第一篇 第三章拉拔

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 拉拔,1 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。,1.2 拉拔的分类,一、实心材拉拔,1.棒,2.型,3.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，使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；,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，(艾而哈特法)，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，用大于管坯内径的芯头通过管坯，使管坯直,径扩大，管壁与长度减小。,三、拉拔的温度,钢、铍、钨、钼、镁、锌：温拔,钢、铝：冷拔,1.3 拉拔的优缺点,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。,1.4 拉拔的发展趋势,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。,2 拉拔时的应力与变形,2.1 圆棒拉拔时的应力与变形,一、主应力与主应变,拉拔时的受力与变形状态,二、流动特点分析,网格法研究圆棒拉拔的结果,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,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,C：,延伸变形的变化规律,a,=,ln,(R,a,/ R,0,),n,=,ln,(,R,n,/ R,0,),b,=,ln,(,R,b,/ R,0,),a,n,b,2.横向上网格的变化,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。,三、变形区,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。,四、,变形区内的应力分布,实验结果,1.沿轴向的分布规律,A：,l,入口出口,C：,分析：塑性方程,l,-(-,r,) =,K,zh,l,+,r,=,K,zh,D：,实际现象：,(1)道次加工率大时，出口外模子的磨损比加工率小时要轻；,(2)模子入口外磨损比较快。,2.沿径向的分布规律,径向应力总是减小表面，离中心越远，所需的力越大.,A：,l,表面中心,C：,分析：塑性方程,l,-(-,r,) =,K,zh,l,+,r,=,K,zh,D：,实际现象：,棒材内部的中心裂纹,2.2 管材拉拔时的应力与变形,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,l,：,外表面 = 内表面,r,：,外表面 内表面,：,外表面 ,r,(,代数值),塑性方程为：,l,+,=,K,zh,3.变形特点,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,壁厚增加,壁厚不变,壁厚减小,B：,轴向上的壁厚变化：,此时要考虑,l,的变化,4.影响空拉时壁厚变化的因素,l,的变化对应力相对大小有很大的影响，影响,l,的因素都会影响壁厚，用相对拉拔应力 来衡量。,A：,相对壁厚,(相对拉拔应力=0.30.8),D,0,/S,0, 7.6,只出现增厚,D,0,/S,0, 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。,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,r,：,均匀分布；,(2)不同壁厚处的周向压应力,：,厚处 T,2,1,1, ,1,-,芯头锥角,-,摩擦角,f -,摩擦系数,-,拉模模角,2.变形特点,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,五、扩径,1.主应力与主变形,A：,压入扩径：,主应力：,l,、,r,为压，,为拉,主应变：,l,、,r,为压，,为拉,B：,拉拔扩径：,主应力：,r,为压，,、,l,为拉,主应变：,l,、,r,为压，,为拉,3.变形特点,直径扩大，长度变短，壁厚减薄,2.3 拉制品中的残余应力拉拔的方法、品种,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,2.仅在表面发生塑性变形,3.变形未进入到中心层,二、拉拔管材中的残余应力,1.空拉管材,2.衬拉管材,三、残余应力的消除,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,张力矫直,二次拉拔,3.退火,3 拉拔力,3.1 各种因素对拉拔力的影响,一、抗拉强度,2.02,mm-1.64mm,各种金属的拉拔力图,1-铝， 2-铜， 3-青铜， 4-,H70， 5-B20,二、变形程度,黄铜拉拔时断面收缩率与拉拔力的关系(不同的模角时),三、模角,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。,四、拉拔速度,1. 5,m/min,以下时，速度增加，力增加；,2. 650,m/min,以上时，速度增加，力减小。,五、润滑,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,六、振动,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,3.振动的效果：,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。,七、反拉力,1. 拉拔时力的平衡,A：,力的平衡：,P,q,=,M,q,+ Q,B：,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。,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。,3.2 棒材拉拔力的理论计算,一、无反拉力时的平衡微分方程法,1. 平衡微分方程,：,2. 塑性条件：,3. 边界条件：,D = D,0,， ,lx,= 0,D = D,1,， ,lx,=,L,4. 结果：,： 拉拔应力,：平均变形抗力,B = f/tan,D,1,：,坯料直径,D,0,：,出口直径,二、附加的拉应力,1. 考虑剪切变形引起的拉拔力：,能量守衡,2. 考虑反拉力引起的拉拔力：,修改边界条件：,D = D,0,lxq,=,q,D = D,1,lx,=,L,3.,考虑定径区摩擦力引起的拉拔力：,三、拉拔力(,P),P= ,L,S,1,S,1,： D,1,所对应的面积,3.3 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：,3. 边界条件：,D = D,0,lx,= 0,D = D,1,lx,=,Lb,4.,结果：,Lb,： b,截面上的拉拔应力,s：,平均变形抗力,B = f/tan,：,延伸系数,5. 考虑定径区摩擦的结果：,f ,摩擦系数,l,d,定径区长度,D,b,模子定径区直径,S,0,坯料厚度,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,Lb,为：,Lb,：,拉拔应力,s：,平均变形抗力,B = f/tan,ab,：,ab,段的延伸系数,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 = D,b,x,=,Lb, D = D,1,x,=,Lc,D：,结果：,Lc,： C,截面上的拉拔应力,s：,平均变形抗力,B = f/tan,bc,：,bc,段的延伸系数,3. 考虑定径区摩擦的结果：,f ,摩擦系数,l,d,定径区长度,D,b,模子定径区直径,S,1,该道次拉拔后制品的厚度,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,Lb,为：,Lb,：,拉拔应力,s：,平均变形抗力,B = f/tan,ab,：,ab,段的延伸系数,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 = D,b,x,=,Lb,D = D,1,x,=,Lc,D：,结果：,Lc,： C,截面上的拉拔应力,s：,平均变形抗力,B = f/tan,bc,：,bc,段的延伸系数,2,：,芯头锥角,1,：,模角,3. 考虑定径区摩擦的结果：,f ,摩擦系数,l,d,定径区长度,D,b,模子定径区直径,S,1,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,退火的,302.0mm,的,H62,黄铜管，用固定短芯头拉到,27.21.6mm，,模角为12度，定径带长2.0,mm，f=0.12，,求拉拔力。,一、确定几何参数：,D,0,=30 d,0,=26 S,0,=2.0 D,1,=27.2 d,1,=24 S,1,=1.6,D,2,=d,1,+2S,1,=28 d,2,=d,1,=24 S,2,=2.0,二、计算各段的延伸系数,ab,=,bc,=,三、计算参数,B =,A =,c2 =,四、各段上的拉拔应力系数,Lb,/s =,Lc,/s =,五、计算该道次的平均硬化程度,A= (,1,+,2,)/2,按,A,查硬化曲线，查出,s,六.拉拔应力,L,=,七.拉拔力,P=,L,(D,1,-S,1,)S,1,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,4 特殊的拉拔方法,4.1 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,F,1,以,V,2,的速度移入加热区(变形区)，,F,2,以,V,1,的速度移出变形区，根据秒体积不变有：,j= V,1,/(V,1,+V,2,),三、用途,1. 难加工材 2. 变断面棒材,4.2 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,4.3 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,4.4 静液挤压拉丝,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，在线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,