第四章-拉拔课件

江苏申阳集团挤压与拉拔培训班学习《拉拔》CAI课程主讲：尹常阜一、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。P制品模子坯料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。芯杆P制品模子坯料顶管法：将芯杆套入带底的管坯中，芯杆和管坯一起顶出模孔。在生产难熔金属、贵金属短管时采用，也适于生产大直径管材（直径300mm)。制品坯料芯头P扩径拉拔：是用小直径管坯生产大直径制品的一种方法，有压入扩径和拉拔扩径两种方法。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：LbK为安全系数，则实现拉拔的必要条件是：安全系数K1。一般取K＝1.4－2.0。P制品模子坯料LLLFPssbbL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：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（0.5－1），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。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：ABCDAB段：空拉区，主要是减径变形，壁厚一般有所增加，又称减径区。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8－12m。3游动芯头拉拔1）变形过程ABCDEFAB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，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。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ABCD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+－－－轴向径向周向中心压力拉力仅表面发生变形时：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）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1－3％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＋＋＋－000五、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，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6－9°。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。压力套管模子流速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。高压油模箱拉拔模密封模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/min时，拉拔力随速度的升高而升高；当速度在6－50m/min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。六、拉拔工具1拉拔模有普通模、辊式模和旋转模三种。1）普通模：有锥模和弧形模两种。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，因此在拉细线时采用，一般情况下均采用锥模。拉细线ⅠⅡⅢⅣA润滑带（Ⅰ）：作用是使润滑剂容易进入模孔，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（Ⅱ）：金属在此阶段进行塑性变形。C定径带（Ⅲ）：使新品获得稳定而精确形状和尺寸。其直径比制品的名义直径小。D出口带（Ⅳ）：作用是防止制品出模后被划伤。注：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。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。2）辊式模模孔由被动旋转的辊组成，特点是：a摩擦力小、能耗低、工具寿命长；b可采用较大的道次加工率；c拉拔速度高；d改变辊间距可生产变断面型材。水平辊立辊3）旋转模拉拔时模子旋转，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，因此可减小制品的椭圆度，多用于连续拉线机的成品模上。2芯头（略）七、拉拔工艺拉拔配模：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。原则：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。1拉拔配模设计的内容1）坯料尺寸的确定A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总加工率。在确定总加工率时，应考虑以下方面：a保证产品性能确定总加工率时只要避开临界变形程度即可；对硬态、半硬态产品而言，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。b保证操作顺利进行针对衬拉管材而言，因为这时既有减径量，又有减壁量，因此，衬拉时，管坯尺寸的选择应保证：减壁所需道次减径所需道次c保证产品表面质量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。因此适当增大总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。B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，拉拔到一定尺寸后进行1－2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。过渡圆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，过渡圆尺寸设计的原则是：过渡圆的外形尺寸等于或稍大于成品的外形尺寸。具体确定时，首先按周长相等原则计算，然后再加3－5％以确保棱角等部位能充满。20baD20baD)(20baD)(20baD2拉拔配模设计1）圆棒拉拔配模设计A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，确定退火次数和拉拔道次；B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；C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。2）空拉配模设计除考虑安全系数外，还要考虑过程的稳定性，一般认为，道次减径量不能超过壁厚的6倍。3）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，因此设计时要遵循“少缩多薄”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于减壁上。4）游动芯头拉拔配模设计减壁量必须有相应的减径量配合，否则会导致管坯内表面与大圆柱段接触，一般认为，芯头大、小圆柱段的直径差应大于等于减壁量的6倍，即：DdsdD65）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。r此外，要保证成型拉拔时能顺利地放入芯头。6）线材拉拔配模设计线材生产一般是多模、连续、高速拉拔，如下图所示。由放线盘放出的线首先通过第一个模子，然后在中间绞盘上绕2－4圈再进入第二个模子，依次类推，最后线材通过成品模到收线盘上。根据线的运动速度与绞盘的圆周速度的关系（相等、不相等），分带滑动和无滑动拉拔两种。放线盘模子1F2F3FnF1nFkF收线盘1v2vnvkvkunu1u2u中间绞盘vuA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，即线的运动速度与绞盘的圆周速度不相等。a建立拉拔力的条件为了对通过n模的线建立起拉拔力，n绞盘的放线端必须施以拉力，即为紧边，使线压紧在绞盘上产生压力，当绞盘转动时，线与绞盘间产生摩擦力，进而建立起。nQ1nNn1n1nP1nQnPnvnu1nv1nunPnQNnP若定义：为滑动率，则实现带滑动拉拔的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与的关系有以下三种可能情况：，此时绞盘起制动作用，导致断线；，此时为静摩擦，可建立起，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；，此时摩擦力方向朝前，过程是稳定的。因此，，即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。nunvnnvunnvunPnnvunnvunnnnuvuR0nRB无滑动拉拔配模设计拉拔过程中线与绞盘间没有滑动，有储线式和非储线式两种，前者应用广泛，如图所示。为保证线与绞盘间无滑动，绕线圈数不能少于7－12圈。中间绞盘1n1nu1nF1nv导轮导轮滑动圆盘1nv导轮nunFnvnv收线盘nkku无滑动拉拔时，任一绞盘的圆周速度与进线速度相等，即：；但进线速度与出线速度可以不等，即拉拔过程中任一绞盘上线的圈数可以改变。为保证拉拔过程连续、稳定进行，在拉拔过程中任一绞盘上线的圈数应逐渐增