金属塑性加工拉拔篇思考题

拉拔篇思考题1.拉拔有何特点？空心材拉拔的基本方法有哪些？各有什么特点（即适用范围）？答：（1）特点：A.尺寸精确。B.工具设备简单，操作回复很方便。可产生多品种、多规格制品。C.适合生产小断面长度的金属制品，实现连续生产。D.应力状态为一拉两压，不能发挥金属塑性。E.与冷轧相比，所受的应力摩擦力比较大，导致变形量小。F.中间退火，打头等辅助工序多，生产率低，成品率低。（2）空心材拉拔的基本方法：A.空拉：适用于小直径管材，异型材，盘管拉拔。B.固定芯头拉拔：适用于管材（除细、长管外）。C.流动芯头拉拔：适用于长管和盘管生产。D.长芯杆拉拔：适用于薄管、塑性较差的钨、钼管材。E.顶管法：适用于大直径管材。F.扩径拉拔：适用于设备能力受限而不能生产大直径管材生产。2.实现拉拔过程的必要条件、安全系数的意义是什么？答：（1）拉拔时一定要遵守的条件：拉拔应力σl=Pl/Fl＜σs＜σb。若＞σs，缩颈；若＜σs,拉断。K=σb/σl＞1，K=1.4-2.0。被拉金属出口的抗拉强度σb与拉拔应力σl之比称为安全系数K。实现拉拔过程的必要条件为：K＞1。（2）意义：安全系数K与被拉金属的直径、状态、以及变形条件有关。一般K在1.4-2.0之间，即σl=(0.7-0.5)σb。如果K＜1.40，则由于加工率过大，可能出现断头、拉断；K＞2，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。3．分析棒材拉拔和管材空拉的应力状态，变形状态，以及应力分布规律。答：（1）棒材拉拔：应力状态：两压（σr、σθ）、一拉（σl）。变形状态：两压（εr、εθ）一拉（εl）。应力分布规律：1）应力沿轴向的分布：轴向应力σl由变形区入口端向出口端逐渐增大，即σlr＜σlch；周向应力σθ及径向应力σr则从变形区入口段到出口端逐渐减小，即σθr＞σθch，和σrr＞σrch。2）应力沿轴向的分布：周向应力σθ及径向应力σr由表面向中心逐渐减小，即σθw＞σθn和σrw＞σrn；而轴向应力σl分布情况恰好相反，中心处的轴向应力σl大，表面的σl小，即σlw＜σln。（2）管材空拉：应力状态：两压（σr、σθ）一拉（σl）。变形状态：是三维变形，即轴向延伸，周向压缩，径向延伸或压缩。应力分布规律：主应力σl、σr、σθ在轴向上分布与圆棒材拉拔时相似，但在径向上的分布有较大差别，其中不同点是径向应力分布σr的分布规律是由外表面向中心逐渐减小，达管子内表面时为零；周向应力σθ的分布规律则是由管子外表面向内表面逐渐增大，即σθw＜σθn。4.分析空拉时管材的壁厚变化力学条件。（P161）答：根据金属塑性加工力学理论，应力状态可以分解为球应力分量和偏差应力分量，将空拉管材时的应力状态分解，有如下三种管壁变化情况：（应力状态分解见课本161页）又上述分解中可以看出，某一点的径向主变形是延伸还是压缩或为零，主要取决于σr-σm；（其中σm=(σl+σr+σθ）/3）。σr＞(σl+σθ)/2时，则σr为正，管壁增厚；当σr-σm=0，亦即σr=(σl+σθ)/2时，则σr-σm=0，管壁厚不变；σr＞(σl+σθ)/2时，则σr-σm＜0，管壁变薄。5.为什么空拉管子时具有纠偏作用，在生产中如何利用这一点。（P163）答：偏心管坯空拉时，假定在同一圆周上径向压应力σr均匀分布，则在不同的壁厚处产生的周向压应力σθ将会不同，厚壁处的σθ小于薄壁处的σθ。因此，薄壁处要先发生塑性变形，即周向压缩，径向延伸，使壁增厚，轴向延伸；而厚壁处还处于弹性变形状态，那么在薄壁处，将有轴向附加压应力的作用，壁厚处受附加拉应力作用，促使厚壁处进入塑性变形状态，增大轴向延伸，显然在薄壁处减少了轴向延伸，增加了径向延伸，即增加了壁厚。因此，σθ值越大，壁厚增加得也越大，薄壁处在σθ作用下逐渐增厚，使整个断面上管壁趋于均匀一致。6.影响空拉时管子壁厚变化的因素有哪些？（P163）答：A.管坯相对壁厚。S0/D0:D0一定时，S0↑，S↓；S0一定时，D0↑，S↑。B.材质与状态。硬度高，增壁的趋势下降。C.道次加工率与加工道次。道次加工率↑，σl↑，增壁空拉增壁幅度↓，减壁空拉减壁幅度↑。增壁空拉，道次↑，增壁量↑；减壁空拉，道次↑，增壁量↓。D.润滑条件、模子几何参数及拉拔速度。润滑差，α↑，Ld↑，σl↑，增壁空拉过程增壁量↓，减壁空拉过程减壁幅度↑。7.推导流动芯头拉拔的稳定性条件，如不符合此条件，会出现什么问题？（P165）答：游动芯头在变形区的稳定性位置取决于芯头上作用力的轴向平衡。可得平衡方程：∑N1sinα1-∑T1cosα1-∑T2=0∑N1(sinα1-fcosα1)=∑T2由于∑N1＞0和∑T2＞0故sinα1-fcosα1＞0tanα1＞tanβA.α1＞β，即游动芯头锥面与轴线之间的夹角必须大于芯头与管坯间的摩擦角，它是芯头稳定在变形区内的条件之一。若不符合此条件，芯头将被深深地拉入模孔，造成断管或被拉出的模孔。B.为实现游动芯头拉拔，还应满足α1＜α，即游动芯头的锥角α1小于或等于拉模的模角α，它是芯头稳定在变形区内的条件之二，若不符合此条件，在拉拔开始时，芯头上尚未建立起与∑T2方向相反的推力之前，使芯头向模子出口方向移动挤压管子造成拉断。C.游动芯头轴向移动的几何范围，要有一定的限度。芯头向前移动超出前极限位置，其圆锥段可能切断管子；芯头后退超出后极限位置，则将使其游动芯头拉拔过程失去稳定性。8.为了减少和消除残余应力在生产中采用哪些措施？（P169）答：A.减少不均匀变形。a.润滑好。b.采用最佳模角。c.增加坯料退火次数。d.两次退火间总加工率不要过大。e.最后一道工序给以极小加工率0.8%-1.5%。f.多衬拉，少空拉，“少缩多薄”原则。B.矫直加工a.辊矫。b.拉矫。C.退火:去应力退火。9.影响拉拔力的因素有哪些？答：A.被加工金属的性质对拉拔力的影响。拉拔力与被拉拔金属的抗拉强度成线性关系。?b?，P?。B.变形程度对拉拔力的影响。拉拔应力与变形程度有正比关系。??，??，P?。C.模子的几何形状a.模角对拉拔力的影响。1）??，接触摩擦面积?，P?。2）??，R水平分力Rx?，P?。3）??，正压力?，挤走润滑剂，f?，P?。4）??，附加剪切变形?，P?。5)??，切应变?，变形功?，温度?，P?。可见，随着模角?增大，拉拔应力发生变化，并且存在一个最小值。b.定径区的长度。L??，P?，寿命?。D.反拉力对拉拔力的影响。Q?Qg(临界反拉力），P基本不变；Q?Qg，P?。加Q，?l?，?r?，???f?r?，寿命?。E.摩擦与润滑对拉拔力的影响。硬度?，f?，P?。钻石模硬质合金模钢模F.拉拔速度对拉拔力的影响。V5m/s时，V?，?l?，P?。V=6-50m/s时，V?，变形热?，变形抗力?，易带走润滑剂，P不变。G.振动对拉拔力的影响。。共振，P?。10.分析反拉力对应力、变形以及模子压缩锥、磨损的影响。答：A.Q?Qg(临界反拉力），P基本不变；Q?Qg，P?。B.?q??qj时，?q?，?l无影响。C.加Q，?l?，?r?，???f?r?，寿命?。11.描述普通拉模的结构以及各区的作用。答：A.结构：普通拉模根据模孔纵断面形状可分为锥形模和弧形模。一般模孔可分为四个带，即润滑带、压缩带、定径带、出口带。如右图所示。?为防润角，?；??40（硬铝合金）?。??60（钢模）B.作用：I区：润滑区：1）保留润滑剂。2）带走金属屑和热量。II区：工作区1）是金属实现塑性变形的主要部分，并获得所需形状与尺寸。2）LII?Ly?a?0.5(D0max?D1)cot?，a-不同心系数（1.05-1.3）。线材拉模：LII?Dd；棒材拉模：LII?(0.7?0.8)D1。III区：定径区1）保证制品的公差尺寸，使制品进一步获得稳定而精确地形状和尺寸。2）可使拉模免于因模孔磨损而很快超差，提高其使用寿命。线、棒：LIII?(0.15?0.25)D1空拉：LIII?(0.25?0.5)D1衬拉：LIII?(0.1?0.2)D1IV区：出口区1）防止金属出模孔时被划伤。2）保护定径带不被破坏。(0.2?LIV?Lc?h0.5D)Dw?(1?k)D11模子外形尺寸：D1?60mm时，k取1?3；D1?60mm时，k取0.5?0.8。第三篇管材冷轧1.周期式冷轧管法的优缺点是什么？答：优点：A.具有有利于发挥金属塑性的最佳应力状态图，管坯在一套孔型中的变形量可高达90%以上；壁厚压下量与外径减缩率可分别达到70%和40%。比拉拔时在两次退火间的总加工率高4-5倍。B.生产低塑性难变形合金的薄壁管材时，可以大大的减少拉拔生产时所不可避免的、多次的工序，缩短了生产流程，提高了生产率。C.管材表面质量和精度堪与冷拔的相媲美，一般可以直接交货而无需再经过拉拔。缺点：A.冷管轧设备结构复杂，一些零部件易损坏，而且维护和保养麻烦。B.轧辊孔型块加工制造比较复杂。C.生产费用高，特别是还要求有专用机床。2.周期式冷轧管法的变形步骤有哪些？答：A.管料送进。B.进程轧制。C.转动管料和芯棒。D.回程轧制。3.轧槽展开后的工作段有哪几部分组成？答：孔型轧槽：A.空载送料段B.转料段轧制工作段：l1：减径段。l2：压下段。l3：预精整段（壁厚精整）。l4：精整段（定径段）。4.进程轧制、回程轧制的速度变化与主应力图、摩擦力的方向之间的关系如何？前后滑移区如何划分？答：前后滑移区相对速度Vxd来确定。Vxd?0时为后滑区；Vxd?0时为前滑移区；Vxd?0时为中性线，金属与轧槽无滑动。（注：Va槽底速度；Vb槽口速度；Vj机架速度；Vm金属流动速度）。A.机架进程：设Vj方向为正，Vj与Vm一致；B.机架回程：设Vj方向为正，Vj与Vm相反；5.管子冷轧过程中回转的作用是什么？；答：A.均匀壁厚；B.减少工作锥中的拉应力，提高金属塑性，减少金属；A.机架进程：设Vj方向为正，Vj与Vm一致。B.机架回程：设Vj方向为正，Vj与Vm相反。5.管子冷轧过程中回转的作用是什么？答：A.均匀壁厚。B.减少工作锥中的拉应力，提高金属塑性，减少金属被破坏的危险性。6.瞬时变形区压下量的确定原则是什么？答：在周期断面轧辊上压缩量等于所研究断面的高度同另一与此断面相隔一定距离的断面高度差。而这两个断面间所包围的金属体积等于送进的金属体积。