拉拔知识学习

1、2021/3/271 第一节 引言 第二节 管棒型材挤压加工 第三节 管棒型线材拉拔 第四节 管材轧制 第三章第三章 有色金属管棒型材加工有色金属管棒型材加工 2021/3/272 第三节 管棒型线材拉拔 3.1 3.1 拉拔概述拉拔概述 3.2 3.2 拉拔时的应力与变形拉拔时的应力与变形 3.3 3.3 拉拔力拉拔力 3.4 3.4 拉拔设备与工具拉拔设备与工具 3.5 3.5 拉拔工艺拉拔工艺 2021/3/273 主要内容主要内容:拉拔的概念拉拔的概念,拉拔时的变形指标拉拔时的变形指标;管材拉拔的主管材拉拔的主 要方法要方法,各自的特点及适用范围各自的特点及适用范围;拉拔方法的优缺点拉

2、拔方法的优缺点;拉拔拉拔 技术的发展概况。技术的发展概况。 重点重点:管材拉拔方法的特点及适用范围。管材拉拔方法的特点及适用范围。 目的和要求目的和要求:掌握拉拔变形指标的意义及计算方法；管材掌握拉拔变形指标的意义及计算方法；管材 拉拔不同方法各自的特点及适用范围；拉拔技术的发展拉拔不同方法各自的特点及适用范围；拉拔技术的发展 进步情况。进步情况。 3.1 3.1 拉拔概述拉拔概述 2021/3/274 3.1.1 拉拔的一般概念拉拔的一般概念 在外力作用下在外力作用下,迫使金属坯料通过模孔迫使金属坯料通过模孔,以获得相应以获得相应 形状、尺寸的制品的塑性加工方法形状、尺寸的制品的塑性加工方法

3、,如图如图3.1.1所示所示。 根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心实心 材拉拔（见图材拉拔（见图3.1.1a）和）和空心空心材拉拔（见图材拉拔（见图3.1.1b、 c）。）。 实心材包括线材、棒材和型材实心材包括线材、棒材和型材;空心材包括管材和空空心材包括管材和空 心异形型材。心异形型材。 3.1 拉拔概述 2021/3/275 图图3.1.1 拉拔原理示意图拉拔原理示意图 a-实心制品拉拔实心制品拉拔;b-管材空拉管材空拉;c-管材衬拉管材衬拉 2021/3/276 断面减缩率断面减缩率:=（1-F1/F0）100% 延伸率延伸率:=（L1

4、/L0-1）100% 拉伸系数拉伸系数:=L1/L0=F0/F1 减壁量： 减壁量：t = t0 - tk 减径量：减径量：d = d0 - dk 3.1 拉拔概述 3.1.2 拉拔时的主要变形指标拉拔时的主要变形指标 2021/3/277 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 管材拉拔可按不同方法分类。管材拉拔可按不同方法分类。 按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为:无芯无芯 棒拉拔（空拉）和带芯棒拉拔（衬拉）。棒拉拔（空拉）和带芯棒拉拔（衬拉）。 按照拉拔时金属的变形流动特点和工艺特点可按照拉拔时金属的变形流动特点和工艺特

5、点可 分为分为:空拉、固定短芯棒拉拔、游动芯头拉拔、长空拉、固定短芯棒拉拔、游动芯头拉拔、长 芯棒拉拔、顶管法和扩径拉拔等芯棒拉拔、顶管法和扩径拉拔等6种方法种方法,如图如图 3.1.2所示。所示。 2021/3/278 图图3.1.2 管材拉拔的一般方法管材拉拔的一般方法 a -空拉空拉;b-长芯棒拉拔长芯棒拉拔;c-固定芯棒拉拔固定芯棒拉拔;d-游动芯头拉拔；游动芯头拉拔；e-顶顶 管法；管法；f-扩径拉拔扩径拉拔 2021/3/279 在拉拔时在拉拔时,管坯内部不放置芯棒。管坯内部不放置芯棒。 变形特点变形特点:减径、不减壁。但在减径过程中减径、不减壁。但在减径过程中,壁厚依据壁厚依据D

6、/S（外径（外径/ 壁厚）值的不同会有所增减。当减径量比较大时壁厚）值的不同会有所增减。当减径量比较大时,管材内表面会管材内表面会 变得比较粗糙。变得比较粗糙。 空拉分类空拉分类:整径（或减径）空拉、成型空拉。整径（或减径）空拉、成型空拉。 整径（减径）空拉整径（减径）空拉:用于生产小直径管材，控制管材的直径尺寸。用于生产小直径管材，控制管材的直径尺寸。 成型空拉成型空拉：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。 应用：应用：空拉适合于小直径管材的减径，盘管拉拔，冷轧管的减、空拉适合于小直径管材的减径，盘管拉拔，冷轧管的减、 整径，异形管的成型拉拔。整

7、径，异形管的成型拉拔。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （1）空拉）空拉 2021/3/2710 定义定义:将管坯套在表面抛光的圆柱形芯棒上将管坯套在表面抛光的圆柱形芯棒上,使芯棒与管坯一使芯棒与管坯一 起从模孔中拉出起从模孔中拉出,实现减径和减壁。实现减径和减壁。 特点特点:管坯与芯棒之间摩擦力的方向与拉拔方向一致管坯与芯棒之间摩擦力的方向与拉拔方向一致,使拉拔使拉拔 力减小，从而可增大道次加工率力减小，从而可增大道次加工率;在拉拔薄壁管材和低塑在拉拔薄壁管材和低塑 性管材时，可防止管材的失稳和拉断。性管材时，可防止管材的失稳和拉断。 主要缺点主要缺点:

8、要准备大量表面抛光的长芯棒要准备大量表面抛光的长芯棒;要有专门的脱芯棒要有专门的脱芯棒 机构。机构。 应用：应用：适合于薄壁管、低塑性合金管材的拉拔。适合于薄壁管、低塑性合金管材的拉拔。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （2）长芯棒拉拔）长芯棒拉拔 2021/3/2711 拉拔时拉拔时,将带有将带有短芯棒的芯杆固定短芯棒的芯杆固定,管坯通过芯棒与模管坯通过芯棒与模 孔之间的间隙实现减径和减壁。孔之间的间隙实现减径和减壁。 固定短芯棒拉拔是管材生产中应用最广泛的一种拉拔固定短芯棒拉拔是管材生产中应用最广泛的一种拉拔 方法。管材内表面质量比空拉的好方法。管材内

9、表面质量比空拉的好,但但不适合拉拔细长不适合拉拔细长 管材管材。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （3）固定短芯棒拉拔）固定短芯棒拉拔 2021/3/2712 拉拔过程中拉拔过程中,芯头不用固定芯头不用固定,依靠其本身所具有的外形依靠其本身所具有的外形 建立起来的力平衡被稳定在模孔中建立起来的力平衡被稳定在模孔中,实现管材的减径和实现管材的减径和 减壁。减壁。 游动芯头拉拔是目前管材生产中游动芯头拉拔是目前管材生产中较为先进的较为先进的一种方一种方 法，法，非常适合长管和盘管生产，非常适合长管和盘管生产，对于提高生产率、成对于提高生产率、成 品率和管材内表

10、面质量都非常有利。品率和管材内表面质量都非常有利。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （4）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 2021/3/2713 将芯杆套入带底的管坯中将芯杆套入带底的管坯中,操作时芯杆与管操作时芯杆与管 坯一同从模孔中顶出坯一同从模孔中顶出,实现减径和减壁。实现减径和减壁。 顶管法适用于大直径管材生产顶管法适用于大直径管材生产。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （5）顶管法）顶管法 2021/3/2714 将扩径芯头装入直径较小的管坯中拉拔将扩径芯头装入直径较小的管坯中拉拔,管坯通过扩径后管坯通过扩径后,

11、 直径增大直径增大,壁厚减薄，长度减小。壁厚减薄，长度减小。 适用于当受到设备能力限制时，用小直径管坯生产大直适用于当受到设备能力限制时，用小直径管坯生产大直 径管材径管材。 3.1.3 管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔的一般方法及适用范围 （6）扩径拉拔）扩径拉拔 2021/3/2715 主要优点主要优点: （1）尺寸精确）尺寸精确,表面光洁度高。表面光洁度高。 （2）设备简单）设备简单,维修方便维修方便,在一台设备上可以生产多种品种、规格的制在一台设备上可以生产多种品种、规格的制 品。品。 （3）适合于各种金属及合金的细丝和薄壁管生产，规格范围很大。）适合于各种金属及合金的细丝和薄壁管

12、生产，规格范围很大。 丝（线）材丝（线）材:100.002mm; 管材管材:外径外径0.1500mm;壁厚最小达壁厚最小达0.01mm;壁厚与直径的比壁厚与直径的比 值可达到值可达到1：2000。 （4）对于不可热处理强化的合金，通过冷拔，利用加工硬化可使其强）对于不可热处理强化的合金，通过冷拔，利用加工硬化可使其强 度提高。度提高。 3.1.4 拉拔法的特点拉拔法的特点 2021/3/2716 主要缺点主要缺点: （1）受拉拔力限制）受拉拔力限制,道次变形量小道次变形量小,往往需要多道次拉拔才能生产出成往往需要多道次拉拔才能生产出成 品。品。 （2）受加工硬化的影响）受加工硬化的影响,两次退

13、火间的总变形量不能太大，从而使拉两次退火间的总变形量不能太大，从而使拉 拔道次增加，降低生产效率。拔道次增加，降低生产效率。 （3）由于受拉应力影响，在生产塑性低、加工硬化程度大的金属时，）由于受拉应力影响，在生产塑性低、加工硬化程度大的金属时， 易产生表面裂纹，甚至拉断。易产生表面裂纹，甚至拉断。 （4）生产扁宽管材和一些较复杂的异形管材时，往往需要多道次成）生产扁宽管材和一些较复杂的异形管材时，往往需要多道次成 型。型。 3.1.4 拉拔法的特点拉拔法的特点 2021/3/2717 公元前公元前2030世纪世纪,把金块锤锻后把金块锤锻后,通过小孔手工拉制细金丝通过小孔手工拉制细金丝,同时同

14、时 出现了类似于拉线模的东西。出现了类似于拉线模的东西。 公元公元12世纪，有了锻线工和拉线工之分，确立了拉拔加工。世纪，有了锻线工和拉线工之分，确立了拉拔加工。 13世纪中叶，德国首先制造了水力拉拔机，并得到推广，使拉世纪中叶，德国首先制造了水力拉拔机，并得到推广，使拉 拔走上了机械化作业的道路。拔走上了机械化作业的道路。 1871年，出现了连续拉线机。年，出现了连续拉线机。 进入进入20世纪后，拉拔技术及装备、拉拔理论得到了不断发展、世纪后，拉拔技术及装备、拉拔理论得到了不断发展、 进步。出现了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机、圆盘拉拔进步。出现了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机、圆盘

15、拉拔 机以及管棒材成品连续拉拔矫直机列。目前，高速拉线机速度可机以及管棒材成品连续拉拔矫直机列。目前，高速拉线机速度可 达到达到80m/s;圆盘拉拔机最大圆盘直径为圆盘拉拔机最大圆盘直径为3m，生产，生产4050mm以以 下管材，速度可达下管材，速度可达25m/s，最大长度可达，最大长度可达6000m以上。以上。 3.1.5 拉拔技术的发展进步拉拔技术的发展进步 2021/3/2718 第三节 管棒型线材拉拔 3.1 3.1 拉拔概述拉拔概述 3.2 3.2 拉拔时的应力与变形拉拔时的应力与变形 3.3 3.3 拉拔力拉拔力 3.4 3.4 拉拔设备与工具拉拔设备与工具 3.5 3.5 拉拔工

16、艺拉拔工艺 2021/3/2719 主要内容主要内容:圆棒材、管材拉拔时的应力与变形圆棒材、管材拉拔时的应力与变形;拉拔制品拉拔制品 的残余应力。的残余应力。 难点难点:管材空拉时的应力与变形管材空拉时的应力与变形;拉拔制品中的残余应力拉拔制品中的残余应力 分布。分布。 目的和要求目的和要求:掌握圆棒拉拔时的应力分布掌握圆棒拉拔时的应力分布;管材空拉时的管材空拉时的 变形规律及影响因素；游动芯头拉拔时芯头在变形区中变形规律及影响因素；游动芯头拉拔时芯头在变形区中 稳定的条件；拉拔制品中残余应力的产生、分布、危害稳定的条件；拉拔制品中残余应力的产生、分布、危害 及减小或消除的方法及减小或消除的方

17、法 。 3.2 3.2 拉拔时的应力与变形拉拔时的应力与变形 2021/3/2720 图图 棒材拉拔时的变形区形状棒材拉拔时的变形区形状 3.2.1.1 变形区的形状变形区的形状 变形区的形状如图所示。变形区的形状如图所示。 通常按速度场可把变通常按速度场可把变 形区分三个区形区分三个区: 、 区区,弹性变形区弹性变形区; 区区,塑性变形区。塑性变形区。 3.2 拉拔时的应力与变形拉拔时的应力与变形 3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2721 3.2.1.2 应力与变形状态应力与变形状态 圆棒材拉拔时的受力与变形状态如图所示。圆棒材拉拔时的受力与变形状

18、态如图所示。 外力外力:拉拔力拉拔力P,模壁正压力模壁正压力N,摩擦力摩擦力T。 应力应力:变形区中的金属基本上处于两向压变形区中的金属基本上处于两向压 （r、）、一向拉（）、一向拉（l）的应力状态。由于金属的轴对）的应力状态。由于金属的轴对 称变形称变形,其应力也呈轴对称状态，即其应力也呈轴对称状态，即r 。 应变应变:变形区中的金属基本上处于两向压变形区中的金属基本上处于两向压 缩（缩（r、）、一向延伸（）、一向延伸（l）的变形状态。）的变形状态。 3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2722 图图 拉拔时的受力及变形状态拉拔时的受力及变形状态 3.

19、2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2723 3.2.1.3 金属在变形区内的流动特点金属在变形区内的流动特点 拉拔时金属变形流动的坐标网格如图。拉拔时金属变形流动的坐标网格如图。 图图 圆棒拉拔时的坐标网格变化圆棒拉拔时的坐标网格变化 拉拔时金属的变形流拉拔时金属的变形流 动在一定程度上与挤压相动在一定程度上与挤压相 似似,其坐标网格在拉拔前后其坐标网格在拉拔前后 的变化情况也与挤压时基的变化情况也与挤压时基 本相同本相同,但其变化比挤压时但其变化比挤压时 简单简单,金属流动的不均匀性金属流动的不均匀性 也比挤压时小。也比挤压时小。 变形区内金属的变形区内

20、金属的 变形规律变形规律:外层金属的外层金属的 延伸变形比内层的大延伸变形比内层的大; 外层金属的压缩变形外层金属的压缩变形 也大于中心层。也大于中心层。 3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2724 （1）应力沿轴向分布）应力沿轴向分布 l 入 入 l 出 出 r入 入 r出 出 入 入 出 出 变形区中的应力分布如图示。变形区中的应力分布如图示。 图图 变形区内的应力分布变形区内的应力分布 3.2.1.4 变形区内的应力分布规律变形区内的应力分布规律 3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2725 原因原因:稳定

21、拉拔过程中稳定拉拔过程中,变形区内任一横断面向模孔出口变形区内任一横断面向模孔出口 方向移动时方向移动时,面积逐渐减小面积逐渐减小,而此断面与变形区入口端球而此断面与变形区入口端球 面间的变形体积不断增大。为实现塑性变形，通过此面间的变形体积不断增大。为实现塑性变形，通过此 断面作用在变形体的断面作用在变形体的l必须逐渐增大。必须逐渐增大。 根据塑性方程，可得根据塑性方程，可得: l -（- r ）=Kzh l + r = Kzh 如果把金属的变形抗力看成是常数，则随着如果把金属的变形抗力看成是常数，则随着l向向 出口方向增大，出口方向增大， r和和必然减小。必然减小。 另外，另外， r在入口

22、处较大也可以从实际生产中模子在入口处较大也可以从实际生产中模子 入口处磨损较快得到证实。入口处磨损较快得到证实。 3.2.1 圆棒材拉拔时的应力与变形圆棒材拉拔时的应力与变形 2021/3/2726 （2）应力沿径向分布）应力沿径向分布 r 外 外 r 内 内 外 外 内 内 l 外 外 l 内 内 原因原因:在变形区在变形区,金属的每个环形的外面层上金属的每个环形的外面层上,作用着径向应力作用着径向应力r 外 外 ,在内表面 在内表面 上作用着上作用着r 内 内，由于 ，由于r总是力图减小其外表面，这就需要总是力图减小其外表面，这就需要r 外 外大于 大于r 内 内。距 。距 离中心层越远，

23、表面积越大，所需要的力就越大。离中心层越远，表面积越大，所需要的力就越大。 l沿径向的分布则可根据塑性方程得出。沿径向的分布则可根据塑性方程得出。 另外，在径向上另外，在径向上l 外 外0,即即r （ l + ）/2时时,r为正，管壁为正，管壁增增 厚厚。 当当r -m =0，即，即r =（ l + ）/2时，时， r为为0，管，管 壁厚壁厚不变不变。 当当r -m 0，即，即r （ l + ）/2时，时， r为负，管为负，管 壁壁减薄减薄。 a. 空拉时变形区内的壁厚变化规律空拉时变形区内的壁厚变化规律 2021/3/2733 空拉时空拉时,管壁厚管壁厚沿变形区长度上也有不同的变化。沿变形区

24、长度上也有不同的变化。 由于由于l 由模子入口向出口逐渐增大由模子入口向出口逐渐增大,而而 逐渐减小逐渐减小,所以，所以， 在入口处，在入口处， 相对大，相对大， l 相对小，容易增壁。出口处，相对小，容易增壁。出口处， 相对小，相对小， l 相对大，容易减壁。相对大，容易减壁。 因此，因此，管材壁厚在变形区内的变化规律是由模子管材壁厚在变形区内的变化规律是由模子 入口处开始增加，达到最大值后开始减薄，到模子出口入口处开始增加，达到最大值后开始减薄，到模子出口 处减薄最大。处减薄最大。 a. 空拉时变形区内的壁厚变化规律空拉时变形区内的壁厚变化规律 （2）空拉时变形区内的变形特点）空拉时变形区

25、内的变形特点 2021/3/2734 图图 空拉空拉6A02合金管材时变形区合金管材时变形区 的壁厚变化情况的壁厚变化情况 3.2.2.1 空拉空拉 2021/3/2735 相对壁厚的影响相对壁厚的影响 对于外径对于外径D相同的管坯相同的管坯,增加壁厚增加壁厚S将使金属向中将使金属向中 心流动的阻力增大心流动的阻力增大,从而使管壁增厚量减小。从而使管壁增厚量减小。 对于壁厚相同的管坯对于壁厚相同的管坯,增加外径，减小了增加外径，减小了“曲拱曲拱”效效 应，使金属向中心流动的阻力减小，使管坯空拉后壁应，使金属向中心流动的阻力减小，使管坯空拉后壁 厚增加的趋势加强。厚增加的趋势加强。 一般一般:当

26、当D /S7.6（6）时，增壁）时，增壁; 当当D /S=3.67.6（56）时，可能出现增壁、）时，可能出现增壁、 减壁或不变。减壁或不变。 b. 影响空拉时壁厚变化的因素影响空拉时壁厚变化的因素 （2）空拉时变形区内的变形特点）空拉时变形区内的变形特点 2021/3/2736 减径量的影响减径量的影响 减径量越大减径量越大,壁厚的变化也越大。在总减径量不变的情壁厚的变化也越大。在总减径量不变的情 况下况下,多道次空拉的增壁量大于单道次的增壁量多道次空拉的增壁量大于单道次的增壁量;多道次空多道次空 拉的减壁量小于单道次的减壁量。拉的减壁量小于单道次的减壁量。 模角模角的影响的影响 随着模角增

27、大随着模角增大, ,拉拔应力发生变化，并且存在着一最小拉拔应力发生变化，并且存在着一最小 值，其相应的模角称为最佳模角。如果模角变化使拉拔值，其相应的模角称为最佳模角。如果模角变化使拉拔 应力应力 l增大，就会导致增壁过程中的增壁趋势减小增大，就会导致增壁过程中的增壁趋势减小; ;减壁减壁 过程中的减壁趋势增大。过程中的减壁趋势增大。 b. 影响空拉时壁厚变化的因素影响空拉时壁厚变化的因素 （2）空拉时变形区内的变形特点）空拉时变形区内的变形特点 2021/3/2737 定径带长度定径带长度h、摩擦系数、摩擦系数f、拉拔速度、拉拔速度v的影响的影响 增大增大h、f、v,都会使拉拔应力都会使拉拔

28、应力l增大增大,导致增壁时的导致增壁时的 增壁趋势减小增壁趋势减小;减壁时的减壁趋势增大。减壁时的减壁趋势增大。 合金及状态的影响合金及状态的影响 合金及状态影响到变形抗力合金及状态影响到变形抗力s、摩擦系数、摩擦系数f、加工硬、加工硬 化速率等。通常化速率等。通常, s大，大， l大。相同合金，硬度越高，大。相同合金，硬度越高， 增壁的趋势越弱。增壁的趋势越弱。 拉拔方式的影响拉拔方式的影响 采用采用倍模倍模（或称双模）拉拔，会使管壁增加时的增壁（或称双模）拉拔，会使管壁增加时的增壁 趋势减小，管壁减薄时的减壁趋势增大。相当于增加趋势减小，管壁减薄时的减壁趋势增大。相当于增加 一个反拉力。一

29、个反拉力。 b. 影响空拉时壁厚变化的因素影响空拉时壁厚变化的因素 （2）空拉时变形区内的变形特点）空拉时变形区内的变形特点 2021/3/2738 图图 倍模拉拔示意图倍模拉拔示意图 3.2.2.1 空拉空拉 2021/3/2739 对于存在偏心的管坯对于存在偏心的管坯,经过几道次空拉经过几道次空拉,可使其偏心得可使其偏心得 到一定程度的纠正。到一定程度的纠正。 主要原因主要原因:偏心管坯空拉时偏心管坯空拉时,假定在同一圆周上径向压应力假定在同一圆周上径向压应力 r 均匀分布，则在不同壁厚处产生的周向压应力均匀分布，则在不同壁厚处产生的周向压应力 不同，不同， 厚壁处的厚壁处的 小于薄壁处的

30、小于薄壁处的 。这样，薄壁处要先发生塑。这样，薄壁处要先发生塑 性变形，即周向压缩，径向延伸，使壁增厚，轴向延伸性变形，即周向压缩，径向延伸，使壁增厚，轴向延伸;而而 厚壁处还处于弹性变形状态，则在薄壁处，将有轴向附加厚壁处还处于弹性变形状态，则在薄壁处，将有轴向附加 压应力的作用，厚壁处受附加拉应力作用，促使厚壁处进压应力的作用，厚壁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。向延伸，增加了径向延伸，即增加了壁厚。 值越大，壁值越大，壁 厚增加越多。薄壁处在厚增加

31、越多。薄壁处在 作用下逐渐增厚，使整个断面上作用下逐渐增厚，使整个断面上 的壁厚趋于均匀一致。的壁厚趋于均匀一致。 （3） 空拉对纠正管子偏心的作用空拉对纠正管子偏心的作用 3.2.2.1 空拉空拉 2021/3/2740 空拉壁薄的管材时空拉壁薄的管材时,如果如果 减径量过大减径量过大,会使管壁失稳而会使管壁失稳而 产生凹下或产生邹折。特别产生凹下或产生邹折。特别 当管坯的当管坯的S0/D00.04时时,更易更易 产生失稳。当道次变形量过产生失稳。当道次变形量过 大时，也容易产生失稳。大时，也容易产生失稳。 （4）空拉时管壁的失稳）空拉时管壁的失稳 图图 空拉时的临界变形量与管空拉时的临界变

32、形量与管 坯坯S 0/D 0 的关系的关系 -不稳定区 -稳定区 -过渡区 3.2.2.1 空拉空拉 2021/3/2741 （5）空拉对管材表面质量的影响）空拉对管材表面质量的影响 下图是3.90.5mm管坯,分别采用一道次和两道次拉拔到 3.0mm的内表面照片。两道次拉拔时,第一道次拉到3.45mm,再拉 到3.0mm;单道次拉拔时，则直接拉到3.0mm。模角=15。 空拉管材的内表面比带芯棒衬拉的粗糙空拉管材的内表面比带芯棒衬拉的粗糙,且拉拔道且拉拔道 次越多越粗糙。次越多越粗糙。 a b 图图 空拉管材的内壁形貌空拉管材的内壁形貌 a 单道次拉拔后单道次拉拔后;b 两道次拉拔后两道次拉

33、拔后 3.2.2.1 空拉空拉 2021/3/2742 （1）固定短芯棒拉拔）固定短芯棒拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 图图 固定短芯棒拉拔应力与变形固定短芯棒拉拔应力与变形 u 应力与变形应力与变形 空拉区（空拉区（区）区） 应力与变形特点同空拉时相同。应力与变形特点同空拉时相同。 同空拉过程一样同空拉过程一样,存在着偏心的管存在着偏心的管 坯坯,经过固定短芯棒拉拔后经过固定短芯棒拉拔后,也能在一也能在一 定程度上予以纠正，主要就是此空定程度上予以纠正，主要就是此空 拉段所起作用的缘故。拉段所起作用的缘故。 减壁区（减壁区（区）区） 应力与变形状态同拉拔实心棒应力与变形状态同拉拔实心棒 材时

34、的表面变形状态一样。材时的表面变形状态一样。 3.2.2.2 衬拉衬拉 2021/3/2743 u 特点特点 内表面与芯头有摩擦力内表面与芯头有摩擦力,其方向与拉拔方向相反其方向与拉拔方向相反,使使 l增加增加,拉拔力比空拉时大。拉拔力比空拉时大。 变形比空拉时均匀。变形比空拉时均匀。 管材内表面质量比空拉时的好。管材内表面质量比空拉时的好。 当芯杆过长、过细时，易产生弯曲，使芯头在模当芯杆过长、过细时，易产生弯曲，使芯头在模 孔中难以固定在正确位置上。同时，易引起孔中难以固定在正确位置上。同时，易引起“跳跳 车车”，在管材表面出现，在管材表面出现“竹节竹节”状缺陷。状缺陷。 （1）固定短芯棒

35、拉拔）固定短芯棒拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 2021/3/2744 （2）长芯杆拉拔）长芯杆拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 图图 长芯杆拉拔时的应力与变形长芯杆拉拔时的应力与变形 u 应力与变形应力与变形 长芯杆拉拔时的应力与变长芯杆拉拔时的应力与变 形状态与固定短芯棒拉拔基本形状态与固定短芯棒拉拔基本 相同。相同。所不同的是作用在管材所不同的是作用在管材 内表面上的摩擦力方向与拉拔内表面上的摩擦力方向与拉拔 方向相同方向相同,有助于减小拉拔力有助于减小拉拔力。 2021/3/2745 与固定芯头相比与固定芯头相比,变形区拉应力减小变形区拉应力减小3035%,拉拔力拉拔力 相应减小相应减小

36、1520%。 可以采用较大延伸系数。从而可减少拉拔道次和中可以采用较大延伸系数。从而可减少拉拔道次和中 间退火次数间退火次数,提高生产效率。提高生产效率。 在拉拔低塑性合金管材和薄壁管材时，不容易出现在拉拔低塑性合金管材和薄壁管材时，不容易出现 拉裂、拉断的现象。拉裂、拉断的现象。 整个芯杆需要进行表面处理，难度较大。整个芯杆需要进行表面处理，难度较大。 脱管时需要专用设备。脱管时需要专用设备。 u主要特点主要特点 （2）长芯杆拉拔）长芯杆拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 2021/3/2746 （3）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 拉拔时拉拔时,芯头不固定芯头不固定,依靠

37、芯头所设计的特殊形状和芯头依靠芯头所设计的特殊形状和芯头 与管材接触面间的力平衡与管材接触面间的力平衡,使其保持在变形区中。使其保持在变形区中。 u 芯头在变芯头在变 形区中稳定形区中稳定 的条件的条件 图图 游动芯头拉拔时芯头在游动芯头拉拔时芯头在 变形变形 区内的受力情况区内的受力情况 2021/3/2747 芯头在变形区内的稳定位置芯头在变形区内的稳定位置,取决于作用在芯头上力取决于作用在芯头上力 的轴向平衡。其的轴向平衡。其力的平衡方程为力的平衡方程为: : N1 sin1 -T1 cos 1 -T2=0 N1（sin1 -f cos 1）= T2 由于由于N1 0, T2 0 故故:

38、 sin1 -f cos 1 0 tan 1 tan 1 -(1) （3）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 u 芯头在变形区中稳定的条件芯头在变形区中稳定的条件 2021/3/2748 式中式中: 1 芯头轴线与锥面间的夹角芯头轴线与锥面间的夹角; f芯头与管坯间的摩擦系数芯头与管坯间的摩擦系数; 芯头与管坯间的摩擦角。芯头与管坯间的摩擦角。 满足此条件满足此条件,在拉拔过程中在拉拔过程中,芯头不会从变形区中退出。芯头不会从变形区中退出。 另外另外,为了防止芯头向模子出口方向运动，其棱角部为了防止芯头向模子出口方向运动，其棱角部 分挤断管材，还应满足芯头的锥角分挤断管材，还

39、应满足芯头的锥角1 不大于模角不大于模角.即即1 -(2) 一般情况下，一般情况下， - 1 =3左右。左右。 满足满足(1)(2)两条件。两条件。 2021/3/2749 图图 游动芯头拉拔时的变形区游动芯头拉拔时的变形区 （3）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 u 游动芯头拉拔时管子的变形过程游动芯头拉拔时管子的变形过程 2021/3/2750 游动芯头拉拔时的变形区可分为游动芯头拉拔时的变形区可分为5个区域个区域: 区区空拉区。空拉区。 区区减径区。在减径的同时也有减壁减径区。在减径的同时也有减壁,减减 壁量大致等于空拉区的壁厚增量。壁量大致等于空拉区的壁厚增量。 区

40、区第二次空拉区。管子内表面由于拉第二次空拉区。管子内表面由于拉 应力方向的改变而稍微离开芯头表应力方向的改变而稍微离开芯头表 面。面。 区区减壁区。主要实现壁厚的减薄。减壁区。主要实现壁厚的减薄。 区区定径区。一般只产生弹性变形。定径区。一般只产生弹性变形。 （3）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 u 游动芯头拉拔时管子的变形过程游动芯头拉拔时管子的变形过程 2021/3/2751 （3）游动芯头拉拔）游动芯头拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 u 特点特点 a 、可实现盘管及生产很长的管材、可实现盘管及生产很长的管材,生产效生产效 率高率高,成品率高成品率高,内表面质量好。内

41、表面质量好。 b 、拉拔力比固定芯头拉拔小、拉拔力比固定芯头拉拔小15%左右。左右。 2021/3/2752 顶管法生产管材时金属的应力与变顶管法生产管材时金属的应力与变 形状态与长芯棒拉拔时完全相同形状态与长芯棒拉拔时完全相同, ,这里不这里不 再重复。再重复。 （4）顶管法拉拔）顶管法拉拔 3.2.2.2 衬拉衬拉 2021/3/2753 （5）扩径）扩径 3.2.2.2 衬拉衬拉 扩径有压入扩径和拉拔扩径。扩径有压入扩径和拉拔扩径。 图图 扩径拉拔示意图扩径拉拔示意图 a-压入扩径压入扩径;b-拉拔扩径拉拔扩径 2021/3/2754 （5）扩径）扩径 3.2.2.2 衬拉衬拉 图图 扩

42、径时的变形力学图扩径时的变形力学图 a-压入扩径压入扩径; b-拉拔扩径拉拔扩径 2021/3/2755 u 压入扩径压入扩径 适合大直径、长度短的管材扩径适合大直径、长度短的管材扩径,一般管材的长度不大一般管材的长度不大 于直径的于直径的10倍。倍。 应力状态为两向压应力状态为两向压l、r和一向拉和一向拉 ,在管材外表面的在管材外表面的 r为为0。变形状态为两向压缩变形。变形状态为两向压缩变形l、r和一向延伸变形和一向延伸变形 ,即长度变短，壁厚减薄，直径增大。即长度变短，壁厚减薄，直径增大。 u 拉拔扩径拉拔扩径 一般用于小断面薄壁长管的扩径。一般用于小断面薄壁长管的扩径。 拉拔扩径的应力

43、与变形状态除轴向应力拉拔扩径的应力与变形状态除轴向应力l为拉应力外，为拉应力外， 其他与压入扩径相同。其他与压入扩径相同。 （5）扩径）扩径 3.2.2.2 衬拉衬拉 2021/3/2756 3.2.3 拉拔制品残余应力拉拔制品残余应力 由于变形不均由于变形不均,在拉拔结束、外力去除后残留在制品中在拉拔结束、外力去除后残留在制品中 的应力的应力残余应力。残余应力。 分析拉拔分析拉拔棒材中棒材中的残余应力。的残余应力。 整个断面均发生塑性变形整个断面均发生塑性变形时时,残余应力分布残余应力分布如图所示如图所示。 3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布拉拔棒材中的残余应力分布 2021/3/27

44、57 图图 拉拔棒材中的残余应力拉拔棒材中的残余应力 中心中心边部边部边部边部中心中心边部边部边部边部 + 0 + 轴向轴向径向径向周向周向 中心中心 仅表面发生变形时仅表面发生变形时: 轴向上轴向上:边部为边部为压压、中心为拉、中心为拉; 径向上径向上:整个断面为压整个断面为压; 周向上：与轴向上相同。周向上：与轴向上相同。 2021/3/2758 （1）轴向残余应力）轴向残余应力外层拉、中心层压外层拉、中心层压 在拉拔过程中在拉拔过程中,由于金属流动不均由于金属流动不均,棒材外层产生附加拉应力棒材外层产生附加拉应力, 中心层则出现与之平衡的附加压应力。拉拔结束后，由于弹中心层则出现与之平衡

45、的附加压应力。拉拔结束后，由于弹 性后效作用，制品长度缩短，而外层较中心层缩短得较大。性后效作用，制品长度缩短，而外层较中心层缩短得较大。 但是，物体的整体性防碍了这种自由变形，其结果在外层产但是，物体的整体性防碍了这种自由变形，其结果在外层产 生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。 （2） 周向残余应力周向残余应力外层拉、中心层压外层拉、中心层压 由于棒材中心部分在轴向和径向上受到残余压应力作用，由于棒材中心部分在轴向和径向上受到残余压应力作用， 故此部分金属在周向上有涨大变形的趋势。但是，外层金属故此部分金属在周向上有涨大变形的趋势。但是，外层金属 阻

46、碍其自由涨大，从而在中心层产生周向残余压应力，外层阻碍其自由涨大，从而在中心层产生周向残余压应力，外层 则产生与之平衡的周向残余拉应力。则产生与之平衡的周向残余拉应力。 3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布拉拔棒材中的残余应力分布 2021/3/2759 （3）径向残余应力）径向残余应力外表面为外表面为0外外,整个断面上受整个断面上受 压压,中心最大中心最大 在径向上在径向上,由于弹性后效的作用，棒材断面上由于弹性后效的作用，棒材断面上 所有的同心环形薄层，都欲增大其直径。在外表所有的同心环形薄层，都欲增大其直径。在外表 面这种弹性恢复不受限制，但由外向内所有环形面这种弹性恢复不受限制，但

47、由外向内所有环形 薄层的弹性恢复均会受到其外层的阻碍，从而产薄层的弹性恢复均会受到其外层的阻碍，从而产 生一残余压应力。中心层恢复的阻力最大。生一残余压应力。中心层恢复的阻力最大。 3.2.3.1 拉拔棒材中的残余应力分布拉拔棒材中的残余应力分布 2021/3/2760 凡是影响不均匀变形的因素凡是影响不均匀变形的因素,均对制品中残余应力的大小及分布产均对制品中残余应力的大小及分布产 生一定程度的影响。生一定程度的影响。 （1）摩擦系数）摩擦系数 摩擦系数大摩擦系数大,不均匀变形加剧不均匀变形加剧,残余应力增大。残余应力增大。 （2）断面收缩率（减径量）断面收缩率（减径量） 一般情况下，断面收

48、缩率大，变形的不均匀程度也会越大，残余一般情况下，断面收缩率大，变形的不均匀程度也会越大，残余 应力增大。应力增大。 （3）模具形状）模具形状 模具形状对变形不均匀性的影响主要是模角的大小。模角大，接模具形状对变形不均匀性的影响主要是模角的大小。模角大，接 触面长度大，不均匀变形增大，残余应力越大。触面长度大，不均匀变形增大，残余应力越大。 （4）材质）材质 被拉拔材料的弹性模量被拉拔材料的弹性模量E越大，根据越大，根据=E，残余应力也越大。，残余应力也越大。 3.2.3.2 影响残余应力的因素影响残余应力的因素 2021/3/2761 （1）主要危害）主要危害 导致导致某些合金某些合金制品如

49、黄铜产生制品如黄铜产生应力腐蚀应力腐蚀,是产生应力腐是产生应力腐 蚀的根源（如硬铝、超硬铝、含蚀的根源（如硬铝、超硬铝、含Mg量大于量大于3%的的Al- Mg系合金系合金,都具有都具有scc倾向）。前提是倾向）。前提是:有拉应力有拉应力,有腐有腐 蚀性介质。蚀性介质。 导致制品在放置和使用过程中逐渐导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和形状改变尺寸和形状， 影响制品使用。影响制品使用。 继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导致制继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导致制 品变形、弯曲。品变形、弯曲。 影响制品的机械性能。影响制品的机械性能。 3.2.3.3 残余应力的危害及减小的措施

50、残余应力的危害及减小的措施 2021/3/2762 根本措施是减小不均匀变形根本措施是减小不均匀变形 减小模壁与坯料接触表面的摩擦减小模壁与坯料接触表面的摩擦:提高模具表面硬度提高模具表面硬度;对模具进行对模具进行 渗氮等处理渗氮等处理;使用中经常抛光模具工作面使用中经常抛光模具工作面;采用良好的工艺润滑等。采用良好的工艺润滑等。 合理设计模具合理设计模具,采用最佳模角。采用最佳模角。 合理分配变形量合理分配变形量减少道次变形量和两次退火间的总变形量。减少道次变形量和两次退火间的总变形量。 矫直矫直。 辊式矫直辊式矫直:仅表面变形仅表面变形,产生一封闭压力层产生一封闭压力层,使边部的拉残余应力

51、减使边部的拉残余应力减 小或消除。小或消除。 张力矫直张力矫直:施加拉力，使制品产生施加拉力，使制品产生13的拉伸变形，有残余拉的拉伸变形，有残余拉 应力的外层先进入塑性状态，进而产生压副应力。应力的外层先进入塑性状态，进而产生压副应力。 低温退火低温退火，仅使金属发生回复。，仅使金属发生回复。 3.2.3.2 残余应力的危害及减小的措施残余应力的危害及减小的措施 （2）消除或减小残余应力的措施）消除或减小残余应力的措施 2021/3/2763 图图 拉拔棒材辊矫后残余应力分布拉拔棒材辊矫后残余应力分布 图图 拉拔棒材退火前后残余应力变化拉拔棒材退火前后残余应力变化 a-退火前退火前;b-退火

52、后退火后 2021/3/2764 第三节 管棒型线材拉拔 3.1 3.1 拉拔概述拉拔概述 3.2 3.2 拉拔时的应力与变形拉拔时的应力与变形 3.3 3.3 拉拔力拉拔力 3.4 3.4 拉拔设备与工具拉拔设备与工具 3.5 3.5 拉拔工艺拉拔工艺 2021/3/2765 3.3 拉拔力拉拔力 拉拔力拉拔力:作用于制品前端用以实现塑性变形的力。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、确定是选择设备吨位、校核工具强度、确定合理拉合理拉 拔工艺规程拔工艺规程的依据。的依据。 主要内容主要内容:影响拉拔力的因素分析影响拉拔力的因素分析;拉拔力计算。拉拔力计算。 目的

53、和要求目的和要求:根据影响拉拔力的各种因素分析结果根据影响拉拔力的各种因素分析结果,能能 够正确选用有关拉拔力计算式够正确选用有关拉拔力计算式,计算各种情况下拉拔力。计算各种情况下拉拔力。 2021/3/2766 （1）被加工金属性质）被加工金属性质 抗拉强度越大抗拉强度越大,拉拔力越大。拉拔力越大。 （2）变形程度）变形程度 随着断面减缩率的增加随着断面减缩率的增加,拉拔力增大。拉拔力增大。 （3）模角）模角 随着模角变化随着模角变化,拉拔应力发生变化。模角小，接触面积拉拔应力发生变化。模角小，接触面积 增加，拉拔应力增大增加，拉拔应力增大;模角大，剪切变形增大，润滑条件变模角大，剪切变形增

54、大，润滑条件变 差，也使拉拔应力增大。差，也使拉拔应力增大。 因此，存在着一个拉拔力的最小值，其相应的模角称为因此，存在着一个拉拔力的最小值，其相应的模角称为 最佳模角。一般认为棒材模是最佳模角。一般认为棒材模是69，管材模为，管材模为1112。 最佳模角大小与变形程度有关。最佳模角大小与变形程度有关。 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 2021/3/2767 （4）拉拔速度）拉拔速度 拉拔速度的影响与变形抗力、摩擦系数、变形热等有关。拉拔速度的影响与变形抗力、摩擦系数、变形热等有关。 在低速（在低速（5m/min以下）拉拔时以下）拉拔时,随着拉拔速度增加随着拉拔速度增加,

55、变形变形 抗力升高抗力升高,拉拔应力增大。拉拔应力增大。 在较高速度（在较高速度（650m/min）拉拔时，随着拉拔速度增）拉拔时，随着拉拔速度增 加，加，虽然变形抗力升高，但变形热又使变形区内的金属产生 软化，使变形抗力降低使变形抗力降低;同时，也有助于润滑剂带入模孔，同时，也有助于润滑剂带入模孔， 减小摩擦，减小拉拔力。继续增加拉拔速度，拉拔力变化不减小摩擦，减小拉拔力。继续增加拉拔速度，拉拔力变化不 大。大。 下图为拉拔钢丝时的实验曲线，当拉拔速度超过1m/s时， 拉拔力急剧下降;当拉拔速度超过2m/s后，拉拔力变化较小。 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 2021/

56、3/2768 图图 拉拔力与拉拔速度的关系曲线拉拔力与拉拔速度的关系曲线 2021/3/2769 （5）摩擦及润滑）摩擦及润滑 摩擦系数越大摩擦系数越大, ,拉拔力越大。拉拔力越大。 一般的润滑方法所形成的润滑膜较薄一般的润滑方法所形成的润滑膜较薄, ,未脱离边界润未脱离边界润 滑的范围滑的范围, ,其摩擦力仍较大。其摩擦力仍较大。 近年来采用了近年来采用了流体动力润滑方法流体动力润滑方法，使润滑膜增厚，使润滑膜增厚， 可大幅度降低界面摩擦。可大幅度降低界面摩擦。 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 2021/3/2770 压力压力 套管套管 模子模子 流流 速速 制品制品

57、芯头芯头 减径模减径模 减壁模减壁模 原理原理:坯料与芯头或套管间具坯料与芯头或套管间具 有狭窄的间隙有狭窄的间隙,借助于运动的坯借助于运动的坯 料和润滑剂的粘性料和润滑剂的粘性,使模子入口使模子入口 处的润滑剂压力升高处的润滑剂压力升高,进而使润进而使润 滑剂膜的厚度增加。速度越大、滑剂膜的厚度增加。速度越大、 间隙越小，效果越显著。间隙越小，效果越显著。 流体动力润滑流体动力润滑 2021/3/2771 高压油高压油 模箱模箱 拉拔模拉拔模密封模密封模 也可将润滑剂以很高的也可将润滑剂以很高的 压力送入模孔中来增加润压力送入模孔中来增加润 滑膜的厚度滑膜的厚度,此时称为此时称为流体流体 静

58、力润滑静力润滑。 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 流体静力润滑流体静力润滑 2021/3/2772 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 图图 反拉力对拉拔力及模子压力的影响反拉力对拉拔力及模子压力的影响 （6）反拉力）反拉力 2021/3/2773 反拉力的影响是两方面的。随着反拉力反拉力的影响是两方面的。随着反拉力Q的增加的增加,一一 方面方面,拉拔力拉拔力Pq逐渐增加逐渐增加;另一方面另一方面,模壁受到的压力模壁受到的压力Mq近近 似直线下降，使摩擦力减小，又使拉拔力减小。似直线下降，使摩擦力减小，又使拉拔力减小。 因此，就会存在一个临界反拉力因此，

59、就会存在一个临界反拉力Qc。在反拉力达到。在反拉力达到 临界反拉力之前，对拉拔力无影响。当反拉力超过临界临界反拉力之前，对拉拔力无影响。当反拉力超过临界 反拉力值后，将改变塑性变形区内的应力分布，使拉拔反拉力值后，将改变塑性变形区内的应力分布，使拉拔 力增大。力增大。 3.3.1 影响拉拔力的主要因素影响拉拔力的主要因素 （6）反拉力）反拉力 2021/3/2774 对拉拔模具施以振动对拉拔模具施以振动,可以显著降低拉拔力可以显著降低拉拔力,继而提继而提 高道次加工率。高道次加工率。 在高频振动下在高频振动下,拉拔应力减小是由于变形区的变形抗力降低引起的。晶拉拔应力减小是由于变形区的变形抗力降

60、低引起的。晶 格缺陷区吸收了振动能，使位错势能提高和为了使这些位错移动所需格缺陷区吸收了振动能，使位错势能提高和为了使这些位错移动所需 要的剪切应力减小。要的剪切应力减小。 在低频和高频轴向振动下，模子和金属接触面周期性的脱开使摩擦力在低频和高频轴向振动下，模子和金属接触面周期性的脱开使摩擦力 减小。减小。 振动模对金属的频繁打击。振动模对金属的频繁打击。 振动使得在某些瞬间模具相对于工件超前运动而产生一个促使工件运振动使得在某些瞬间模具相对于工件超前运动而产生一个促使工件运 动的正向摩擦力。动的正向摩擦力。 超声波振动导致工件温度升高，使得变形抗力下降。超声波振动导致工件温度升高，使得变形抗