5mm) 长度：根(10m左右)、盘(几百米) 金属塑性加工原理与技术二、 生产方法1. 棒材和型材的生产方法棒材和型材的生产方法(1) 轧制、或轧制——拉伸法： 锭坯加热→孔型轧机上热轧→冷拉成形 优点：生产率高、设备投资少； 缺点：表面质量和尺寸精度差、设备和生产占地面积大。
(2) 挤压一次成形(或再辅以矫直性的微量拉伸)： 适于有色棒型材品种规格多和断面复杂的特点，产品表面质量高、生产流程短，但成品率较低、设备和工具费用较大 (3) 带材冷弯法： 可制造断面上壁厚相等的型材，如角、槽、Z等形状的型材，生产率高，机动灵活 金属塑性加工原理与技术(1) 挤压—冷轧—拉伸法 用挤压法制得管坯，再用冷轧法将其外径、壁厚进一步减小到接近成品的尺寸时，再拉伸而出成品2) 挤压一次成形 对于异形管、厚壁管和大直径管材，采用挤压法一次成形，但尺寸精度稍差3) 挤压—拉伸 对于无冷轧管设备的工厂，需将挤压出的管坯，进行反复多次的拉伸，最后制得成品4) 斜轧穿生产管坯 用斜轧穿孔机生产简便，生产率和成品率较高，但对粘性较大的金属，其穿孔质量差，另外，穿孔规格单调，可调整幅度很小，不能适应有色管材品种多、规格杂而产量小的特点，也使后续变形工作量大2. 管材的生产方法管材的生产方法 金属塑性加工原理与技术第二章第二章 挤压挤压 第一节第一节 挤压的基本方法、品种与流程挤压的基本方法、品种与流程第二节第二节 挤压时金属的变形规律挤压时金属的变形规律第三节第三节 挤压时制品的组织性能及质量控制挤压时制品的组织性能及质量控制第四节第四节 挤压力的计算挤压力的计算 金属塑性加工原理与技术第一节第一节 挤压的基本方法、品种与流程挤压的基本方法、品种与流程一、一、 挤压的基本方法挤压的基本方法1. 挤压的概念 对放在容器中（挤压筒）的材料一端施加压力，使其通过模孔成型的加工方法。
金属塑性加工原理与技术2. 挤压分类(1) 根据制品特征实心挤压：如棒； 空心挤压：如管； 型材挤压：如型(2)根据材料流出模孔的方向与挤压杆运动方向 正向挤压：相同 反向挤压：相反 金属塑性加工原理与技术(3) 根据挤压力的传输介质 油压 水压 (4) 根据材料的受力情况 普通挤压 静液挤压 金属塑性加工原理与技术Conform 挤压有效磨擦挤压 金属塑性加工原理与技术(1) 优点 (1) 强烈的三向压应力状态； (2) 断面形状复杂； (3) 灵活性，多品种、多规格； (4) 尺寸精度、表面质量好于热轧； (5) 易实现生产过程的自动化和封闭化2) 缺点 (1) 废料损失大 10-15%； (2) 加工速度低；(摩擦大，温度升高，易产生废品) (3) 长度与断面上组织和性能不均匀； (4) 工具消耗大 3. 挤压的优点与缺点 金属塑性加工原理与技术二、挤压的品种二、挤压的品种1. 1. 棒材棒材(圆棒)(方棒)(六角棒) 金属塑性加工原理与技术(铝管)2. 管材(防锈铝管)(散热器管)(方管)(方管)(方管) 金属塑性加工原理与技术 (开瓶器型材) (铝管型材) (铝型材) (铝型材) (型管)3. 型材 金属塑性加工原理与技术加热→挤压→矫直1. 加热的方式 (1) 燃气加热 (2) 电阻炉加热 (3) 感应加热三、三、 挤压工艺流程挤压工艺流程 金属塑性加工原理与技术(1) 辊式矫直(2) 拉伸矫直 2. 矫直 金属塑性加工原理与技术第二节第二节 挤压时金属的变形规律挤压时金属的变形规律坐标网格法-挤压 金属塑性加工原理与技术(1) 填充挤压阶段：即开始挤压阶段，金属充满挤压筒和模孔，挤压力急剧上升；(2) 基本挤压阶段：即稳定挤压阶段，挤压力随锭坯长度缩短、表面摩擦力总量减小；(3) 终了挤压阶段：即紊流挤压阶段，工具对金属的冷却，强烈的摩擦，使挤压力上升。
第二节第二节 挤压时金属的变形规律挤压时金属的变形规律一、一、 正向挤压的变形特点正向挤压的变形特点 1. 按流动特征与挤压力的变化规律分成三个阶段 金属塑性加工原理与技术(1) 填充挤压阶段①. 填充系数 λc λc= F0/FpF0：挤压筒内孔横截面积 Fp：锭坯的横截面积② 镦粗2. 正向挤压的变形特点封闭空间压力高→气泡、起皮措施：控制长径比 3~4； 梯温挤压（前高后低） 金属塑性加工原理与技术① 挤压比 λ= F0/∑F1 制品的断面积为F1② 变形区内的应力与变形状态(2) 基本挤压阶段 σr≈σθ |σr |>|σθ|(由中心到边部) ③ 主应力分布的不均匀性轴向 ： |变形区入口|>|变形区出口| |变形区边部|>|变形区中心|径向 ： |变形区入口|>|变形区出口| |变形区边部|>|变形区中心| 金属塑性加工原理与技术作用力、应力、应变分布 金属塑性加工原理与技术柱坐标应力 金属塑性加工原理与技术球坐标应力 金属塑性加工原理与技术用网格法研究的结果 金属塑性加工原理与技术基本挤压阶段金属流动分析流动不均匀是绝对的•外摩擦•温度场----抗力不同•模孔几何形状和模孔位置----复杂化附加应力径向: 中心压\表层拉轴向: 入口向出口增大 ----周期性表面裂纹 金属塑性加工原理与技术A 变形区（压缩锥） 纵向线在进出压缩锥时，发生方向相反的两次弯曲，其弯曲的角度由外层向内逐渐减小，挤压中心线上的纵向线不发生弯曲。
当金属进入压缩锥后，径向和周向承受压缩变形，轴向延伸变形 金属塑性加工原理与技术B 横向线弯曲中心超前，越接近出口面其弯曲越大 (中心金属流速>边部) a. 边部非矩形，中部近矩形 b. 边部剪切变形>中心剪切变形 c. 边部总延伸>中部总延伸 (或外层金属的主延伸变形>内层) d. 纵向上总延伸：前端<后端 e. 纵向上边部延伸：前端>后端 金属塑性加工原理与技术D 剧烈剪切带：处于快速流动区与死区之间 E 头部未变形区：棒材前端C 存在两个难变形区前死区，后死区一般指前死区，用高度来衡量(hs)死区的作用：对提高制品表面质量有利 死区的顶部能阻碍锭坯表面的杂质与缺陷进入变形区压缩锥 金属塑性加工原理与技术中心缩尾 环形缩尾 皮下缩尾(3) 挤压终了阶段① 死区引起的缩尾中心流动快,体积供应不足,边部金属向中部转移,形成挤压缩尾中心缩尾：后死区小(氧化皮等缺陷带入中心，彼此不能焊合)环形缩尾：后死区大 (挤压垫和挤压筒交界角落处金属沿后端 难变形区流向中间层)皮下缩尾： 剧烈剪切带与死区发生断裂或形成滞流区，死区金属参与流动。
金属塑性加工原理与技术a. 用适当的工艺，确保流动均匀，减少锭尾径向流动；b. 进行不完全挤压(可能出现缩尾时，中止挤压，存在压余，约为锭坯直径的10~30%)；c. 脱皮挤压；d. 车皮挤压；e. 改善铸锭表面质量f. 锭接锭挤压 ② 克服缩尾的措施 金属塑性加工原理与技术与正向挤压比较而言，主要是摩擦状况不同，导致变形区不同死区分布不同1.网格变化情况 在变形锥内横线与挤压筒壁垂直，在进入模孔后才发生剧烈弯曲，纵线在进入塑性变形区时的弯曲程度要较正挤压时大的多二、反向挤压的变形特点正挤压反挤压 金属塑性加工原理与技术2. 受力情况三向等压应力状态：未挤部分与筒壁间无摩擦，也不参与变形3. 延伸系数沿轴向的分布 反挤压制品沿长度方向上的变形是均匀的，性能也比较均匀 a— λ=10，棒材Φ40mm； b—λ=4.0，棒材Φ62mm 1—反挤压； 2—正挤压4. 死区、缩尾情况(1)前死区小，在后期也出现皮下缩尾，无后死区；(2) 同时，前死区小，难以对表面杂质和缺陷起阻碍作用，是不利的，对铸锭质量有较高的要求 金属塑性加工原理与技术1. 摩擦的影响(1) 铸锭与挤压筒间的摩擦作用 f大，死区hs大，流动不均匀，外层向中心流动形成挤压缩尾。
2) 模具工作带的摩擦控制 工作带的长度不同，各部分金属流动速度也不同3) 挤管材时穿孔针与铸锭间的摩擦的作用 中心受摩擦力和冷却作用，流动速度降低，流动均匀，缩尾短三、影响金属流动的因素 金属塑性加工原理与技术2. 工具与铸锭温度的影响(1) 铸锭横断面上温度不均匀 a. 工具的冷却作用： b. 材料本身的导热性： (2) 材料相变的影响 单相好于双相或多相(3) 材料的温度变化会改变摩擦条件 磷脱氧铜，在650-900℃，表面氧化膜的效果较好 金属塑性加工原理与技术3. 材料强度的影响 强度高的金属比强度低的金属流动均匀，同一金属，低温时流动比高温好 金属塑性加工原理与技术定径带锥角： 出现非接触变形组合模：中心阻碍作用，金属流动均匀，缩尾减小多孔模：改善几何对称 4. 工具的结构与形状(1) 挤压模 模角： α大，均匀差 金属塑性加工原理与技术挤压制品“细颈”现象•挤压变形过程中,金属由变形区进入工作带时,发生非接触变形,出现制品横断面尺寸小于模孔尺寸的现象.挤压比和挤压速度大, 工作带短, 易出现导致制品外形不规整,尺寸小合理挤压工艺, 工作带长度控制 金属塑性加工原理与技术5. 变形程度的影响 一般要求λ≥10， λ≥10，λ大，变形均匀性好 λ<10，λ小，变形均匀性差 (2) 挤压筒根据制品形状设计筒的形状。
3) 挤压垫凹面垫可稍微增加金属流动的均匀性 金属塑性加工原理与技术2. 实验验证 改变摩擦条件正反挤压四、挤压时的典型流动类型1.材料挤压时的流动模式，用网格法研究时有四类S：变形区与死区均很小，反挤压A：变形区与死区比S稍大，金属流动均匀, 不产生中心与环形缩尾 B：变形区已扩展到整个铸锭体积，但在基本挤压阶段未发生边部材料向中心流动，缩尾在后部出现C：几乎不沿筒壁流动，边部流入中部，可出现多种情况的缩尾 金属塑性加工原理与技术一、 挤压制品的组织二、挤压制品的力学性能三、挤压制品的质量控制第三节第三节 挤压制品的组织性能及质量控制挤压制品的组织性能及质量控制 金属塑性加工原理与技术原理 变形 ，再结晶(温度) ，相变 温度， 摩擦，速度，导热性 金属塑性加工原理与技术1. 挤压制品的组织不均匀性1） 变形不均匀变成程度不均匀 外层大于内层 → 中心晶粒粗大，外层细小 尾部大于头部 → 头部晶粒粗大，尾部细小头部铸造组织尾部摩擦时间长，附加剪切变形强烈，外层金属剪切变形高于前端，并向铸锭中心深入 → 后端出现全断面细晶一、 挤压制品的组织 金属塑性加工原理与技术2） 温度不均匀随挤压速度变化，挤压温度发生变化a)挤压速度慢，后端冷却（如重有色金属—锡磷青铜）后端再结晶不完全，甚至纤维组织，细小前端再结晶，长大，粗b)挤压速度快，后端升温，后端粗(如纯铝、软铝合金) 金属塑性加工原理与技术3) 相变造成组织不均如HPb59-1高于720 ℃, 单相β， 组织均匀，冷却时α从β中析出， 均匀析出低于720 ℃, 双相α+β， α挤压成长条状组织 带状组织：第二相的析出 (在相变温度发生变形)常温下 ， β 的塑性低于α，带状组织，室温变形时α、β相间流动不均，产生附加应力，易产生裂纹。
金属塑性加工原理与技术定义：合金在热变形后的热处理中，形成异常大的晶粒，其晶粒尺寸比原始晶粒尺寸大10-100倍粗晶环：在淬火后形成的出现在制品周边上的粗晶区2. 挤压制品的粗大晶粒 金属塑性加工原理与技术 A. 单孔模挤出的棒： 几乎整个周边 B. 多孔模挤出的棒： 月牙形(出现在局部周边上) C. 型材： 角部或转角区 D. 轴向： 粗晶环厚度头薄尾重 E：径向：摩擦阻力大，靠近挤压筒部分环粗粗晶环的分布规律 金属塑性加工原理与技术A：在变形的剧烈剪切带B：变形大-晶粒破-晶格扭C：再结晶温度比其它部位相对要低，易二次长大A B粗晶环的形成机理 金属塑性加工原理与技术热处理可强化铝合金粗大晶粒问题突出 第二相对再结晶起阻碍作用，实现的办法是淬火+时效 在淬火时，挤压时析出的部分弥散质点重新溶入固溶体内，降低了再结晶温度，同时由于温度较高，变形的部分易发生二次再结晶 金属塑性加工原理与技术A：合金元素： 不均匀分布，在低含量的区域，晶核少，长得快铝合金不含或含少量过渡元素，不形成粗晶环少量过渡族元素（如铝合金中含0.2-0.6%Mn）---形成第二相不均匀析出----再结晶形核、长大不均匀----粗晶环大量过渡族元素---再结晶温度提高，同等淬火温度不出现粗晶。
提高淬火温度，出现粗晶环.粗大晶粒的影响因素 金属塑性加工原理与技术B：铸锭均匀化：470~510℃ LD：Mg2Si 溶入基体 LY：MnAl6析出，降低了对再结晶的阻碍作用，使再结温度降低，不含锰铝合金其均化对粗晶环影响较小 金属塑性加工原理与技术C：挤压温度： 单相区变形，防止MnAl6析出 金属塑性加工原理与技术应力状态影响第二相的扩散速度，压应力大， 扩散速度低挤压时变形与附加应力分布如图) D：应力状态 金属塑性加工原理与技术折断后，制品断口呈现出与木质类似的形貌，分层的断口凹凸不平并带有裂纹，分层的界面近似于平行于轴线，后续加工也无法消除力学性能降低30%3. 层状组织 金属塑性加工原理与技术A： 铸造组织不均匀： 气孔、缩孔 ，晶界上分布的第 二相质点或杂质 B： 变形状态 ：二压一拉，成片状形成机理 金属塑性加工原理与技术铝青铜、铅黄铜易出现（收缩大、气孔多）防止方法：改善铸锭组织 杂质、气孔、柱状晶、偏析 金属塑性加工原理与技术纵向：内部组织呈现具有取向性的纤维组织，对提高纵向力学性能有作用；横向：横向力学性能低于纵向力学性能；整体：粗晶环、挤压效应二、 挤压制品的力学性能 金属塑性加工原理与技术变形和组织不均，造成性能不均变形大-----加工硬化大晶粒细-----细晶强化一般未热处理实心棒材内层、前端 强度低 延伸大外层、后端 强度高 延伸小软铝相反， 挤压热，后端晶粒粗 金属塑性加工原理与技术•挤压比大， 性能基本一致， λ>10•变形不均匀•再结晶不均匀•相不均匀 金属塑性加工原理与技术纤维组织•挤压时，主应变为延伸，晶粒纵向延伸，晶界间的金属间化合物、杂质、缺陷等也沿挤压方向排列，呈现取向性纤维组织。
导致各向异性•粗晶环也沿挤压方向延展 金属塑性加工原理与技术挤压制品在淬火时效后，与其它加工方法相比，纵向上抗拉强度提高而延伸降低的现象一次挤压最严重，二次挤压削弱挤压效应 金属塑性加工原理与技术(1) 挤压效应的原因 ： A：变形织构： 铝是[111]晶向的线织构，抗拉强度最高 B：未发生再结晶：Mn、Ti、Cr、Zr等能形成第二相质 点阻碍再结晶，同时降低了铝的自扩散系数2) 控制措施（促进形成）：防止再结晶发生 A：控制成份：Mn 0.3-0.6 %为界 B：控制温度： C：变形的程度：不含锰或含量较小，增加变形程度使LY12挤压效应降低 金属塑性加工原理与技术1. 断面与形状 (1)变形不均匀，产生拉薄、扩口、并口等；(可更改模孔设计、修模) (2)工作带过短，挤压速度和挤压比过大：非接触变形，使形状与尺寸不符； (3)模孔变形：使形状和尺寸不符； (4)工、模具不对中或变形：使管材偏心2. 纵向形状 (1)弯曲：模孔设计不当与磨损，出模时单边受阻，流动不均匀 (2)扭拧：模孔设计及工艺控制不当，流动不均匀，轻时可矫直，重时废料。
三、挤压制品的质量控制 金属塑性加工原理与技术(2) 气泡与起皮(3) 异物压入与起皮(4) 划伤与擦伤(5) 焊缝质量(1) 裂纹：横向周期性裂纹，与合金种类、应力状态、挤压温度及速度有关3. 表面质量 金属塑性加工原理与技术2. 速度：强制冷却，降低挤压温度+提高速度 3. 程度：随变形程度增加，组织与性能趋于均匀1. 温度四、挤压工艺参数的控制四、挤压工艺参数的控制 金属塑性加工原理与技术2. 变形程度 随变形程度增大，挤压力升高 第四节第四节 挤压力的计算挤压力的计算一、挤压工艺对挤压力的影响一、挤压工艺对挤压力的影响1. 挤压温度与变形抗力 挤压力与变形抗力成正比，随温度升高，变形抗力下降 金属塑性加工原理与技术4. 摩擦 摩擦力是挤压力的一部分，摩擦系数较小时所消耗的挤压力较小3. 挤压速度速度高时：开始段突破压力大；随后温度升高，挤压力降低速度低时：金属冷却，抗力升高，挤压力直线上升，高过突破压力 金属塑性加工原理与技术5. 挤压模角 6. 锭坯长度 锭坯越长，挤压力越大存在挤压力最小的模角 金属塑性加工原理与技术7. 制品的形状8. 挤压方法 相同条件下：反挤压力=70-80%正挤压力复杂度系数： 断面周长/等断面积的圆周长 金属塑性加工原理与技术1. 计算公式的理论背景 利用解析法和工程法的理论公式计算挤压力比较方便，对推导求解方法的归纳，可以分为以下四组： (1) 借助于塑性方程求解应力平衡微分方程，得到计算公式； (2) 利用滑移线法求解平衡微分方程，得到计算公式； (3) 根据最小功原理和采用变分法建立计算公式； (4) 经验公式或简化公式。
本节介绍1.皮尔林公式 二、挤压力的计算二、挤压力的计算 金属塑性加工原理与技术第三章 拉拔 第一节 拉拔的方法、品种第二节 拉拔时的应力与变形第三节 拉拔力第四节 特殊的拉拔方法 金属塑性加工原理与技术第一节 拉拔的方法、品种1.1 拉拔的概念定义：在外力作用下，使坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的加工方法 金属塑性加工原理与技术一、实心材拉拔 棒、型、线二、空心材拉拔1.品种：管材，空心异型材2.方法：A：空拉：管坯内不放芯头B：长芯杆拉拔：将管坯自由地套在表面抛光的长芯杆上，芯杆与管坯一齐拉过模孔C：固定短芯头拉拔：将芯头与芯杆固定，管坯通过模孔实现减径与减壁；1.2 拉拔的分类 金属塑性加工原理与技术D：游动芯头拉拔： 芯头靠本身的外形建立起力平衡而稳定在模孔中；E：顶管法(艾尔哈特法)： 芯杆套在带底的管坯中，管坯连同芯杆一起由模孔中顶出；F：扩径法： 芯头大于管坯内径，使管坯直径扩大，管壁与长度减小 金属塑性加工原理与技术 一、优点： 1. 尺寸精确，表面光洁； 2. 工具、设备简单； 3. 连续高速生产断面小的长制品 二、缺点： 1. 道次变形量与两次退火间的总变形量有限； 2. 长度受限制。
三、拉拔的温度温拔：钢、铍、钨、钼、镁、锌冷拔：钢、铝1.3 拉拔的优缺点 金属塑性加工原理与技术一、拉拔设备的自动化、连续化、高速化；二、扩大品种、规格，提高精度，减少缺陷；三、提高工具的寿命；四、新的润滑剂；五、发展新技术与新理论 1.4 拉拔的发展趋势 金属塑性加工原理与技术一、主应力与主应变 拉拔时的受力与变形状态 第二节 拉拔时的应力与变形2.1 圆棒拉拔时的应力与变形 金属塑性加工原理与技术网格法研究圆棒拉拔的结果 二、流动特点分析 金属塑性加工原理与技术B：周边上的正方形格子变成了平形四边形，倾斜的角度由入口向出口递减在力N与T的作用下产生了剪切变形 1.纵向上网格的变化A：轴线上的正方形格子变成矩形径向，周向压缩，轴向延伸 金属塑性加工原理与技术C：延伸变形的变化规律 εa = ln(Ra/ R0) εn = ln(Rn/ R0) εb = ln(Rb/ R0) εa <εn <εb 金属塑性加工原理与技术A：由直线变成了凸向拉拔方向的弧线； 中部比边部流得快B：同一横线上边部网格倾斜的角度比中心的大； 边部的剪切变形比中部大。
2.横向上网格的变化 金属塑性加工原理与技术 模子锥面与两个球面所围成的区域，球面的位置是变化的，在塑性区的前后是弹性变形区，1区必然存在(总是先有弹性变形后有塑性变形)，3区可以观察到回弹 三、变形区 金属塑性加工原理与技术1.沿轴向的分布规律 A：σl 入口<出口 B：︱σr ︱入口>出口 C：分析：塑性方程 σl -(-σr) = Kzh σl +σr = Kzh D：实际现象 (1)道次加工率大时，出口处模子的磨损比加工率小时要轻； (2)模子入口外磨损比较快四、变形区内的应力分布(实验结果) 金属塑性加工原理与技术径向应力总是减小表面，离中心越远，所需的力越大A：σl 表面<中心 B：-σr 表面>中心 C：分析：塑性方程 σl -σr = Kzh D：实际现象： 棒材内部的中心裂纹 2.沿径向的分布规律 金属塑性加工原理与技术一、空拉1.主应力与主应变 A：主应力：二压一拉 B：主应变：两压一延，一压两延，一压一延。
2.变形区内的应力分布 A：轴向上的分布 与拉棒时相似 B：径向上的分布 2.2 管材拉拔时的应力与变形 金属塑性加工原理与技术σl： 外表面 = 内表面-σr： 外表面 > 内表面=0-σθ： 外表面 < 内表面塑性方程为：σl -σθ=Kzh 金属塑性加工原理与技术A：径向上的壁厚变化： 取决于应力偏张量的大小，可以有三种情形3.变形特点壁厚增加壁厚不变壁厚减小 金属塑性加工原理与技术此时要考虑 σl的变化 B：轴向上的壁厚变化 金属塑性加工原理与技术 4.影响空拉时壁厚变化的因素σl的变化对应力相对大小有很大的影响，影响σl的因素都会影响壁厚，用相对拉拔应力 来衡量 金属塑性加工原理与技术 A：相对壁厚(相对拉拔应力=0.3~0.8) S0/ D0< 0.17 ~ 0.2 只出现增厚 S0/ D0 >0.17 ~ 0.2 只出现减薄 S0/ D0 = 0.17 ~ 0.2 可出现增厚或减薄 B：材质与状态 金属越硬，增厚的趋势越弱 C：道次加工率与加工道次 道次加工率加大，增壁幅度减小，减壁幅度增大 增壁： 多道 > 单道 减壁： 多道 < 单道 D：润滑条件、模子参数、拉拔速度 使相对拉拔应力增大的，导致增壁量减小，减壁量加大 金属塑性加工原理与技术5.空拉纠偏 A. 含义：能起到自动纠正管坯偏心的作用，且道次越多，效果越好。
B. 原因： (1)假定同一圆周上径向应力σr： 均匀分布； (2)不同壁厚处的周向压应力︱σθ ︱ ： 厚处 < 薄处 根据： σl+ ︱ σθ ︱ =Kzh ，薄处先变形，一压二延 (3)薄处先变形后的附加应力情况为： 薄处在轴向上受压，厚处在轴向上受拉 (4)考虑附加应力后的变形情况： 薄处：轴向延伸减小，径向增加，变厚 厚处：开始变形，二压一延，轴向延伸，变薄 金属塑性加工原理与技术1.变形区内的应力分布特点 A：内表面摩擦，增加σl，拉拔力增大 B：内壁σr不为0，内外表面径向应力差值小，变形均匀 2.变形特点 A：在空拉段：同管材空拉 B：在减壁段：同棒材拉拔 C：在定径段：弹性变形. 二、固定短芯头拉拔 金属塑性加工原理与技术3. 缺点•不能拉长管•道次加工量相对于空拉\棒拉小•芯杆自重弯曲,影响正确定位•芯杆弹性变形.出现”竹节” 金属塑性加工原理与技术1.变形区内的应力分布特点 A：内表面摩擦，减小σl，与固定短芯头拉拔相比拉拔力减小； B：可采用大的延伸系数 2.变形特点 与固定短芯头拉拔相似 三、长芯杆拉拔 金属塑性加工原理与技术1.变形区内的力分布特点(芯头的稳定) A：水平方向的力平衡： N1sina1- T1cosa1= T2 B：库仑摩擦定律：T= N f C：稳定的条件：N1(sina1 - fcosa1) = T2>0 必须 sina1 - fcosa1>0 即a1>tg-1f=β 另外, α1≤ α α1-芯头锥角 β-摩擦角 f -摩擦系数 α-拉模模角四、游动芯头拉拔 金属塑性加工原理与技术 A：第一次空拉区，变厚 B：减径区，变薄，整体厚度不变 C：第二次空拉区 D：减壁区，变薄 E：定径区 2.变形特点 金属塑性加工原理与技术 主应力：σl、σr为压， σθ为拉 主应变：εl、εr为压， εθ为拉 五、扩径1. 主应力与主变形 A：压入扩径： 金属塑性加工原理与技术 主应力： σr为压， σθ、σl为拉 主应变：εl、εr为压，εθ为拉 3.变形特点 直径扩大，长度变短，壁厚减薄 B：拉拔扩径 金属塑性加工原理与技术一、拉拔棒材中的残余应力 1.棒材整个断面都发生塑性变形第三节 拉制品中的残余应力拉拔的方法、品种 金属塑性加工原理与技术2.仅在表面发生塑性变形3.变形未进入到中心层 ？？ 金属塑性加工原理与技术2.衬拉管材二、拉拔管材中的残余应力 1.空拉管材 金属塑性加工原理与技术1.减少不均匀变形 摩擦，模角，退火间总加工率，道次加工率，减少空拉次数。
2.矫直 辊式矫直 三、残余应力的消除 金属塑性加工原理与技术张力矫直：二次拉拔 3.退火 金属塑性加工原理与技术1-铝， 2-铜， 3-青铜， 4-H70， 5-B20第三节 拉拔力3.1 3.1 各种因素对拉拔力的影响各种因素对拉拔力的影响一、抗拉强度 2.02mm-1.64mm 各种金属的拉拔力图 金属塑性加工原理与技术黄铜拉拔时断面收缩率与拉拔力的关系(不同的模角时) 二、变形程度 金属塑性加工原理与技术1.在某一断面收缩率下有一个最小模角；2.断面收缩率不同，模角不同 三、模角 金属塑性加工原理与技术五、润滑四、拉拔速度1. 5m/min 以下时，速度增加，力增加；2. 6~50m/min 以上时，速度增加，力减小1.润滑越好，拉拔力越小； 2.改善润滑的措施： A：流体动力润滑 B：双模流体静力润滑 金属塑性加工原理与技术1.振动的声波： A：超声波 B：声波2.振动的方式： A：轴向 B：周向 C：径向 六、振动 金属塑性加工原理与技术A：高频振动，降低拉拔力；晶格缺陷区吸收了振动能，提高位错势能，降低位错移动的剪切应力。
B：在低频和高频振动下，降低拉拔力；模子和金属接触面周期性地脱开而使摩擦力降低C：振动模接触表面对金属的周期性打击作用；D：拉拔速度的提高，振动效果降低.振动的振幅变小3.振动的效果 金属塑性加工原理与技术A：力的平衡： Pq = Mq + QB：临界反拉力：反拉力在一定的范围内并不影响拉拔力，当超过某一个临界值后，开始使拉拔力增大，这一临界值称为临界反拉力七、反拉力1. 拉拔时力的平衡 金属塑性加工原理与技术 C：反拉力的影响因素： (1) 拉拔前的预变形程度； (2) 材料的弹性极限 2.反拉力对拉拔力的影响 A：在 Qc 以下：不影响拉拔力，模座反力减小； B：在 Qc 以上：使拉拔力增加，模座反力增大 3.反拉力的作用 减小入口处对模子的压力，从而减小入口处的磨损 金属塑性加工原理与技术3.3 管材拉拔力的理论计算管材拉拔力的理论计算一、空拉管材的拉拔应力 1. 平衡微分方程： A： 轴向上的平衡微分方程： B： 径向上的平衡微分方程： 2. 塑性条件： 金属塑性加工原理与技术 3. 边界条件： D = D0 σlx = 0 D = D1 σlx =σLb 4.结果： σLb： b截面上的拉拔应力 σs：平均变形抗力 B = f/tanα λ： 延伸系数 金属塑性加工原理与技术5. 考虑定径区摩擦的结果： f — 摩擦系数 ld — 定径区长度 Db — 模子定径区直径 S0 — 坯料厚度 金属塑性加工原理与技术二、固定短芯头拉拔管材的拉拔应力 分成三段来考虑： 空拉段，减壁段，定径段 1. 空拉段按空拉管材计算： 在b截面上的拉应力 σLb 为： σLb： 拉拔应力 σs：平均变形抗力 B = f/tanα λab： ab段的延伸系数 金属塑性加工原理与技术 2. 减壁段的拉拔力计算： A： 轴向上的平衡微分方程： B： 塑性条件： C： 边界条件： D = Db σx =σLb , D = D1 σx =σLc D：结果： σLc： C截面上的拉拔应力 σs：平均变形抗力 B = f/tanα 金属塑性加工原理与技术 σbc： bc段的延伸系数 3. 考虑定径区摩擦的结果： f — 摩擦系数 ld — 定径区长度 Db — 模子定径区直径 S1 — 该道次拉拔后制品的厚度 金属塑性加工原理与技术三、游动芯头拉拔管材的拉拔应力 分成三段平考虑： 空拉段，减壁段，定径段 1. 空拉段按空拉管材计算： 在b截面上的拉应力σLb 为： σLb： 拉拔应力 σs：平均变形抗力 B = f/tanα λab： ab段的延伸系数 金属塑性加工原理与技术 2. 减壁段的拉拔力计算： 内、外表面法向力的水平分量方向相反，芯头会前后移动，按前极限位置来计算： A： 轴向上的平衡微分方程： B： 塑性条件： C： 边界条件： D = Db σx =σLb D = D1 σx =σLc 金属塑性加工原理与技术D：结果： σLc： C截面上的拉拔应力 σs：平均变形抗力 B = f/tanα σbc： bc段的延伸系数 α2： 芯头锥角 α1： 模角 3. 考虑定径区摩擦的结果： 金属塑性加工原理与技术 f — 摩擦系数 ld — 定径区长度 Db — 模子定径区直径 S1 — 该道次拉拔后制品的厚度 3.4 管材拉拔力的理论计算实例管材拉拔力的理论计算实例退火的Φ30×2.0mm 的H62黄铜管，用固定短芯头拉到Φ27.2×1.6mm，模角为12度，定径带长2.0mm，f=0.12，求拉拔力。
一、确定几何参数： D0=30 d0=26 S0=2.0 D1=27.2 d1=24 S1=1.6 D2=d1+2S1=28 d2=d1=24 S2=2.0 金属塑性加工原理与技术二、计算各段的延伸系数 λab = λbc= 三、计算参数 B = A = c2 = 四、各段上的拉拔应力系数 σLb/σs = σLc/σs = 金属塑性加工原理与技术五、计算该道次的平均硬化程度 Aε= (ε1 +ε2)/2 按Aε查硬化曲线，查出σs 六.拉拔应力 σL = 七.拉拔力 P=σL ρ(D1-S1)S1 如果用芯头锥角为15度的游动芯头，再求拉拔力 有能力者请提交计算机处理程序 金属塑性加工原理与技术五、计算该道次的平均硬化程度 Aε= (ε1 +ε2)/2 按Aε查硬化曲线，查出σs 六.拉拔应力 σL = 七.拉拔力 P=σL ρ(D1-S1)S1 如果用芯头锥角为15度的游动芯头，再求拉拔力。
有能力者请提交计算机处理程序 金属塑性加工原理与技术第四节第四节 拉拔设备与工具拉拔设备与工具•拉拔设备 管棒材拉拔机 拉线机•拉拔工具 模子 芯头 金属塑性加工原理与技术4.1 管棒材拉拔机•链式拉拔机 1.结构、操作简单2.易实现多品种 金属塑性加工原理与技术4.1 管棒材拉拔机•圆盘拉拔机 1.生产效率高2.用游动芯头，可拉拔长管 金属塑性加工原理与技术4.2 拉线机•单模拉线机•多模连续拉线机 滑动式多模连续拉线机 金属塑性加工原理与技术4.2 拉线机•单模拉线机•多模连续拉线机 储线式无滑动连续拉线机 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模一、普通拉模1. 模子的结构与尺寸 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模一、普通拉模1. 模子的结构与尺寸 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模一、普通拉模2. 拉模材料 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模一、普通拉模2. 拉模材料 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模二、辊式拉模 金属塑性加工原理与技术4.3 拉拔模三、旋转模 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头一、固定短芯头 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头一、固定短芯头 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头一、固定短芯头 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头二、游动芯头 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头二、游动芯头 金属塑性加工原理与技术4.4 芯头三、芯头材料钢： 35# T8A 30CrMnSi 表面镀Cr硬质合金： YG15 金属塑性加工原理与技术第五节第五节 拉拔工艺拉拔工艺•拉拔配模•润滑•拉拔制品的缺陷•特殊拉拔方法 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模• 定义根据成品的要求，有时包括坯料的尺寸，确定拉拔道次及各道次所需模孔形状、尺寸的工作， 也称拉拔道次设计 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模一、实现拉拔过程的必要条件 σL<σs安全系数: K=σb/σL 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模二、 拉拔配模的内容1.坯料尺寸的确定2.中间退火次数的确定3.道次延伸系数的分配4.计算拉拔力及校核各道次的安全系数 金属塑性加工原理与技术坯料尺寸的确定①圆形制品②异型管材③实心型材 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模三、 配模设计1.圆棒拉拔配模2.型材拉拔配模3.圆管拉拔配模4.异型管材拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.1 拉拔配模 金属塑性加工原理与技术5.2 拉拔润滑有色金属润滑P 244 表13-19 金属塑性加工原理与技术5.3 拉拔制品的主要缺陷1. 棒材中心裂纹 金属塑性加工原理与技术5.3 拉拔制品的主要缺陷1. 棒材表面裂纹 金属塑性加工原理与技术5.4 特殊的拉拔方法特殊的拉拔方法 1. 无模拉拔无模拉拔一、定义： 将坯料的局部快速加热，拉拔时只有加热的部分发生变形，使材料直径均匀减小的加工方法。
二、断面收缩率 F1以V2的速度移入加热区(变形区)，F2以V1的速度移出变形区，根据秒体积不变有： j= V1/(V1+V2) 三、用途 1. 难加工材 2. 变断面棒材 金属塑性加工原理与技术无模拉拔 金属塑性加工原理与技术2. 集束拉拔集束拉拔一、定义： 将两根以上断面为圆形或异形的坯料同时通过圆的或异形的模子进行拉拔，以获得特殊形状的异形材的一种加工方法. 二、用途 生产超细丝 金属塑性加工原理与技术集束拉拔集束拉拔 金属塑性加工原理与技术3. 玻璃膜金属液抽丝玻璃膜金属液抽丝 一、定义： 将一定量的金属放入玻璃管内，用高频感应线圈将金属熔化，同时玻璃软化，然后利用玻璃的可抽丝性，将它从下方引出，冷却得到附有玻璃膜的超细金属丝二、用途 生产玻璃膜金属丝 金属塑性加工原理与技术玻璃膜金属液抽丝玻璃膜金属液抽丝 金属塑性加工原理与技术一、定义： 将线坯放入高压容器中，并施以比纯挤压时低的压力，材出模端施以拉拔力进行静液挤压拉伸的一种加工方法 二、用途 生产超细金属丝4. 静液挤压拉丝静液挤压拉丝 金属塑性加工原理与技术静液挤压拉丝静液挤压拉丝 金属塑性加工原理与技术第四章第四章 型材和管材的孔型轧制型材和管材的孔型轧制第一节第一节 型材的孔型轧制型材的孔型轧制第二节第二节 管材的孔型轧制管材的孔型轧制 金属塑性加工原理与技术第四章第四章 孔型轧制孔型轧制第一节第一节 型材的孔型轧制型材的孔型轧制 1.1 定义轧槽：轧辊所带有的不同形状的沟槽。
孔型：两个或三个轧辊相对应的轧槽和辊缝所组成的空间 孔型的要素：高度、宽度、辊缝、侧壁和圆角孔型轧制：轧件受转动轧辊的拖动，进入并通过孔型，受到轧槽的轧制，轧出符合孔型形状的断面形状和尺寸的制品 金属塑性加工原理与技术闭口孔型 开口孔型 1. 开口孔型：生产线杆 2. 闭口孔型：生产槽钢开口孔型和闭口孔型 金属塑性加工原理与技术1.2 线杆的孔型轧制一、孔型与孔型要素1、轧槽与孔型 金属塑性加工原理与技术2、孔型形状 金属塑性加工原理与技术3、宽展、满充 金属塑性加工原理与技术4、辊缝、孔型圆角、侧壁斜度 金属塑性加工原理与技术5、轧辊直径与轧辊工作直径辊环直径、槽底直径平均直径V=(1+S) × π × D工作× n /60 ×1000 金属塑性加工原理与技术6、孔型系 金属塑性加工原理与技术 金属塑性加工原理与技术7、轧槽深度、无槽轧制 金属塑性加工原理与技术二、孔型参数 金属塑性加工原理与技术二、孔型参数 金属塑性加工原理与技术二、孔型参数 金属塑性加工原理与技术三、轧制原理1、与平辊轧制相比：压下量沿轧件宽向不相同，轧件的宽高比小，宽展问题突出变形量用轧制前后的截面积计算 金属塑性加工原理与技术三、轧制原理2、宽展 金属塑性加工原理与技术三、轧制原理3、接触弧长与接触面积 金属塑性加工原理与技术三、轧制原理4、咬入问题5、轧制速度与轧辊速度 金属塑性加工原理与技术四、回线式轧制1. 三棍和高低机架 金属塑性加工原理与技术四、回线式轧制2. 250线材轧机 金属塑性加工原理与技术四、回线式轧制3. 轧制作业图 金属塑性加工原理与技术五、连轧----串列式 金属塑性加工原理与技术五、连轧----串列式 金属塑性加工原理与技术一、万能轧机： 是有一对水平轧辊和一对立轧辊的组合式轧机，除用于轧制宽腿工字钢外，还可轧制钢轨、槽钢等。
二、优点(与孔型轧制相比)： 1. 可以轧制两腿平行的产品，只要调整同一轧辊的 辊缝，即可得到不同规格的产品 2. 由于其对称性，可以采用较大的压下量，使其在 腿部展宽，压缩效果、表面 质量、性能等方面较好 3. 轧辊磨损小 4. 易于自动化 1.3 万能轧制法 金属塑性加工原理与技术1. H 型钢的特点： 截面模数大，重量轻便于拼装节约焊接约25% (与普通工字钢相比) 应用于大型桥梁，高层建筑， 重型设备，高速公路 2. 轧制：三、型钢的孔型轧制 金属塑性加工原理与技术2.1 热轧穿孔热轧穿孔一、斜轧穿孔 对称性好，壁厚均匀，由实心坯成毛管 一般用锻、轧坯 1. 13度二辊斜轧穿孔 2. 18度二辊斜轧穿孔(菌式) 第二节第二节 管材的孔型轧制管材的孔型轧制 金属塑性加工原理与技术二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用下进行三辊斜轧穿孔：在压应力作用下进行3. 三辊斜轧穿孔二辊斜轧穿孔与三辊斜轧穿孔的比较 金属塑性加工原理与技术内、外表面无刮伤，有利于钢锭中心粗大或疏松组织细化，偏心严重，生产率低，对坯料无限制。
1.压力挤孔 2.推轧穿孔 压力挤孔 推轧穿孔二、压力穿孔 金属塑性加工原理与技术1.自动轧管机生产400mm以下的管材： 两个道次的轧制，第一道变形，第二道消除壁厚偏差，总延伸系数为2.3优点：采用短芯头，调整方便缺点：延伸系数小，回送，第二道要翻90度，壁厚偏差大2.2 轧管一、轧管设备 金属塑性加工原理与技术 2. 连续轧管机 生产250-400mm以下的管材 7-9个机架，总延伸系数为6.0，采用连铸管坯 有两种形式： 早期为：浮动芯棒，现为：限动芯棒 金属塑性加工原理与技术A.阿塞尔轧管机：长芯棒三辊斜轧 长：12~14m ，最大管径270mm，壁厚偏差 6% (其它8%) D：t=3.5~20 3.高精度轧管机 金属塑性加工原理与技术壁厚偏差 3~5% D：t=30以上，但较短，现在改进后也达16m B.狄塞尔轧管机 金属塑性加工原理与技术以挤孔料为毛坯，经10~17道 生产一般钢管的特性指标为： 长：12~14m 管径21~240mm，壁厚偏差 6% (其它8%)，t=2.5~11的薄壁钢管。
优点：单位产品的设备重量轻，可用方坯 缺点：坯重轻，切头大，管径，长受限制 特殊用途：生产大直径管材：250-1500mm 4.顶管机 金属塑性加工原理与技术周期运动，延伸系数可达：15大直径厚壁管，异形管，长度可达40m5.周期式轧管机 金属塑性加工原理与技术 1.变形特点： A：纵轧的基本类型： 空心管轧制，长芯棒轧制，短芯头轧制 B：工具与工件接触面表面投影： 与侧壁先接触； 与槽底先接触 C：三个阶段 1.压下；2.减径；3.减壁二、管材纵轧变形的原理 金属塑性加工原理与技术 A：孔槽平均速度及平均直径 任一点的直径为： (a) 平均直径为： (b) 平均速度为： (c) (d) (a) 代入 (d) (e) 2.速度分析 金属塑性加工原理与技术 将 (e)代入(c)有： (f) (f)代入(b)有： Dm — 轧辊的名义直径 Y(x) — 孔型几何特点的表达式 B：机架间的动态张力系数： 描述推拉情况. 金属塑性加工原理与技术二、周期式轧管机轧制变形的原理： 1.机架的结构： A： 二辊式 金属塑性加工原理与技术 B：多辊式 金属塑性加工原理与技术A：管料送进B：进程轧制C：转动管料与芯棒D：回程轧制 2.二辊式工作过程的四个步骤 金属塑性加工原理与技术A：减径段(减径增壁)B：压下段(减壁与减径)C：预精整段(定壁)D：精整段(定径) 3.进程轧制的四段变形区 金属塑性加工原理与技术 对毛管进一步加工，确定外径。
一般经过减径与定径一、减径机 二辊或三辊式纵轧连轧机，只是连轧的是空心管体，机架数在15架以上目前有28~30机架的投产 1.微张力减径机 直径减小，壁厚增加，壁厚不均匀性也增加 2.张力减径机. 直径减小，壁厚减小，壁厚不均匀性也减小 二、定径机 与减径机构造相同，一般5~11机架.总减径率3~7%，提高外径尺寸精度 2.3 精轧 金属塑性加工原理与技术一、热轧无缝钢管流程介绍 坯料准备→加热→热定心→高压水除磷→穿孔→连轧→脱棒→再加热→高压水除磷→张力减径 二、有色金属管材生产的流程介绍 挤压管坯—拉伸 挤压管坯—冷轧管—拉伸 连铸管坯—拉伸 连铸管坯—冷轧管—拉伸 轧管设备： A：周期式轧管机(皮尔格轧管机) B：自动轧管机 C：连续轧管机2.4 管材孔型轧制应用 。