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。
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: b 为安全系数,则实现拉拔的必要条件是:安
L
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
σK=
σ
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。
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
应力状分布规律:
。(内表面为自由表面,径向变形阻力小。)
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:
' ,λ 为瞬时的非负dεr=λ⋅σr
σ+σθ2
(σr-L)32,因此
的比例系数。又
'=σr-σm=σr
当σr>(σL+σθ)2时,壁厚增加; 当σr=(σL+σθ)2时,壁厚不变; 当σr
由于 σr 相对与σL 和 σθ 较小,因此近似有:
当 0>σL+σθ 时,壁厚增加; 当 0=σL+σθ 时,壁厚不变; 当 0
由于 σL 沿轴向上越来越大,σθ 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 D0S0 ,研究认为: 当 D0S0 >7.6时,只增壁;当 D0S0
当 D0S0 =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,σL 越大,增壁趋势越弱。 道次加工率:越大,σL 越大,增壁趋势越弱。 润滑:润滑时摩擦小,σL 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 σr 分布均匀,则薄壁处的 σθ 大,因为 σθ 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 σθ 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 σθ
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
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 Qc(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。