金属拉拔工艺的基本概念

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目录1拉拔的基本概念

2拉拔的特点

3基本方法

4实现拉拔的必要条件

5管材拉拔时的应力与变形

6拉拔力

7拉拔速度

8反拉力

9拉制品的残余应力及主要缺陷

1拉拔的基本概念:

拉拔是指在外加拉力的作用下，使金属通过模孔以获得所需形状和尺寸制品的塑性加工方法。

一般在室温进行，

只有室温强度高、 塑性差的合金如 钨、锌等才加热； 是管、棒、型、线 的主要生产方法

2拉拔的特点:

1）制品的尺寸精确，表明光洁； 2）工具和设备简单，维修方便；

3）可连续高速生产小规格长制品；

4）受安全系数 K 的限制，道次变形量小，简单断面型材也难一次成形。如：

3基本方法:

1）实心材拉拔 截面为实心，如棒、型和线材拉拔。 2）空心材拉拔 截面为空心，如管和空心型材拉拔。

P 制品

模子 坯料

4实现拉拔的必要条件:

作用在制品上的拉应力小于材料的屈服极限。

若定义： 为安全系数，则实现拉拔的必要条件是：安

全系数K >1。一般取 K ＝1.4－2.0。

本文以空拉管材为例介绍拉拔

5管材拉拔时的应力与变形

1）空拉:

按目的不同有：

减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不大（0.5－1），一般在最后道次进行；

定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。

L b K σ

σ=

2）应力

应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为 压，轴向为拉，但

，且有

。（内表面为自由表面，径向变形阻力小。）

应力状分布规律：

3）变形（应变）

应变状态：轴向延伸、周向压缩、径向可能是延伸、压缩或为0（不变），

这取决于三个应力之间的关系。直观上看，轴向应力（拉）使壁变薄，周向应力（压）使壁变厚。从力学角度分析有：

r

r d σλε'?= ，λ 为瞬时的非负

的比例系数。又

)2(32

θσσσσσσ+-=-='L r m r r

，因此

当2)(θσσσ+>L r 时，壁厚增加； 当2)(θσσσ+=L r 时，壁厚不变； 当

2)(θσσσ+

由于 r σ 相对与L σ 和 θσ

较小，因此近似有：

当 θσσ+>L 0 时，壁厚增加； 当 θ

σσ+=L 0 时，壁厚不变；

当

θ

σσ+

由于 L σ 沿轴向上越来越大，θσ

越来越小，因此，某一断面从入口向出口的变形过程中，在不同部位壁厚的变化规律是：在模子入口处增厚，到一定值时开始变薄。空拉后壁厚究竟如何变化，取决于全过程变形的累积。

4）影响空拉壁厚变化的因素

相对壁厚：坯料的直径与壁厚之比，即 0

0S D ，研究认为：

当 00S D >7.6时，只增壁；当

0S D <3.6时，只减壁；

当

0S D =3.6－7.6时，随工艺参数的不同，可能增壁、减壁或壁厚不变。

合金性能：合金越硬，L σ 越大，增壁趋势越弱。 道次加工率：越大，L σ 越大，增壁趋势越弱。 润滑：润滑时摩擦小，L σ 小，增壁趋势增加。

总之，凡是使拉拔力增大的因素，均使增壁趋势减弱，减壁趋势增加。

5）空拉纠正管坯偏心的作用

挤压坯、斜轧穿孔坯往往是偏心的，在其后安排若干道次的空拉，可将偏心

纠正过来，原理是：

A 若同一圆周上的 r σ 分布均匀，则薄壁处的 θσ 大，因为 θσ

是使壁厚增加的因素，因此薄壁处增厚的多，直至壁厚均匀； B 由于薄壁处的

θ

σ 大，因此薄壁处先发生塑性变形，产生轴向延伸，

结果在薄壁处产生轴向附加压应力，使壁增厚；厚壁处产生轴向附加拉应力，使壁减薄，直至壁厚均匀，附加应力消失。 注：当管坯偏心严重时，由于

θ

σ 过大，此时不但不能纠正偏心，还会

导致管壁失稳而向内凹陷，尤其是管壁较薄时。

6）空拉的特点

A 能纠正偏心；

B 适于小管、异型管以及盘管拉拔；

C 拉拔力小，道次加工率大；

D 操作简单；

E 制品内表面质量差、尺寸精度低。

6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。

1 影响拉拔力的因素

1）合金性能：强度高，拉拔力大；

2）变形程度：变形程度大，拉拔力大；

3）模角：与挤压类似，存在一最佳模角，其值为6－9°。

4）摩擦与润滑：润滑时，摩擦系数小，拉拔力小。

7拉拔速度

当速度<5m/min时，拉拔力随速度的升高而升高；当速度在6－50 m/min 时，拉拔力随速度的升高而降低；再增加速度，拉拔力变化不明显。

8反拉力

反拉力对拉拔力和模壁压力的影响如图。随反拉力的增加，模壁压力下降，但拉拔力开始不变，直到Q值增加到c Q（称为临界反拉力）后才开始升

高。因此，采用反拉力小于临界反拉力值进行拉拔是有利的，体现在：在不增加能量消耗的情况下，可减小模孔的磨损。

9拉制品的残余应力及主要缺陷

1）残余应力的危害

A 导致某些合金制品如黄铜产生应力腐蚀；

B 导致制品在放置和使用过程中逐渐改变尺寸和形状；

C 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。2）残余应力的消除

A 根本措施是消除不均匀变形，如减小摩擦、选择适当的模角等；

B 矫直加工；

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1－3％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；

C 低温退火，仅使金属发生回复。

3）拉制品的主要缺陷

（1）中心裂纹

A 特征：存在于内部；呈月牙形周期性分布；由变形区入口向出口越来越大；严重时表面出现细颈。

B 原因：棒材拉拔时，中心的轴向拉应力大于边部的轴向拉应力，因此中心易出现裂纹且呈月牙形。又由于轴向拉应力越向出口越大，因此裂纹一旦出现就越来越长、越来越宽。

由于裂纹的形成是能量的积聚和释放的过程，即拉应力达到一定值时，裂纹就出现，而裂纹的出现又使拉应力得到释放（降低），因此裂纹扩展道一定程度后即停止。随着变形过程的进行，又会出现第二条裂纹，呈周期性。

此外，拉拔坯料一般来源于挤压，而挤制品的外层强度高、中心强度低，这也是中心易出现裂纹的原因。

（2）表面裂纹

A 特征：存在于表部；呈月牙形周期性分布，又称三角口。

B 原因：不均匀变形使表面产生拉副应力导致的。