文献综述-拉拔机设计

附录 2 文献综述 引言 液压钢丝绳组合式拉拔机主要有主电机泵组、油箱、油缸、控制阀、机座、钢丝绳滑轮组、床身、拉拔小车、拉模座等组成。液压钢丝绳组合式拉拔机取消了调速电机、减速机、主副连轴器、拉拔牵引链、传动链轮 ， 以体积小、重量轻的液压系统代之 ， 因此整体重量大大减轻 ， 安装调试大为简便。液压钢丝绳组合式拉拔机的主油泵采用的是恒功率变量泵 ， 电机功率得到充分利用。液压钢丝绳组合式拉拔机的液压系统 ， 拉拔力可调 ， 拉拔速度平稳 ， 钢丝绳组具有吸振能力 ， 能适应拉拔过程中咬入、拉拔、脱模的载荷变化。因此 ， 产 品质量高于链式拉拔机。 下面本文就国内外 对拉拔机 的 研究现状、 主要成果、 发展 趋势及设计 存在的问题进行解读。 关键词 拉拔机 冷加工 工艺改进 研究成果 薄壁管 解决方案 一、拉拔机国内外现状 内研究状况 随着 20 世纪 90 年代，我国开始研究、应用冷拔钢管技术以来，冷拔钢管技术已广泛引用于单体液压缸筒及工程机械油缸的制造，冷拔机作为冷拔钢管的主要加工设备，它是用于常温下拔制黑色及有色金属棒料材和对热轧、挤压之后的管进行二次加工，是生产小口径、精密、薄壁、高机械性能管材的主要加工设备。1 上个世纪 80 年代以前，我国的钢管冷拔机多为单链、双链传动式冷拔机和固定床身式液压冷拔机。就床身结构而言，由于传统的拔机三个机座分别固定在地基上，水泥地基将承受拔制力产生的弯矩和压力，所以，地基梁将发生压缩弯曲变形，各机座也发生弯曲变形，造成管材直线度不好。而就传动方式而言，链式拔管机是指拔管时，夹住管头牵引钢管的拔制小车是由链轮、链条系统传动的拔管机。这两种冷拔机床的一个共同的缺点是产生冷拔震动，不能确保工件晶粒沿着冷拔的方向定向成形，特别是链条链轮磨损后，链传动机构在拔制过程中产生周期性冲击负荷。这种运 行的不连续性是钢管产品质量得不到可靠控制的致命因素，而且冷拔力吨位不足，能耗大。 220 世纪 80 年代中期，为了节能、节材，提高管材产品技术含量和附加值，优化产品结构，我国自行设计研制成功了新颖独特的冷拔工艺系统。而我国在此后的冷拔生产过程中，预应力式液压冷拔机渐渐成为主要加工设备。 3 外研究现状 拉拔具有悠久的历史，在公元前 20 30 世纪，就出现了把金块锤锻后，通过小孔，用手工拉制成细金丝，在同一时期发现了类似拉线模的东西。公元前15 17 世纪，在亚述、巴比伦、腓尼基等进行了各种贵金属的拉线， 并把这些金属线用于装饰品。公元 8 9 世纪，能制各种金属线。公元 12 世纪，有锻线工与拉线工之分，前者是通过锤锻，后者是通过拉拔制线材，人们认为就是从这个时候起确立了拉拔加工。 公元 13 世纪中叶，德国首先制造了水力拉线机，并在世界上逐渐推广，直接 17 世纪才接近于现在的单卷筒拉拔机。 1871 年出现了连续拉线机。 20 世纪 20 年代由韦森西贝尔发现反张力拉拔法，由于反张力的作用，使拉模的磨损大幅度减少，同时改善了制品的力学性能。在此时期拉拔模由铁模发展到合金钢模，到 1925 年克鲁伯公司研制成功硬质合金模。随着拉拔技术 的不断进步，萨克斯和西贝尔两人以不同的观点，第一次确立了拉拔理论，此后拉拔理论得到不断发展，尤其是新的研究方法（上界法、有限元法等）的开拓，计算机的发展，也使拉拔理论的研究推向一个新的阶段。 1955 年柯利斯托佛松研究成功强制润滑拉拔法，可大幅度减小摩擦力和拉拔难加工材料，同时使拉模寿命明显延长。同年布莱哈和拉格勒克尔发展了超声波拉拔法，使拉拔力显著减小。 辊模拉拔法是 1956 年由五弓等研究成功的，可使材料表面的摩擦阻力大大减小，拉拔道次加工率增加，能明显改善拉拔材料的力学性能。 近几十年来，在研究许多新的 拉拔方法的同时，开展了高速拉拔的研究，成功地制造了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机和圆盘拉拔机。高速拉拔的研究，成功地制造了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机和圆盘拉拔机。高速拉线机的拉拔速度达到 80m/s；圆盘拉拔机可生产 40 50下的管材，最大圆盘直径为 3m，拉拔速度可达 25m/s，最大管长为 6000m 以上；多线链式拉拔机一般可自动供料、自动穿模、自动套芯杆、自动咬料和挂钩、管材自动下落以及自动调整中心。另外还有管棒材成品连续拉拔矫直机列，在该机列上实现了拉拔、矫直、抛光、切断、退火以及探伤 等。 拉拔制品的产量在逐年增加，产品的品种和规格也在不断增多，例如用拉拔技术可以生产直径大于 500管材，也可以拉制出 细丝，而且性能合乎要求，表面质量好，拉拔制品被广泛地应用在国民经济各个领域。 4 二、研究主要成果 在最初有专家对拉拔工艺进行了改进，发现改进后的工艺流程与原工艺相比少了 3 道工序，通过每道工序单耗初步计算，即退火工序酸洗和润滑工序，改进工艺流程后减少 3 道工序的每吨钢管成本共计可降低 。此外还缩短了生产周期，并节约了其它原材料的消耗。 5鞍钢无缝钢管 厂鞍钢钢铁研究所对拔制力系数做了专门探讨，对冷拔机械设备和电力施动设备的运转情况和产生故障的原因做了认真分析，对力、电参数关系做了定量研究， 其结果为安全生产提供了数据。通过测定，对冷拔机的进一步革新、挖潜、改造、配套、提高产品数量与质量都有十分重要意义。 6 对于拔制壁厚 5下钢管 ， 如采用现行厚壁拔管工艺，拔制过程中易出现拔断 ， 既浪费了原材料 ， 也不利于提高劳动生产率 ， 因此控制工艺有待于进一步改进。是因为 34质的钢管，须经退火后方可拔制 ， 而且退火温度达 880 以上。由于温度较高 ， 钢管在退火过程中 ， 易产生内孔椭圆等不规则变形及沿管长方向的弯曲变形。因此 ， 给车头工序带来了一定的难度 ， 容易产生壁厚切削不均现象 ， 导致车头处拔断 ， 而且沿管长方向的弯曲使车加工速度不能快 ， 导致工效下降。如上所述 ， 必须对拔制工艺头进行改进。考虑到 34料在退火后良好的塑性及扩口性能 ， 可省去车头工序 ， 前处理后 ， 利用拔机扩口后直接拔制。故从试生产过程的结果来看 ，有 专家 认为薄壁管的拔制采用扩口工艺较佳。这一结果分析对我们进一步改进工艺有很好的借鉴意义。 在对夹紧机构的研究中，不少人认为 连续式拉拔机中夹 紧机构设计的优劣 ，不但直接关系到棒材、管材的顺利拉拔 ， 还关系到拉拔后成品材的表面 质量和正圆度。由于夹紧机构是运动部件 ， 因此要求其在提供充分夹紧力的前提下 ， 尺寸尽可能小 ， 重量轻 ， 以减小在运动中的平衡力 ， 从而提高整机的动态特性。因此 ， 开展拉拔机夹紧机构的设计研究 ， 对改变我国冷拔材生产的落后面貌 ， 提高冷拔材的产量和质量具有重要的意义。 8 二、发展趋势 目前国内外汽车行业使用的气缸用管已经开始大量采用高精度冷拔铝合金管。随着铝合金管在硬度、强度方面的发展，高精度冷拔铝合金管将在更多领域内取代钢管。高精度 冷拔管和铝合金管的生产企业，可审时度势进一步加大技术开发力度，开发适合生产高精度冷拔管的钢种和铝合金牌号，扩大成品交货状态，提供质量优异的产品，我国高精度冷拔管生产企业要在激烈的市场竞争中不断发展壮大。应不断的向国外先进企业学习，走集约化大规模生产力之路，努力提高产品质量和降低成本。 众所周知，冷拔钢管与热轧钢管比较，表面质量好，几何尺寸精度高，性能稳定， 可生产用热轧方法无法生产的小直径薄壁钢管。因此冷拔工艺成了钢管生产的主要方法之一。但是，由于冷拔生产过程道次变形量小，工序多，生产周期长，不能连续生 产，因此，与其他钢管生产方法相比，冷拨钢管生产方法的产量低， 成本高。为了改进冷拔生产方法之不足，近年来，国外对传统的冷拔钢管生产工艺做了大量改进，其中主要有以下几个方面： （ 1）超声波振动拔管工艺的研究与开发 超声波振动拔管是六十年代发展起来的一项新的工艺，它是通过施加在拔模或芯棒上的超声波使变形区中的金属产生摩擦矢量效应和旋锻效应，从而达到降低拔制应力，增大变形，缩短生产周期，改善质量之目的。超声波振动拔管装置由超声波发生器、换能器和变幅杆等组成。超声波发生器是供给换能器高频电能的设备，用以激励超 声波振动系统，产生所需要的工作频率和电功率。换能器是把电能转换为超声波动能的装置，换能器有磁致伸缩换能器和压电换能器两种。变幅杆是起振幅放大作用的，它有许多形式，如阶梯形、锥形、指数形、悬链形和组合形等。 按施加超声波振动能量的方式可分为芯棒施加轴向超声波振动的拔制 方式；拔模施加超声波振动的拔制方式；芯棒和拔模同时施加超声波振动的拔制方式；用具有波长整数倍的游动芯棒的拔制方式。 施加超声波与不施加超声波振动拔管方式比较可收到如下效果： 1、减少拔后管内的残余应力 2、降低拔制力 3、增大道次变形量，缩短生产周期，提高生产能力 4、提高钢管表面质量，改善钢管机械性能。 （ 2）钢管的温拔和热拔 目前钢管的温拔或热拔巳成为一种成熟的工艺应用于钢管的冷加工之 中。由于一些钢或合金具有冷脆性，冷加工性能差，加工过程易出现纵向裂纹或开裂现象。有些钢或合金虽然在室温下具有足够的塑性，但冷变形时产生很大的加工硬化，为改善这些金属或合金的冷加工性能， 最好采用温拔或热拔的变形方法。所谓温拔或热拔就是利用金属或合金在一定的温度下，加工硬化倾向减少，强度下降，塑性提高的特性进行 拔制的一方法。温拔或热拔时可以选择最合适的变形参数，金属塑性可得到充分利用，因而可实现减少拔制道次，缩短生产周期，达到增加产量，降低成本和扩大品种之目的。温拔主要用在铁素体和奥氏体不锈钢的生产中，根据不同钢种的硬化曲线或冲击韧性与温度的关系曲线确定温拔的变形温度，通常都在 250 40 之间。热拔主要用于碳素钢，钢管的热拔温度取决于钢的牌号，通常为 75 0 800 ，咬入拔模时的温度为 650 700 。 四、存在问题 前国内企业生产的高精度冷拔钢管，普遍采用按 准生产的热轧无缝钢管为冷拔管坯，钢种只有优质碳素钢中的几个牌号，品种较少。经过冷拔后延伸率偏低，强度和硬度偏大。使用这类钢管珩磨，磨削速度慢，锯切后端部尺寸易变性。而高精度冷拔铝合金管相对于钢管来说，强度和硬度低，能使用的铝合金牌号更少。这对于广阔的市场需求还有很大的差距。 国外先进企业相比，我国企业在配套设备方面还存在着一些不足。例如没有管坯 内孔表面缺陷清理设备，冷拔管的内表面质量无法保证，特别是不经珩磨直接使用的缸筒，其表面的极小缺陷被表面处理膜所覆盖， 油缸筒、气缸筒使用一段时间后 便暴露出来，损坏密封圈造成缸筒渗漏。另外，矫直机、珩磨机的精度较低，自动化程度不高，速度太慢，无法满足大规模的生产需要。同时我们企业大多数缺乏高质量的退货设备，因此，多数高精 度冷拔管均以冷拔状态交货，无法满足用户对交货状态的特殊要求。 拔钢管是冷拔机在拉拔力的作用下通过一定形状、尺寸的模具，使经过预处理后的热轧钢管发生加工硬化产生塑性变形而形成的。在整个冷拔机拔制过程中，由于多种因素的影响，会出现各种各样的缺陷。为了提高冷拔钢管的质量，降低废品率，必须防止这些缺陷的产生。为此应在易产生缺陷的 生产环节上加以控制。 决方案 主要是合理的选择毛坯料，注意有以下一些着重点：毛坯的表面质量，即锈蚀情况、氧化程度、表面是否凸凹不平等都会影响冷拔后的质量， 可造成麻点、麻面、凸凹、 划沟等现象；毛坯的内在质量， 如有夹渣、裂纹等，拔制后可造成裂缝、拔断皱褶等；毛料的形位公差如壁厚偏差、直线度、同轴度、圆柱度等过差都会影响冷拔后钢管的质量；加工余量的选择， 加工余量不宜太大，否则需经多道次的拉拔仍无法实现最终尺寸，却使管材发生加工硬化、应力增大、塑性降低，从而降低了材料的 机械性能。 为了进一步提高冷拔机的生产能力，其基本途径是提高冷拔速度，加大小车的工作行程，减少冷拔过程的辅助时间。但是，只能在一定范围内来提高周期式冷拔机的速度和加大小车的行程，超过此范围，对进一步提高其生产能力并不经济。因此，只有通过减少冷拔过程的辅助时间来提高生产能力，这就导致了半连续式冷拔机的发展。 8五、主要参考文献 1王德广，邓小民不同拉拔工艺对管材尺寸精度的影响 .期刊论文 2008(1) 2小民高精度管材拉拔过程计算机模拟研 究 .期刊论文 2006(3) 3汶，常远 链冷拔管机链条结构改进 期刊论文 2000(06) 4文超 拔机拔模座改造与设计 期刊论文 2003(04) 5优质钢管冷拔工艺流程的改进 984 630 吨冷拔管机测定总结 7 刘光新 工矿自动化 5 期 9连续式拉拔机无夹痕无变形夹紧机构设计分析 10精密冷拔机夹紧机构的改进 期刊论文 冷加工 ) 2004(09) 11光荣，张宝玲 期刊论文 2006(04) 12燕燕 期刊论文 ) 13韩淑珍