金属塑性加工——拉拔篇思考题

1、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

2、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l=pl/flsb。若s，缩颈；若s,拉断。k=b/l1，k=1.4-2.0。被拉金属出口的抗拉强度b与拉拔应力l之比称为安全系数k。实现拉拔过程的必要条件为：k1。（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l=(0.7-0.5)b。如果k1.40，则由于加工率过大，可能出现断头、拉断；k2，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

3、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（r、）、一拉（l）。 变形状态：两压（r、）一拉（l）。 应力分布规律：1）应力沿轴向的分布：轴向应力l由变形区入口端向出口端逐渐增大，即lrlch；周向应力及径向应力r则 从变形区入口段到出口端逐渐减小，即rch，和rrrch。2）应力沿轴向的分布：周向应力及径向应力r由表面向中心逐渐减小，即w n和rwrn；而轴向应力l分布情况恰好相反，中心处的轴向应力l大，表面的l小，即lwln。 （2）管材空拉：应力状态：两压（r、）一拉（l）。变形状态：是三维变形，即轴向延伸，周向压缩，径向

4、延伸或压缩。应力分布规律：主应力l、r、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r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；周向应力的分布规律则是由管子外表面向内表面逐渐增大，即wn。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r-m；（其中m=(l+r+）/3）。r(l+)/2时，则r为正，管壁增厚；当r

5、-m=0，亦即r= (l+)/2时，则r-m =0，管壁厚不变；r(l+)/2时，则r-m0，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r均匀分布，则在不同的壁厚处产生的周向压应力将会不同，厚壁处的小于薄壁处的。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，值越大，壁厚增加得也越大，薄壁处在

6、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，l，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，ld ，l，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。

7、 可得平衡方程：n1sin1-t1cos1-t2=0 n1 (sin1-fcos1)=t2由于n10和t20故 sin1-fcos10tan1tan a. 1，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1，即游动芯头的锥角1小于或等于拉模的模角，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

8、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

9、。?，?，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

10、=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

11、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)d1 iv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?h

12、0.5d)dw?(1?k)d1 1 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

13、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