拉拔PPT演示课件

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,第三章有色金属管棒型材加工,1,第三节管棒型线材拉拔,3.1拉拔概述3.2拉拔时的应力与变形3.3拉拔力3.4拉拔设备与工具3.5拉拔工艺,2,主要内容：拉拔的概念，拉拔时的变形指标；管材拉拔的主要方法，各自的特点及适用范围；拉拔方法的优缺点；拉拔技术的发展概况。重点：管材拉拔方法的特点及适用范围。目的和要求：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；拉拔技术的发展进步情况。,3.1拉拔概述,3,3.1.1拉拔的一般概念在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法，如图3.1.1所示。根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心材拉拔（见图3.1.1a）和空心材拉拔（见图3.1.1b、c）。实心材包括线材、棒材和型材；空心材包括管材和空心异形型材。,3.1拉拔概述,4,图3.1.1拉拔原理示意图a-实心制品拉拔；b-管材空拉；c-管材衬拉,5,断面减缩率：=（1-F1/F0）100%延伸率：=（L1/L0-1）100%拉伸系数：=L1/L0=F0/F1减壁量：t=t0-tk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,6,3.1.3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。按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为：无芯棒拉拔（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分为：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6种方法，如图3.1.2所示。,7,图3.1.2管材拉拔的一般方法a-空拉；b-长芯棒拉拔；c-固定芯棒拉拔；d-游动芯头拉拔；e-顶管法；f-扩径拉拔,8,在拉拔时，管坯内部不放置芯棒。变形特点：减径、不减壁。但在减径过程中，壁厚依据D/S（外径/壁厚）值的不同会有所增减。当减径量比较大时，管材内表面会变得比较粗糙。空拉分类：整径（或减径）空拉、成型空拉。整径（减径）空拉：用于生产小直径管材，控制管材的直径尺寸。成型空拉：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。应用：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。,3.1.3管材拉拔的一般方法及适用范围,（1）空拉,9,定义：将管坯套在表面抛光的圆柱形芯棒上，使芯棒与管坯一起从模孔中拉出，实现减径和减壁。特点：管坯与芯棒之间摩擦力的方向与拉拔方向一致，使拉拔力减小，从而可增大道次加工率；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。主要缺点：要准备大量表面抛光的长芯棒；要有专门的脱芯棒机构。应用：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,（2）长芯棒拉拔,10,拉拔时，将带有短芯棒的芯杆固定，管坯通过芯棒与模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方法。管材内表面质量比空拉的好，但不适合拉拔细长管材。,3.1.3管材拉拔的一般方法及适用范围,（3）固定短芯棒拉拔,11,拉拔过程中，芯头不用固定，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，实现管材的减径和减壁。游动芯头拉拔是目前管材生产中较为先进的一种方法，非常适合长管和盘管生产，对于提高生产率、成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,（4）游动芯头拉拔,12,将芯杆套入带底的管坯中，操作时芯杆与管坯一同从模孔中顶出，实现减径和减壁。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,（5）顶管法,13,将扩径芯头装入直径较小的管坯中拉拔，管坯通过扩径后，直径增大，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径管材。,3.1.3管材拉拔的一般方法及适用范围,（6）扩径拉拔,14,主要优点：（1）尺寸精确，表面光洁度高。（2）设备简单，维修方便，在一台设备上可以生产多种品种、规格的制品。（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。丝（线）材：100.002mm；管材：外径0.1500mm；壁厚最小达0.01mm；壁厚与直径的比值可达到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度提高。,3.1.4拉拔法的特点,15,主要缺点：（1）受拉拔力限制，道次变形量小，往往需要多道次拉拔才能生产出成品。（2）受加工硬化的影响，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。（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，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，往往需要多道次成型。,3.1.4拉拔法的特点,16,公元前2030世纪，把金块锤锻后，通过小孔手工拉制细金丝，同时出现了类似于拉线模的东西。公元12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，使拉拔走上了机械化作业的道路。1871年，出现了连续拉线机。进入20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80m/s；圆盘拉拔机最大圆盘直径为3m，生产4050mm以下管材，速度可达25m/s，最大长度可达6000m以上。,3.1.5拉拔技术的发展进步,17,第三节管棒型线材拉拔,3.1拉拔概述3.2拉拔时的应力与变形3.3拉拔力3.4拉拔设备与工具3.5拉拔工艺,18,主要内容：圆棒材、管材拉拔时的应力与变形；拉拔制品的残余应力。难点：管材空拉时的应力与变形；拉拔制品中的残余应力分布。目的和要求：掌握圆棒拉拔时的应力分布；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。,3.2拉拔时的应力与变形,19,图棒材拉拔时的变形区形状,3.2.1.1变形区的形状,变形区的形状如图所示。,通常按速度场可把变形区分三个区：、区，弹性变形区；区，塑性变形区。,3.2拉拔时的应力与变形,3.2.1圆棒材拉拔时的应力与变形,20,3.2.1.2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。外力：拉拔力P，模壁正压力N，摩擦力T。应力：变形区中的金属基本上处于两向压（r、）、一向拉（l）的应力状态。由于金属的轴对称变形，其应力也呈轴对称状态，即r。应变：变形区中的金属基本上处于两向压缩（r、）、一向延伸（l）的变形状态。,3.2.1圆棒材拉拔时的应力与变形,21,图拉拔时的受力及变形状态,3.2.1圆棒材拉拔时的应力与变形,22,3.2.1.3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。,图圆棒拉拔时的坐标网格变化,拉拔时金属的变形流动在一定程度上与挤压相似，其坐标网格在拉拔前后的变化情况也与挤压时基本相同，但其变化比挤压时简单，金属流动的不均匀性也比挤压时小。变形区内金属的变形规律：外层金属的延伸变形比内层的大；外层金属的压缩变形也大于中心层。,3.2.1圆棒材拉拔时的应力与变形,23,（1）应力沿轴向分布l入l出r入r出入出,变形区中的应力分布如图示。,图变形区内的应力分布,3.2.1.4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,24,原因：稳定拉拔过程中，变形区内任一横断面向模孔出口方向移动时，面积逐渐减小，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，通过此断面作用在变形体的l必须逐渐增大。根据塑性方程，可得：l-（-r）=Kzhl+r=Kzh如果把金属的变形抗力看成是常数，则随着l向出口方向增大，r和必然减小。另外，r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。,3.2.1圆棒材拉拔时的应力与变形,25,（2）应力沿径向分布r外r内外内l外l内,原因：在变形区，金属的每个环形的外面层上，作用着径向应力r外，在内表面上作用着r内，由于r总是力图减小其外表面，这就需要r外大于r内。距离中心层越远，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。另外，在径向上l外0，即r（l+）/2时，r为正，管壁增厚。当r-m=0，即r=（l+）/2时，r为0，管壁厚不变。当r-m0故：sin1-fcos10tan1tan1-(1),（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2衬拉,芯头在变形区中稳定的条件,47,式中：1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角。满足此条件，在拉拔过程中，芯头不会从变形区中退出。另外，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1不大于模角.即1-(2)一般情况下，-1=3左右。满足(1)(2)两条件。,48,图游动芯头拉拔时的变形区,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2衬拉,游动芯头拉拔时管子的变形过程,49,游动芯头拉拔时的变形区可分为5个区域：区空拉区。区减径区。在减径的同时也有减壁，减壁量大致等于空拉区的壁厚增量。区第二次空拉区。管子内表面由于拉应力方向的改变而稍微离开芯头表面。区减壁区。主要实现壁厚的减薄。区定径区。一般只产生弹性变形。,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2衬拉,游动芯头拉拔时管子的变形过程,50,（3）游动芯头拉拔,3.2.2.2衬拉,特点,a、可实现盘管及生产很长的管材，生产效率高，成品率高，内表面质量好。b、拉拔力比固定芯头拉拔小15%左右。,51,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，这里不再重复。,（4）顶管法拉拔,3.2.2.2衬拉,52,（5）扩径,3.2.2.2衬拉,扩径有压入扩径和拉拔扩径。,图扩径拉拔示意图a-压入扩径；b-拉拔扩径,53,（5）扩径,3.2.2.2衬拉,图扩径时的变形力学图a-压入扩径；b-拉拔扩径,54,压入扩径适合大直径、长度短的管材扩径，一般管材的长度不大于直径的10倍。应力状态为两向压l、r和一向拉，在管材外表面的r为0。变形状态为两向压缩变形l、r和一向延伸变形，即长度变短，壁厚减薄，直径增大。拉拔扩径一般用于小断面薄壁长管的扩径。拉拔扩径的应力与变形状态除轴向应力l为拉应力外，其他与压入扩径相同。,（5）扩径,3.2.2.2衬拉,55,3.2.3拉拔制品残余应力,由于变形不均，在拉拔结束、外力去除后残留在制品中的应力残余应力。,分析拉拔棒材中的残余应力。整个断面均发生塑性变形时，残余应力分布如图所示。,3.2.3.1拉拔棒材中的残余应力分布,56,图拉拔棒材中的残余应力,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。,57,（1）轴向残余应力外层拉、中心层压在拉拔过程中，由于金属流动不均，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，其结果在外层产生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。（2）周向残余应力外层拉、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，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。,3.2.3.1拉拔棒材中的残余应力分布,58,（3）径向残余应力外表面为0外，整个断面上受压，中心最大在径向上，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。在外表面这种弹性恢复不受限制，但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,59,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生一定程度的影响。（1）摩擦系数摩擦系数大，不均匀变形加剧，残余应力增大。（2）断面收缩率（减径量）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。（3）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，接触面长度大，不均匀变形增大，残余应力越大。（4）材质被拉拔材料的弹性模量E越大，根据=E，残余应力也越大。,3.2.3.2影响残余应力的因素,60,（1）主要危害导致某些合金制品如黄铜产生应力腐蚀，是产生应力腐蚀的根源（如硬铝、超硬铝、含Mg量大于3%的Al-Mg系合金，都具有scc倾向）。前提是：有拉应力，有腐蚀性介质。导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和形状，影响制品使用。继续机加工时，若残余应力不是对称消失，则导致制品变形、弯曲。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,61,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：提高模具表面硬度；对模具进行渗氮等处理；使用中经常抛光模具工作面；采用良好的工艺润滑等。合理设计模具，采用最佳模角。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。矫直。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13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。低温退火，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,（2）消除或减小残余应力的措施,62,图拉拔棒材辊矫后残余应力分布,图拉拔棒材退火前后残余应力变化a-退火前；b-退火后,63,第三节管棒型线材拉拔,3.1拉拔概述3.2拉拔时的应力与变形3.3拉拔力3.4拉拔设备与工具3.5拉拔工艺,64,3.3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。主要内容：影响拉拔力的因素分析；拉拔力计算。目的和要求：根据影响拉拔力的各种因素分析结果，能够正确选用有关拉拔力计算式，计算各种情况下拉拔力。,65,（1）被加工金属性质抗拉强度越大，拉拔力越大。（2）变形程度随着断面减缩率的增加，拉拔力增大。（3）模角随着模角变化，拉拔应力发生变化。模角小，接触面积增加，拉拔应力增大；模角大，剪切变形增大，润滑条件变差，也使拉拔应力增大。因此，存在着一个拉拔力的最小值，其相应的模角称为最佳模角。一般认为棒材模是69，管材模为1112。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,66,（4）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。在低速（5m/min以下）拉拔时，随着拉拔速度增加，变形抗力升高，拉拔应力增大。在较高速度（650m/min）拉拔时，随着拉拔速度增加，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；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,67,图拉拔力与拉拔速度的关系曲线,68,（5）摩擦及润滑摩擦系数越大，拉拔力越大。一般的润滑方法所形成的润滑膜较薄，未脱离边界润滑的范围，其摩擦力仍较大。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。,3.3.1影响拉拔力的主要因素,69,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。,流体动力润滑,70,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。,3.3.1影响拉拔力的主要因素,流体静力润滑,71,3.3.1影响拉拔力的主要因素,图反拉力对拉拔力及模子压力的影响,（6）反拉力,72,反拉力的影响是两方面的。随着反拉力Q的增加，一方面，拉拔力Pq逐渐增加；另一方面，模壁受到的压力Mq近似直线下降，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Qc。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。,3.3.1影响拉拔力的主要因素,（6）反拉力,73,对拉拔模具施以振动，可以显著降低拉拔力，继而提高道次加工率。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。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。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。模具与工件脱离接触使得润滑剂易于进入接触面，从而提高了润滑效果，减小了摩擦。拉拔力的降低主要是由于模具振动而产生的冲击力所造成。对拉拔模具（模、芯头）施加声波或超声波振动，可显著降低拉拔力，现已出现超声拉拔新技术。,（7）振动的影响,3.3.1影响拉拔力的主要因素,74,图模具震动引起接触情况的变化a-无振动时；b-振动脱离接触；c-震动产生冲击,75,3.3.2拉拔力计算,拉拔力是拉拔变形的基本参数，确定拉拔力的目的在于提供设计拉拔机与校核拉拔机部件强度、选择与校核拉拔机电机容量，以及制定合理的拉拔工艺规程所必需的原始数据。同时，确定拉拔力是研究拉拔过程不可缺少的资料。拉拔力的理论计算方法较多，有平均主应力法。滑移线法、上界法以及有限元法等，而目前应用较广泛的为平均主应力法，平均主应力法又称工程法。,76,（1）加夫里连柯算式P=s均F1（-1）（1+cot）(圆棒)P=s均(F0-F1)(1+Afctg)(非圆棒)式中：s均拉拔前后金属屈服极限算术平均值，可取b均s均；F0、F1制品拉拔前后断面积；延伸系数,=F0/F1。A制品周长与等圆断面周长之比；摩擦系数；模角。,3.3.2.1棒材拉拔力计算,77,（2）彼得洛夫计算式P=s均F1(1+fctg)ln式中：延伸系数,=F0/F1。,3.3.2.1棒材拉拔力计算,78,3.3.2.2.1空拉（1）阿利舍夫斯基计算式P=1.2b均F1式中:=(tg+f)/(1-ftg)tg=1-F1/F0(道次加工率)（2）叶麦尔亚涅恩科计算式a、当S/D0.05时:P=1.1b均EF1b、当S/D0.05时:P=1.2b均EF1式中：E=(tg+f)/(1-ftg)tg1-f/；断面减缩率，=(1-F1/F0)100%。,3.3.2.2管材拉拔力计算,79,3.3.2.2.2固定短芯棒拉拔（1）阿利舍夫斯基计算式P=1.05b均1F1式中:1=(tg+f)/(1-ftg)tg+Cf/tg；C拉拔前后管材的平均直径之比，C=D0均/D1均。（2）叶麦尔亚涅恩科计算式P=1.05b均E1F1式中:E1=(tg+f)/(1-ftg)tg+af/tga=(D1-S1)/(D1-2S1)D1、S1分别为管材的外径、壁厚。,3.3.2.2管材拉拔力计算,80,3.3.2.2.3长芯杆拉拔叶麦尔亚涅恩科计算式P=1.75b均E2F1式中:E2=(tg+f)/(1-ftg)tg-af/tg,3.3.2.2管材拉拔力计算,81,3.3.2.2.4游动芯头拉拔P=F11.6s均a(F0/F1)ln式中:a=(tg+f1)/(1-f1tg)tgf2d1/(D1tg)f1、f2管材与模子、芯头间摩擦系数；s均拉拔前后金属真实屈服极限平均值；D1、d1拉拔后管材的外径、内径。,3.3.2.2管材拉拔力计算,82,小结本章除了教材上的拉拔力计算式外，又介绍了几个有关计算式，关键是如何根据拉拔的具体条件，正确的选择相应的算式及确定有关参数。,83,第三节管棒型线材拉拔,3.1拉拔概述3.2拉拔时的应力与变形3.3拉拔力3.4拉拔设备与工具3.5拉拔工艺,84,主要内容：拉拔设备简述；拉拔模设计；拉拔芯头设计。重点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。难点：拉拔模设计；拉拔芯头设计。目的和要求：对拉拔设备有基本的了解；掌握拉拔模和拉拔芯头的使用条件和设计方法。,3.4拉拔设备及工具,85,3.4.1.1管棒材拉拔机管棒材拉拔机有各种各样的形式，目前应用最广泛的是链式拉拔机，比较先进的是连续拉拔矫直机列和圆盘式管材拉拔机。（1）链式拉拔机特点：结构简单，操作方便，适应性强，在同一台设备上可以拉拔管、棒、型材。,3.4.1拉拔设备简介,86,图链式拉拔机示意图1-电动机与减速机；2-主动链轮；3-链条；4-机架；5-小车挂钩；6-拉拔小车；7-制品；8-从动链轮；9-模座；10-机座；11-固定短芯棒与芯杆；12-尾架,87,（2）联合拉拔机列对于495mm管材，340mm棒材，趋向于将拉拔、矫直、锯切、抛光及探伤等组合在一起形成一个机列，以提高生产效率和产品质量。特点：机械化、自动化程度高，所需生产人员少，生产周期短，生产效率高；产品质量好，表面光洁度高，弯曲度小；设备重量轻，结构紧凑，占地面积小。,3.4.1.1管棒材拉拔机,88,图管棒材联合拉拔机列示意图1-放料架；2-轧尖机；3-导轮；4-预矫直；5-模座；6、7-拉拔小车；8-主电动机；9-小车钳口；10-水平矫直；11-垂直矫直；12-剪切装置；13-料槽；14-抛光机；15-小车钳口；16-小车中间夹板,89,图11-3倒立式圆盘拉拔机示意图1-卷筒；2-模子；3-放料架；4-受料盘,（3）圆盘拉拔机,圆盘拉拔机主要用于生产盘管制品。管坯打头后从模子2中穿过，被与卷筒连接的钳口夹住，随着卷筒1转动被拉出模孔缠绕在卷筒上。在卷筒的下方有一个与其同速转动的受料盘，在拉拔过程中可边拉拔边卸料，拉拔管材的长度可不受卷筒长度的限制。特点：生产效率高，成品率高，可生产长度达几千米甚至上万米长的制品。,3.4.1.1管棒材拉拔机,90,3.4.1.2拉线机拉线机按工作制度分为单模拉线机和多模拉线机两大类。1）单模拉线机拉拔时只通过一个模子的拉线机。单模拉线机有多种类型，都是由一个电动机驱动，拉拔速度60120m/min，钢线卷的重量可达2000kg。为提高生产效率，在电线生产中则采用了包括拉拔、中间退火、表面处理等连续自动生产线。,3.4.1.2拉线机,91,图铝电信电缆线连续生产线1-线坯；2、4-模子；3、6-感应加热；5-洗净；7-冷却；8-牵引辊；9-卷筒；10-空冷；11-塑料绝缘；12-张紧辊,92,2）多模连续拉线机拉拔时，线材连续同时通过多个模子，而在每两个模子之间有绞盘，线以一定的圈数缠绕于其上，借以建立起拉拔力。根据在拉拔时线与绞盘间的运动速度关系，又可分为滑动式多模连续拉线机与无滑动式多模连续拉线机。,3.4.1.2拉线机,93,特点：除了最后的收线盘外，线与绞盘圆周的线速度不相等，存在着滑动。分类：滑动式多模连续拉线机按其绞盘的结构、布置形式及润滑方式大致分为：立式和卧式圆柱形绞盘连续拉线机，卧式塔形绞盘连续拉线机，多头连续多模拉线机。卧式塔形绞盘连续多模拉线机是滑动式拉线机中应用最广泛的现代拉线机，主要用于拉细线。多头拉线机是比较现代化的拉线机，可同时拉几根线，并且每一根线通过多个模连续拉拔。应用：滑动式多模连续拉线机主要用于铜、铝线及钢、不锈钢及铜合金细线拉拔。,（1）滑动式多模连续拉线机,2）多模连续拉线机,3.4.1.2拉线机,94,图塔形绞盘连续多模拉线机1-模子；2-绞盘；3-卷筒；4-线,95,特点：拉拔时线与绞盘之间没有相对滑动。a、储线式无滑动多模连续拉线机工作特点：每个绞盘上可以储存若干圈数的线，根据拉拔条件的变化，线圈数可以自动增加或减少。通常用于拉拔钢线或铝线。储线式无滑动多模拉线机有多种结构形式，广泛应用的是双层储线式无滑动拉线机。,（2）无滑动式多模连续拉线机,2）多模连续拉线机,3.4.1.2拉线机,96,图双层储线式拉线机1-线坯；2-电动机；3-减速机；4-下绞盘；5-上绞盘；6-滑环；7-导轮；812-模子,97,b、非储线式无滑动多模连续拉线机拉拔绞盘与线材之间无滑动。在拉拔过程中，不允许任何一个中间拉拔绞盘上有线材积累或减少。为了消除线与绞盘之间的滑动，一般在绞盘上绕上710圈线。主要特点：在拉拔过程中可借助张力轮自动调整绞盘速度，并借助平衡杠杆的弹簧建立反拉力。,（2）无滑动式多模连续拉线机,2）多模连续拉线机,3.4.1.2拉线机,98,图绞盘速度自动调节机构1-张力轮；2-平衡杠杆；3-拉力弹簧；4-扇形齿轮；5-齿轮；6-变阻器；7-挡块,99,3.4.2.1拉拔模种类、特点及应用有普通模、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，因此弧线形模一般只用于细线的拉拔。管、棒、型及粗线通常都采用锥形模拉拔。,3.4.2拉拔工具,100,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。,（1）普通模,3.4.2.1拉拔模种类、特点及应用,101,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,（2）辊式模,3.4.2.1拉拔模种类、特点及应用,102,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。,（3）旋转模,3.4.2.1拉拔模种类、特点及应用,103,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,3.4.2拉拔模设计,图锥形拉拔模孔的几何形状-润滑带；-压缩带；-定径带；-出口带,锥形模的模孔一般由四部分组成：润滑带、压缩带、定径带、出口带。,104,（1）润滑带（入口锥、润滑锥）作用：在拉拔时便于润滑剂带入模孔，保证制品得到充分润滑，减少摩擦；并带走产生的部分热量；防止划伤坯料。a、润滑锥角：通常取=4060。过大，润滑剂不易储存，润滑效果差。过小，拉拔过程中产生的金属屑、粉末不易从模孔中随润滑剂流出，堆积在模孔中易造成制品划伤、“缩丝”、拉断等。b、润滑锥长度L：L=(1.11.5)d。对于管、棒材拉拔模，润滑锥通常用R=48mm的圆弧代替。,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,105,（2）压缩带（压缩锥、工作锥）作用：金属产生塑性变形，获得所需要的形状、尺寸。形状：锥形和弧线形。弧线形主要用于拉拔1.0mm以下线材。对于大、中规格模子，由于变形区较长，制造弧线形困难，故用锥形模。a、模角过小，在坯料尺寸不变的情况下，将使坯料与模壁的接触面积增大。过大，单位正压力越大，润滑剂很容易从模孔中被挤出，使润滑条件恶化。并且使金属在变形区中的流线急剧转弯，导致附加剪切变形增大，使拉拔力和非接触变形增大。同时，模子的磨损加剧。存在着一个合理模角。一般棒、线材，=69；管材=1112。b、压缩带长度LL=a(D0-D1)/2cot式中：D0坯料允许可能的最大直径；a不同心系数，取1.051.3，细制品取上限。,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,106,（3）定径带作用：使制品进一步获得稳定、精确的尺寸与形状；防止模孔磨损而很快超差，延长其使用寿命。形状：合理形状为圆柱形。对于生产细线用的拉模，由于在打磨模孔时，必须用带0.52的磨具进行打磨，故定径带亦有相同的锥度。a、定径带直径D1要考虑制品的公称尺寸及其偏差，考虑模孔的弹性变形及制品的弹性恢复，考虑模孔的磨损及模具使用寿命等。实际中，由于目前标准规定制品的直径为负偏差，故模孔的定径带直径一般都比产品名义尺寸稍小。,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,107,b、定径带长度L线材：L=(0.50.25)D1棒材：L=(0.150.25)D1空拉管材：L=(0.250.5)D1衬拉管材：L=(0.10.2)D1,（3）定径带,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,108,（4）出口带（出口锥）作用：防止制品出模孔时被划伤；防止定径带出口端因受力而引起剥落。a、锥角一般取=3045。b、出口带长度LL=(0.20.3)D1,3.4.2.2锥形模的结构尺寸,109,3.4.2.3模子材质常用以下几种:（1）金刚石其特点是质脆，硬度极高，耐磨性好。但价格昂贵，加工困难。一般用于拉拔直径在0.30.5mm的细线时使用。现已扩展至1-2.5mm的线材。金刚石模的模芯由金刚石加工而成，然后镶入钢制模套中。,3.4.2拉拔模设计,图金刚石模1-金刚石模芯；2-模框；3-模套,110,（2）硬质合金硬度仅次于金刚石，价格较便宜。一般用于拉拔40mm以下的制品。对于一些精度要求高、批量大的大规格产品，有些生产厂家逐渐采用硬质合金模。同金刚石模一样，硬质合金模也是由硬质合金模芯和钢制模套组装而成。,3.4.2拉拔模设计,3.4.2.3模子材质,图硬质合金模1-硬质合金模芯；2-模套,111,（3）工具钢对于大、中规格制品，一般采用工具钢，在其模孔工作面上镀铬，其厚度为0.020.05mm。工具钢的材质常用T8A、T10A优质工具钢，经热处理后硬度达HRC5865。近年来，研究用陶瓷材料制作拉拔模具，提高硬度和耐磨性。,3.4.2拉拔模设计,3.4.2.3模子材质,112,1）芯棒的外形结构尺寸（1）固定短芯棒的结构尺寸芯棒可设计成实心的和空心的。实心芯棒常用于12mm以下规格管材拉拔；12mm以上规格用空心芯棒拉拔。芯棒的形状一般是圆柱形的，也可略带0.10.3mm的锥度。拉拔直径小于5mm的管材时也可用细钢丝代替芯棒。芯棒的结构形式见图。,3.4.2拉拔模设计,3.4.2.4拉拔芯棒（芯头）设计,113,图常用芯棒的结构形式a-空心圆柱芯棒；b-实心圆柱芯棒；c-空心锥形芯棒；d-实心锥形芯棒,3.4.2.4拉拔芯棒（芯头）设计,114,（2）游动芯头的结构尺寸,图游动芯头的形状、尺寸参数,3.4.2.4拉拔芯棒（芯头）设计,115,2）芯棒材质芯棒的材质一般为钢或硬质合金。（1）钢对于中、小规格芯棒，一般用35号钢，T8A，30CrMnSi等，表面镀铬。大规格芯棒，多采用含碳量为0.81.0%的钢，淬火后硬度HRC为60左右。（2）硬质合金主要用于制作中、小规格芯头，常用YG15。,3.4.2拉拔模设计,3.4.2.4拉拔芯棒（芯头）设计,116,第三节管棒型线材拉拔,3.1拉拔概述3.2拉拔时的应力与变形3.3拉拔力3.4拉拔设备与工具3.5拉拔工艺,117,主要内容：拉拔工艺流程；配模设计；拉拔时的润滑；拉拔制品的质量控制；特殊拉拔方法简介。重点、难点：配模设计。目的和要求：了解拉拔生产工艺流程。掌握圆棒拉拔配模设计的原则和方法。其它了解。,3.5拉拔工艺,118,3.5.1拉拔生产工艺流程不同金属、不同合金、不同品种、不同状态、不同规格制品，其拉拔生产工艺流程往往不同，有时甚至相差很大。（1）铝合金管材拉拔工艺流程坯料退火刮皮碾头拉拔整径矫直锯切检验。（2）铜合金管材拉拔工艺流程坯料酸洗碾头拉拔矫直锯切预检成品退火检验。（3）钢管拉拔工艺流程管坯打头热处理酸洗磷化皂化拉拔成品热处理矫直锯切检验。,119,3.5.2拉拔配模设计3.5.2.1拉拔配模拉拔配模设计（概念）：根据成品的尺寸、形状、机械性能、表面质量及其他要求，确定坯料尺寸（有时坯料尺寸是确定的）、拉拔方式、拉拔道次及其所使用的工模具的形状和尺寸。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。（正确的配模设计，除能满足上述要求外，还应保证在尽量减少断头、拉断次数和裂纹、裂口等缺陷的情况下，减少拉拔道次以提高生产率和设备利用率。）,理论+经验,120,1）实现拉拔过程的必要条件L=P/FL1（3-2）k值大小与被拉金属的性质、直径、状态、拉拔方式、拉拔变形条件（温度、速度、反拉力等）等有关。通常k=1.42.0。,1）实现拉拔过程的必要条件,3.5拉拔工艺,122,2）拉拔配模设计的内容（1）坯料尺寸的确定管棒圆形制品、异型管材、实心型材拉拔时坯料尺寸的确定（2）中间退火次数的确定（3）拉拔道次的确定（4）道次延伸系数的分配（5）计算拉拔力及校核各道次安全系数,123,a.坯料断面尺寸F0=F1式中：总延伸系数；F0、F1分别为坯料和成品断面积。确定应考虑以下因素影响:,（1）坯料尺寸的确定管棒圆形制品坯料尺寸的确定,2）拉拔配模设计的内容,制品性能的要求不同的交货状态，对制品力学性能的要求不同。=中成（2-2）式中：中中间道次延伸系数，一般不控制；成成品道次延伸系数，根据制品性能要求确定。,124,操作上的要求每一道减壁的同时也要减内径。即芯头必须比管坯内径小。一般减壁道次nS应小于减径道次nD。通常，nD=nS+1减壁道次根据合金、规格的不同来确定，一般为12次，壁薄、塑性差的合金可安排3道次或更多道次。,成品表面质量要求为了消除坯料表面带来的或多或少的一些缺陷，必须有一定的变形量。坯料的供给条件对于由挤压提供的坯料，一方面，挤压制品的偏差相对较大，在选择坯料尺寸时应考虑到这一点；另一方面，如果其壁厚较薄时，要考虑挤压机能否挤动；还要考虑偏心的影响。,管棒圆形制品坯料尺寸的确定,125,拉拔时的总减壁量一般控制在12mm。带芯头拉拔时，管材内径减缩量一般为38mm。则：管坯内径为：d0=d1+n(38)+1式中：n带芯头拉拔道次；d0、d1分别为坯料和成品管内径，mm；1整径量，mm。管坯外径D0为：D0=d0+2（12）mm。,管棒圆形制品坯料尺寸的确定,a.坯料断面尺寸,126,应根据成品定尺长度和设备条件，一般尽量选择长一些。L0=(nL1+L余)/+L夹+L差式中：L1成品定尺长度；n切定尺根数；L余切头尾余量；L夹拉拔夹头长度，取150350mm；L差管材坯料壁厚负偏差余量。,管棒圆形制品坯料尺寸的确定,b.坯料长度L0,127,异型管材拉拔时坯料尺寸的确定对于用拉拔方法生产的异形断面无缝管材，成型前的异形断面管材的坯料为相同壁厚的圆管。当管材壁厚减薄到成品壁厚尺寸时，通过12道次空拉，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。变成所需要的异形管材。过渡前的圆管直径D为：D=(1.021.04)异形管周长,（1）坯料尺寸的确定,128,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35以确保棱角等部位能充满。,异型管材拉拔时坯料尺寸的确定,（1）坯料尺寸的确定,129,实心型材拉拔时坯料尺寸的确定成品的外形必须包括在坯料的外形之中；型材各部分的延伸系数应尽量相等；形状要逐渐过渡，并有一定的过渡道次。,（1）坯料尺寸的确定,130,（2）中间退火次数的确定,2）拉拔配模设计的内容,坯料在拉拔过程中会产生加工硬化，塑性降低，使道次加工率减小，甚至频繁出现断头、拉断现象。因此需要进行中间退火以恢复金属的塑性。中间退火的次数N可以计算获得。,131,为总延伸系数；,（3）拉拔道次的确定,为道次的平均延伸系数。,2）拉拔配模设计的内容,n为总拉拔道次数；,132,（4）道次延伸系数的分配,适于塑性好、冷硬速率慢的材料，可充分利用其塑性在中间道次给予较大的变形，为精确控制成品尺寸精度，成品道次给予小的变形。,适于冷硬速率块的材料。,（5）计算拉拔力及校核各道次安全系数,2）拉拔配模设计的内容,经验法,计算法,133,3）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。,134,a成品的外形必须包括在坯料的外形之中；,b为使变形均匀，坯料各部分的延伸系数应尽量相等；实际中满足此点很困难，一般情况下，要求高的面给予较大的变形；,c坯料与模孔各部分尽量同时接触，否则由于未被压缩部分的强迫延伸，引起形状尺寸不精确。为保证这一点，各部分的模角应不同；d带锐角的型材，形状要逐渐过渡，并有一定的过渡道次。,总之，设计原则是：使坯料各部分同时得到尽可能均匀的压缩。,3）拉拔配模设计（2）型材拉拔配模设计,135,3）拉拔配模设计（2）型材拉拔配模设计,根据上述原则，在实际生产中常常采用BB兹维列夫提出的“图解设计法”进行型材配模设计。,图用图解法设计空心导线用的型线配模,图断面85m电车线的形状与尺寸,136,3）拉拔配模设计（2）型材拉拔配模设计,图抗拉强度与变形程度之间的关系1-H62；2-紫铜；3-LY12,图断面85m电车线配模图,137,3）拉拔配模设计（3）圆管拉拔配模空拉配模设计在确定空拉道次变形量时，要考虑金属出模口的强度以防拉断及过程的稳定性，还要考虑S0/D0比值和最佳模角的选择问题。生产中，空拉时的道次极限延伸系数可达1.51.8，一般以1.4-1.5为宜。外径减缩量2-7mm，小管下限。道次减径量不能超过壁厚的6倍。减径量过大或过小对管子质量和拉拔生产都有不利影响。,138,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。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：,D,d,139,（4）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。,此外，要保证成型拉拔时能顺利地放入芯头。,3）拉拔配模设计,140,（5）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24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。,3）拉拔配模设计,141,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。拉拔力是靠绞盘转动带动线产生的。,（5）线材拉拔配模设计,A带滑动拉拔配模设计,图带滑动多模连续拉拔受力分析,142,与的关系可由柔性体绕圆柱体表面摩擦规律（欧拉公式）得到。,m为绕线的圈数，一般为24圈；f为线与绞盘间的摩擦系数，一般取0.1，则e2mf=3.56.6；因此：,A带滑动拉拔配模设计,143,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由于线与绞盘之间存在着滑动，un与vn的关系有以下三种可能情况：unvn，此时摩擦力方向朝前，过程是稳定的。因此，unvn，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。,A带滑动拉拔配模设计,144,c.在拉拔过程中如何保持unvn一般情况下，un是拉拔机设计值，是不可变的。故只能考虑vn，使其小于un。在稳定拉拔过程中，每个绞盘上的绕线圈数是不变的。根据秒体积相等原理：v0F0=v1F1=v2F2=vnFn=vkFk所以：vn=vkFk/Fn式中：vk收线盘的线速度；Fk成品线材断面积；Fnn绞盘上线的断面积。,A带滑动拉拔配模设计,145,此式说明：从第n个模子拉出的线的速度vn只与收线盘速度vk、成品线断面积Fk及拉出线的断面积Fn有关，与其他中间绞盘上的线的速度及直径无关。在拉拔过程中，模孔的磨损是不可避免的。模孔的磨损，可能会引起上述关系的破坏，从而影响拉拔过程的稳定。,成品模磨损vk是收线盘的线速度，在拉拔过程中不变化。当成品模磨损使模孔增大时，Fk增大，会使vn增大，则各绞盘的滑动率Rn就会减小。易造成断线。第n个模子磨损当第n个模子模孔磨损后，Fn增大，vn变小，导致n绞盘上的滑动率Rn增加，对其他绞盘的线速度无影响。,c.在拉拔过程中如何保持unvn,v0F0=v1F1=v2F2=vnFn=vkFk,146,即当第n个模子磨损后，Fn增大，使Rn增大，不等式unvn容易成立。但成品模磨损后，Fk增大，不等式unvn就不容易成立。因此，为了实现稳定拉拔，还应保证成品模磨损后不等式unvn仍然成立。即：vn=vkFk/Fnvk/un由于在收线盘上vk=uk，所以，Fn/Fkuk/un,即：nkkn式中：延伸系数；绞盘的速比。此式说明：当第n道次以后的总延伸系数大于收线盘与第n个绞盘圆周线速度之比，才能保证成品模磨损后不等式unvn仍然成立。这就是带滑动多模连续拉拔配模的必要条件。,c.在拉拔过程中如何保持unvn,147,在拉拔过程中，当使用的润滑剂较粘稠或者线、绞盘局部有缺陷时，可能会产生线与某绞盘在瞬间产生局部粘结，即瞬间不产生滑动，使vn增大。vn增大，使得该道次之前所有的线与绞盘间的滑动率减小，即vn-1、vn-2、vn-3、v1均增加，从而在瞬间可能造成断线。这种情况在穿线时也可能发生。为了防止断线，即发生粘结时un=vn情况下，要使un-1vn-仍然成立，则：vn-1=Fnun/Fn-1un/un-1nn即：