金屬塑性加工技術(shù)6-有色金屬管材和棒型材生產(chǎn)

1、第一章 產(chǎn)品品種與生產(chǎn)方法 第二章 擠壓 第三章 拉拔 第四章 型材和管材的孔型軋制,第五篇 有色金屬管材和棒型材生產(chǎn),第一章 產(chǎn)品品種與生產(chǎn)方法,一、 產(chǎn)品品種 棒材：斷面為實心圓形的條材。 型材(非圓斷面的條材)： 簡單型材：方形、矩形、六角形。 異形型材：角形、丁形、槽形、工形 變斷面型材：斷面沿長度方向不相同 管材(中空的斷面長條)： 外徑： 大管、小管、毛細(xì)管(0.33mm) 壁厚：厚壁管(550mm)、薄壁管(0.15mm) 長度：根(10m左右)、盤(幾百米),二、 生產(chǎn)方法,1. 棒材和型材的生產(chǎn)方法 (1) 軋制、或軋制拉伸法： 錠坯加熱孔型軋機(jī)上熱軋冷拉成形。 優(yōu)點：生產(chǎn)率

2、高、設(shè)備投資少； 缺點：表面質(zhì)量和尺寸精度差、設(shè)備和生產(chǎn)占地面積大。 (2) 擠壓一次成形(或再輔以矯直性的微量拉伸)： 適于有色棒型材品種規(guī)格多和斷面復(fù)雜的特點，產(chǎn)品表面質(zhì)量高、生產(chǎn)流程短，但成品率較低、設(shè)備和工具費用較大。 (3) 帶材冷彎法： 可制造斷面上壁厚相等的型材，如角、槽、Z等形狀的型材，生產(chǎn)率高，機(jī)動靈活。,(1) 擠壓冷軋拉伸法 用擠壓法制得管坯，再用冷軋法將其外徑、壁厚進(jìn)一步減小到接近成品的尺寸時，再拉伸而出成品。 (2) 擠壓一次成形 對于異形管、厚壁管和大直徑管材，采用擠壓法一次成形，但尺寸精度稍差。 (3) 擠壓拉伸 對于無冷軋管設(shè)備的工廠，需將擠壓出的管坯，進(jìn)行反復(fù)

3、多次的拉伸，最后制得成品。 (4) 斜軋穿生產(chǎn)管坯 用斜軋穿孔機(jī)生產(chǎn)簡便，生產(chǎn)率和成品率較高，但對粘性較大的金屬，其穿孔質(zhì)量差，另外，穿孔規(guī)格單調(diào)，可調(diào)整幅度很小，不能適應(yīng)有色管材品種多、規(guī)格雜而產(chǎn)量小的特點，也使后續(xù)變形工作量大。,2. 管材的生產(chǎn)方法,第二章 擠壓,第一節(jié) 擠壓的基本方法、品種與流程 第二節(jié) 擠壓時金屬的變形規(guī)律 第三節(jié) 擠壓時制品的組織性能及質(zhì)量控制 第四節(jié) 擠壓力的計算,第一節(jié) 擠壓的基本方法、品種與流程,一、 擠壓的基本方法 1. 擠壓的概念 對放在容器中（擠壓筒）的材料一端施加壓力，使其通過?？壮尚偷募庸し椒ā?2. 擠壓分類,(1) 根據(jù)制品特征 實心擠壓：如棒；

4、 空心擠壓：如管； 型材擠壓：如型,(2)根據(jù)材料流出?？椎姆较蚺c擠壓桿運動方向 正向擠壓：相同 反向擠壓：相反,(3) 根據(jù)擠壓力的傳輸介質(zhì) 油壓 水壓 (4) 根據(jù)材料的受力情況 普通擠壓 靜液擠壓,Conform 擠壓,有效磨擦擠壓,(1) 優(yōu)點 (1) 強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)； (2) 斷面形狀復(fù)雜； (3) 靈活性，多品種、多規(guī)格； (4) 尺寸精度、表面質(zhì)量好于熱軋； (5) 易實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和封閉化。 (2) 缺點 (1) 廢料損失大 10-15%； (2) 加工速度低；(摩擦大，溫度升高，易產(chǎn)生廢品) (3) 長度與斷面上組織和性能不均勻； (4) 工具消耗大。,3. 擠壓

5、的優(yōu)點與缺點,二、擠壓的品種,1. 棒材,(圓棒),(方棒),(六角棒),(鋁管),2. 管材,(防銹鋁管),(散熱器管),(方管),(方管),(方管),(開瓶器型材) (鋁管型材),(鋁型材) (鋁型材) (型管),3. 型材,加熱擠壓矯直 1. 加熱的方式 (1) 燃?xì)饧訜?(2) 電阻爐加熱 (3) 感應(yīng)加熱,三、 擠壓工藝流程,(1) 輥式矯直 (2) 拉伸矯直,2. 矯直,第二節(jié) 擠壓時金屬的變形規(guī)律,坐標(biāo)網(wǎng)格法-擠壓,(1) 填充擠壓階段： 即開始擠壓階段，金屬充滿擠壓筒和模孔，擠壓力急劇上升； (2) 基本擠壓階段： 即穩(wěn)定擠壓階段，擠壓力隨錠坯長度縮短、表面摩擦力總量減?。?(

6、3) 終了擠壓階段： 即紊流擠壓階段，工具對金屬的冷卻，強(qiáng)烈的摩擦，使擠壓力上升。,第二節(jié) 擠壓時金屬的變形規(guī)律,一、 正向擠壓的變形特點 1. 按流動特征與擠壓力的變化規(guī)律分成三個階段,(1) 填充擠壓階段 . 填充系數(shù) c c= F0/Fp F0：擠壓筒內(nèi)孔橫截面積 Fp：錠坯的橫截面積 鐓粗,2. 正向擠壓的變形特點,封閉空間壓力高氣泡、起皮 措施：控制長徑比 34； 梯溫擠壓（前高后低）, 擠壓比 = F0/F1 制品的斷面積為F1 變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力與變形狀態(tài),(2) 基本擠壓階段,r |r |(由中心到邊部) 主應(yīng)力分布的不均勻性 軸向 ： |變形區(qū)入口|變形區(qū)出口| |變形區(qū)邊部|變

7、形區(qū)中心| 徑向 ： |變形區(qū)入口|變形區(qū)出口| |變形區(qū)邊部|變形區(qū)中心|,作用力、應(yīng)力、應(yīng)變分布,柱坐標(biāo)應(yīng)力,球坐標(biāo)應(yīng)力,用網(wǎng)格法研究的結(jié)果,基本擠壓階段金屬流動分析,流動不均勻是絕對的 外摩擦 溫度場-抗力不同 ?？讕缀涡螤詈湍？孜恢?復(fù)雜化 附加應(yīng)力 徑向: 中心壓表層拉 軸向: 入口向出口增大 -周期性表面裂紋,A 變形區(qū)（壓縮錐）,縱向線在進(jìn)出壓縮錐時，發(fā)生方向相反的兩次彎曲，其彎曲的角度由外層向內(nèi)逐漸減小，擠壓中心線上的縱向線不發(fā)生彎曲。 當(dāng)金屬進(jìn)入壓縮錐后，徑向和周向承受壓縮變形，軸向延伸變形。,B 橫向線彎曲,中心超前，越接近出口面其彎曲越大 (中心金屬流速邊部)。 a. 邊

8、部非矩形，中部近矩形 b. 邊部剪切變形中心剪切變形 c. 邊部總延伸中部總延伸 (或外層金屬的主延伸變形內(nèi)層) d. 縱向上總延伸：前端后端,D 劇烈剪切帶：處于快速流動區(qū)與死區(qū)之間 E 頭部未變形區(qū)：棒材前端,C 存在兩個難變形區(qū),前死區(qū)，后死區(qū)。一般指前死區(qū)，用高度來衡量(hs),死區(qū)的作用：對提高制品表面質(zhì)量有利。 死區(qū)的頂部能阻礙錠坯表面的雜質(zhì)與缺陷進(jìn)入變形區(qū)壓縮錐,中心縮尾 環(huán)形縮尾 皮下縮尾,(3) 擠壓終了階段, 死區(qū)引起的縮尾 中心流動快,體積供應(yīng)不足,邊部金屬向中部轉(zhuǎn)移,形成擠壓縮尾。 中心縮尾：后死區(qū)小(氧化皮等缺陷帶入中心，彼此不能焊合) 環(huán)形縮尾：后死區(qū)大 (擠壓墊和

9、擠壓筒交界角落處金屬沿后端 難變形區(qū)流向中間層) 皮下縮尾： 劇烈剪切帶與死區(qū)發(fā)生斷裂或形成滯流區(qū)，死區(qū)金屬參與流動。,a. 用適當(dāng)?shù)墓に?，確保流動均勻，減少錠尾徑向流動； b. 進(jìn)行不完全擠壓(可能出現(xiàn)縮尾時，中止擠壓，存在壓余，約為錠坯直徑的1030%)； c. 脫皮擠壓； d. 車皮擠壓； e. 改善鑄錠表面質(zhì)量 f. 錠接錠擠壓, 克服縮尾的措施,與正向擠壓比較而言，主要是摩擦狀況不同，導(dǎo)致變形區(qū)不同。死區(qū)分布不同。 1.網(wǎng)格變化情況 在變形錐內(nèi)橫線與擠壓筒壁垂直，在進(jìn)入?？缀蟛虐l(fā)生劇烈彎曲，縱線在進(jìn)入塑性變形區(qū)時的彎曲程度要較正擠壓時大的多,二、反向擠壓的變形特點,正擠壓,反擠壓,2

10、. 受力情況,三向等壓應(yīng)力狀態(tài)：未擠部分與筒壁間無摩擦，也不參與變形。,3. 延伸系數(shù)沿軸向的分布 反擠壓制品沿長度方向上的變形是均勻的，性能也比較均勻。 a =10，棒材40mm； b=4.0，棒材62mm 1反擠壓； 2正擠壓 4. 死區(qū)、縮尾情況 前死區(qū)小，在后期也出現(xiàn)皮下縮尾，無后死區(qū)； (2) 同時，前死區(qū)小，難以對表面雜質(zhì)和缺陷起阻礙作用，是不利的，對鑄錠質(zhì)量有較高的要求。,1. 摩擦的影響 (1) 鑄錠與擠壓筒間的摩擦作用 f大，死區(qū)hs大，流動不均勻，外層向中心流動形成擠壓縮尾。 (2) 模具工作帶的摩擦控制 工作帶的長度不同，各部分金屬流動速度也不同。 (3) 擠管材時穿孔針

11、與鑄錠間的摩擦的作用 中心受摩擦力和冷卻作用，流動速度降低，流動均勻，縮尾短。,三、影響金屬流動的因素,2. 工具與鑄錠溫度的影響,(1) 鑄錠橫斷面上溫度不均勻 a. 工具的冷卻作用： b. 材料本身的導(dǎo)熱性： (2) 材料相變的影響 單相好于雙相或多相 (3) 材料的溫度變化會改變摩擦條件 磷脫氧銅，在650-900，表面氧化膜的效果較好。,3. 材料強(qiáng)度的影響,強(qiáng)度高的金屬比強(qiáng)度低的金屬流動均勻，同一金屬，低溫時流動比高溫好。,定徑帶錐角： 出現(xiàn)非接觸變形 組合模：中心阻礙作用，金屬流動均勻，縮尾減小。 多孔模：改善幾何對稱。,4. 工具的結(jié)構(gòu)與形狀,(1) 擠壓模 模角： 大，均勻差,

12、擠壓制品“細(xì)頸”現(xiàn)象,擠壓變形過程中,金屬由變形區(qū)進(jìn)入工作帶時,發(fā)生非接觸變形,出現(xiàn)制品橫斷面尺寸小于?？壮叽绲默F(xiàn)象. 擠壓比和擠壓速度大, 工作帶短, 易出現(xiàn) 導(dǎo)致制品外形不規(guī)整,尺寸小 合理擠壓工藝, 工作帶長度控制,5. 變形程度的影響 一般要求10， 10，大，變形均勻性好 10，小，變形均勻性差,(2) 擠壓筒根據(jù)制品形狀設(shè)計筒的形狀。,(3) 擠壓墊 凹面墊可稍微增加金屬流動的均勻性,2. 實驗驗證 改變摩擦條件。正反擠壓。,四、擠壓時的典型流動類型,1.材料擠壓時的流動模式，用網(wǎng)格法研究時有四類 S：變形區(qū)與死區(qū)均很小，反擠壓 A：變形區(qū)與死區(qū)比S稍大，金屬流動均勻, 不產(chǎn)生中心

13、與環(huán)形縮尾 B：變形區(qū)已擴(kuò)展到整個鑄錠體積，但在基本擠壓階段未發(fā)生邊部材料向中心流動，縮尾在后部出現(xiàn)。 C：幾乎不沿筒壁流動，邊部流入中部，可出現(xiàn)多種情況的縮尾。,一、 擠壓制品的組織 二、擠壓制品的力學(xué)性能 三、擠壓制品的質(zhì)量控制,第三節(jié) 擠壓制品的組織性能及質(zhì)量控制,原理 變形 ，再結(jié)晶(溫度) ，相變 溫度， 摩擦，速度，導(dǎo)熱性,1. 擠壓制品的組織不均勻性 1） 變形不均勻 變成程度不均勻 外層大于內(nèi)層 中心晶粒粗大，外層細(xì)小 尾部大于頭部 頭部晶粒粗大，尾部細(xì)小 頭部鑄造組織 尾部摩擦?xí)r間長，附加剪切變形強(qiáng)烈，外層金屬剪切變形高于前端，并向鑄錠中心深入 后端出現(xiàn)全斷面細(xì)晶,一、 擠壓

14、制品的組織,2） 溫度不均勻 隨擠壓速度變化，擠壓溫度發(fā)生變化 a)擠壓速度慢，后端冷卻（如重有色金屬錫磷青銅） 后端再結(jié)晶不完全，甚至纖維組織，細(xì)小 前端再結(jié)晶，長大，粗 b)擠壓速度快，后端升溫，后端粗(如純鋁、軟鋁合金),3) 相變造成組織不均 如HPb59-1 高于720 , 單相， 組織均勻，冷卻時從中析出， 均勻析出 低于720 , 雙相+， 擠壓成長條狀組織 帶狀組織：第二相的析出 (在相變溫度發(fā)生變形) 常溫下 ， 的塑性低于，帶狀組織，室溫變形時、相間流動不均，產(chǎn)生附加應(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋。,定義：合金在熱變形后的熱處理中，形成異常大的晶粒，其晶粒尺寸比原始晶粒尺寸大10-100

15、倍。 粗晶環(huán)：在淬火后形成的出現(xiàn)在制品周邊上的粗晶區(qū)。,2. 擠壓制品的粗大晶粒,A. 單孔模擠出的棒： 幾乎整個周邊 B. 多孔模擠出的棒： 月牙形(出現(xiàn)在局部周邊上) C. 型材： 角部或轉(zhuǎn)角區(qū) D. 軸向： 粗晶環(huán)厚度頭薄尾重 E：徑向：摩擦阻力大，靠近擠壓筒部分環(huán)粗。,粗晶環(huán)的分布規(guī)律,A：在變形的劇烈剪切帶 B：變形大-晶粒破-晶格扭 C：再結(jié)晶溫度比其它部位相對要低，易二次長大。,A B,粗晶環(huán)的形成機(jī)理,熱處理可強(qiáng)化鋁合金粗大晶粒問題突出 第二相對再結(jié)晶起阻礙作用，實現(xiàn)的辦法是淬火+時效 在淬火時，擠壓時析出的部分彌散質(zhì)點重新溶入固溶體內(nèi)，降低了再結(jié)晶溫度，同時由于溫度較高，變形

16、的部分易發(fā)生二次再結(jié)晶。,A：合金元素： 不均勻分布，在低含量的區(qū)域，晶核少，長得快 鋁合金不含或含少量過渡元素，不形成粗晶環(huán) 少量過渡族元素（如鋁合金中含0.2-0.6%Mn）-形成第二相不均勻析出-再結(jié)晶形核、長大不均勻-粗晶環(huán) 大量過渡族元素-再結(jié)晶溫度提高，同等淬火溫度不出現(xiàn)粗晶。 提高淬火溫度，出現(xiàn)粗晶環(huán).,粗大晶粒的影響因素,B：鑄錠均勻化：470510 LD：Mg2Si 溶入基體 LY：MnAl6析出，降低了對再結(jié)晶的阻礙作用，使再結(jié)溫度降低，不含錳鋁合金其均化對粗晶環(huán)影響較小。,C：擠壓溫度： 單相區(qū)變形，防止MnAl6析出。,應(yīng)力狀態(tài)影響第二相的擴(kuò)散速度，壓應(yīng)力大， 擴(kuò)散速度

17、低。(擠壓時變形與附加應(yīng)力分布如圖),D：應(yīng)力狀態(tài),折斷后，制品斷口呈現(xiàn)出與木質(zhì)類似的形貌，分層的斷口凹凸不平并帶有裂紋，分層的界面近似于平行于軸線，后續(xù)加工也無法消除。力學(xué)性能降低30%。,3. 層狀組織,A： 鑄造組織不均勻： 氣孔、縮孔 ，晶界上分布的第 二相質(zhì)點或雜質(zhì)。 B： 變形狀態(tài) ：二壓一拉，成片狀。,形成機(jī)理,鋁青銅、鉛黃銅易出現(xiàn)（收縮大、氣孔多） 防止方法： 改善鑄錠組織 雜質(zhì)、氣孔、柱狀晶、偏析,縱向：內(nèi)部組織呈現(xiàn)具有取向性的纖維組織，對提高縱向力學(xué)性能有作用； 橫向：橫向力學(xué)性能低于縱向力學(xué)性能； 整體：粗晶環(huán)、擠壓效應(yīng),二、 擠壓制品的力學(xué)性能,變形和組織不均，造成性能

18、不均,變形大-加工硬化大 晶粒細(xì)-細(xì)晶強(qiáng)化 一般未熱處理實心棒材 內(nèi)層、前端 強(qiáng)度低 延伸大 外層、后端 強(qiáng)度高 延伸小 軟鋁相反， 擠壓熱，后端晶粒粗,擠壓比大， 性能基本一致， 10 變形不均勻 再結(jié)晶不均勻 相不均勻,纖維組織,擠壓時，主應(yīng)變?yōu)檠由欤Я？v向延伸，晶界間的金屬間化合物、雜質(zhì)、缺陷等也沿擠壓方向排列，呈現(xiàn)取向性纖維組織。導(dǎo)致各向異性。 粗晶環(huán)也沿擠壓方向延展,擠壓制品在淬火時效后，與其它加工方法相比，縱向上抗拉強(qiáng)度提高而延伸降低的現(xiàn)象。 一次擠壓最嚴(yán)重，二次擠壓削弱,擠壓效應(yīng),(1) 擠壓效應(yīng)的原因 ： A：變形織構(gòu)： 鋁是111晶向的線織構(gòu)，抗拉強(qiáng)度最高。 B：未發(fā)生再結(jié)

19、晶：Mn、Ti、Cr、Zr等能形成第二相質(zhì) 點阻礙再結(jié)晶，同時降低了鋁的自擴(kuò)散系數(shù)。 (2) 控制措施（促進(jìn)形成）：防止再結(jié)晶發(fā)生 A：控制成份：Mn 0.3-0.6 %為界 B：控制溫度： C：變形的程度：不含錳或含量較小，增加變形程度使LY12擠壓效應(yīng)降低。,1. 斷面與形狀 (1)變形不均勻，產(chǎn)生拉薄、擴(kuò)口、并口等；(可更改?？自O(shè)計、修模) (2)工作帶過短，擠壓速度和擠壓比過大：非接觸變形，使形狀與尺寸不符； (3)?？鬃冃危菏剐螤詈统叽绮环?； (4)工、模具不對中或變形：使管材偏心。 2. 縱向形狀 (1)彎曲：模孔設(shè)計不當(dāng)與磨損，出模時單邊受阻，流動不均勻。 (2)扭擰：?？自O(shè)計及

20、工藝控制不當(dāng)，流動不均勻，輕時可矯直，重時廢料。,三、擠壓制品的質(zhì)量控制,(2) 氣泡與起皮 (3) 異物壓入與起皮 (4) 劃傷與擦傷 (5) 焊縫質(zhì)量,(1) 裂紋： 橫向周期性裂紋，與合金種類、應(yīng)力狀態(tài)、擠壓溫度及速度有關(guān),3. 表面質(zhì)量,2. 速度：強(qiáng)制冷卻，降低擠壓溫度+提高速度 3. 程度：隨變形程度增加，組織與性能趨于均勻。,1. 溫度,四、擠壓工藝參數(shù)的控制,2. 變形程度 隨變形程度增大，擠壓力升高。,第四節(jié) 擠壓力的計算,一、擠壓工藝對擠壓力的影響 1. 擠壓溫度與變形抗力 擠壓力與變形抗力成正比，隨溫度升高，變形抗力下降。,4. 摩擦 摩擦力是擠壓力的一部分，摩擦系數(shù)較小

21、時所消耗的擠壓力較小,3. 擠壓速度,速度高時：開始段突破壓力大；隨后溫度升高，擠壓力降低。 速度低時：金屬冷卻，抗力升高，擠壓力直線上升，高過突破壓力,5. 擠壓模角,6. 錠坯長度 錠坯越長，擠壓力越大,存在擠壓力最小的模角,7. 制品的形狀,8. 擠壓方法 相同條件下：反擠壓力=70-80%正擠壓力,復(fù)雜度系數(shù)： 斷面周長/等斷面積的圓周長,1. 計算公式的理論背景 利用解析法和工程法的理論公式計算擠壓力比較方便，對推導(dǎo)求解方法的歸納，可以分為以下四組： (1) 借助于塑性方程求解應(yīng)力平衡微分方程，得到計算公式； (2) 利用滑移線法求解平衡微分方程，得到計算公式； (3) 根據(jù)最小功原

22、理和采用變分法建立計算公式； (4) 經(jīng)驗公式或簡化公式。 本節(jié)介紹1.皮爾林公式。,二、擠壓力的計算,第三章 拉拔,第一節(jié) 拉拔的方法、品種 第二節(jié) 拉拔時的應(yīng)力與變形 第三節(jié) 拉拔力 第四節(jié) 特殊的拉拔方法,第一節(jié) 拉拔的方法、品種,1.1 拉拔的概念 定義：在外力作用下，使坯料通過模孔，以獲得相應(yīng)形狀、尺寸的加工方法。,一、實心材拉拔 棒、型、線 二、空心材拉拔 1.品種：管材，空心異型材 2.方法： A：空拉：管坯內(nèi)不放芯頭 B：長芯桿拉拔： 將管坯自由地套在表面拋光的長芯桿上，芯桿與管坯一齊拉過模孔。 C：固定短芯頭拉拔： 將芯頭與芯桿固定，管坯通過模孔實現(xiàn)減徑與減壁；,1.2 拉拔

23、的分類,D：游動芯頭拉拔： 芯頭靠本身的外形建立起力平衡而穩(wěn)定在模孔中； E：頂管法(艾爾哈特法)： 芯桿套在帶底的管坯中，管坯連同芯桿一起由?？字许敵?； F：擴(kuò)徑法： 芯頭大于管坯內(nèi)徑，使管坯直徑擴(kuò)大，管壁與長度減小。,一、優(yōu)點： 1. 尺寸精確，表面光潔； 2. 工具、設(shè)備簡單； 3. 連續(xù)高速生產(chǎn)斷面小的長制品。 二、缺點： 1. 道次變形量與兩次退火間的總變形量有限； 2. 長度受限制。,三、拉拔的溫度,溫拔：鋼、鈹、鎢、鉬、鎂、鋅 冷拔：鋼、鋁,1.3 拉拔的優(yōu)缺點,一、拉拔設(shè)備的自動化、連續(xù)化、高速化； 二、擴(kuò)大品種、規(guī)格，提高精度，減少缺陷； 三、提高工具的壽命； 四、新的潤滑劑

24、； 五、發(fā)展新技術(shù)與新理論。,1.4 拉拔的發(fā)展趨勢,一、主應(yīng)力與主應(yīng)變 拉拔時的受力與變形狀態(tài),第二節(jié) 拉拔時的應(yīng)力與變形,2.1 圓棒拉拔時的應(yīng)力與變形,網(wǎng)格法研究圓棒拉拔的結(jié)果,二、流動特點分析,B：周邊上的正方形格子變成了平形四邊形，傾斜的角度由入口向出口遞減。在力N與T的作用下產(chǎn)生了剪切變形,1.縱向上網(wǎng)格的變化,A：軸線上的正方形格子變成矩形徑向，周向壓縮，軸向延伸,C：延伸變形的變化規(guī)律 a = ln(Ra/ R0) n = ln(Rn/ R0) b = ln(Rb/ R0) a n b,A：由直線變成了凸向拉拔方向的弧線； 中部比邊部流得快。 B：同一橫線上邊部網(wǎng)格傾斜的角度比

25、中心的大； 邊部的剪切變形比中部大。,2.橫向上網(wǎng)格的變化,模子錐面與兩個球面所圍成的區(qū)域，球面的位置是變化的，在塑性區(qū)的前后是彈性變形區(qū)，1區(qū)必然存在(總是先有彈性變形后有塑性變形)，3區(qū)可以觀察到回彈。,三、變形區(qū),1.沿軸向的分布規(guī)律 A：l 入口出口 C：分析：塑性方程 l -(-r) = Kzh l +r = Kzh D：實際現(xiàn)象 (1)道次加工率大時，出口處模子的磨損比加工率小時要輕； (2)模子入口外磨損比較快。,四、變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布(實驗結(jié)果),徑向應(yīng)力總是減小表面，離中心越遠(yuǎn)，所需的力越大 A：l 表面中心 C：分析：塑性方程 l -r = Kzh D：實際現(xiàn)象： 棒材內(nèi)部

26、的中心裂紋,2.沿徑向的分布規(guī)律,一、空拉 1.主應(yīng)力與主應(yīng)變 A：主應(yīng)力：二壓一拉 B：主應(yīng)變：兩壓一延，一壓兩延，一壓一延。 2.變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布 A：軸向上的分布 與拉棒時相似。 B：徑向上的分布,2.2 管材拉拔時的應(yīng)力與變形,l： 外表面 = 內(nèi)表面 -r： 外表面 內(nèi)表面=0 -： 外表面 內(nèi)表面 塑性方程為：l -=Kzh,A：徑向上的壁厚變化： 取決于應(yīng)力偏張量的大小，可以有三種情形,3.變形特點,壁厚增加,壁厚不變,壁厚減小,此時要考慮 l的變化,B：軸向上的壁厚變化,4.影響空拉時壁厚變化的因素,l的變化對應(yīng)力相對大小有很大的影響，影響l的因素都會影響壁厚，用相對拉拔應(yīng)力

27、 來衡量。,A：相對壁厚(相對拉拔應(yīng)力=0.30.8) S0/ D00.17 0.2 只出現(xiàn)減薄 S0/ D0 = 0.17 0.2 可出現(xiàn)增厚或減薄 B：材質(zhì)與狀態(tài) 金屬越硬，增厚的趨勢越弱。 C：道次加工率與加工道次 道次加工率加大，增壁幅度減小，減壁幅度增大 增壁： 多道 單道 減壁： 多道 單道 D：潤滑條件、模子參數(shù)、拉拔速度 使相對拉拔應(yīng)力增大的，導(dǎo)致增壁量減小，減壁量加大,5.空拉糾偏 A. 含義：能起到自動糾正管坯偏心的作用，且道次越多，效果越好。 B. 原因： (1)假定同一圓周上徑向應(yīng)力r： 均勻分布； (2)不同壁厚處的周向壓應(yīng)力 ： 厚處 薄處 根據(jù)： l+ =Kzh

28、，薄處先變形，一壓二延 (3)薄處先變形后的附加應(yīng)力情況為： 薄處在軸向上受壓，厚處在軸向上受拉。 (4)考慮附加應(yīng)力后的變形情況： 薄處：軸向延伸減小，徑向增加，變厚。 厚處：開始變形，二壓一延，軸向延伸，變薄。,1.變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布特點 A：內(nèi)表面摩擦，增加l，拉拔力增大。 B：內(nèi)壁r不為0，內(nèi)外表面徑向應(yīng)力差值小，變形均勻。 2.變形特點 A：在空拉段：同管材空拉 B：在減壁段：同棒材拉拔 C：在定徑段：彈性變形.,二、固定短芯頭拉拔,3. 缺點 不能拉長管 道次加工量相對于空拉棒拉小 芯桿自重彎曲,影響正確定位 芯桿彈性變形.出現(xiàn)”竹節(jié)”,1.變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布特點 A：內(nèi)表面摩擦，

29、減小l，與固定短芯頭拉拔相比拉拔力減?。?B：可采用大的延伸系數(shù)。 2.變形特點 與固定短芯頭拉拔相似,三、長芯桿拉拔,1.變形區(qū)內(nèi)的力分布特點(芯頭的穩(wěn)定) A：水平方向的力平衡： N1sina1- T1cosa1= T2 B：庫侖摩擦定律：T= N f C：穩(wěn)定的條件：N1(sina1 - fcosa1) = T20 必須 sina1 - fcosa10 即a1tg-1f= 另外, 1 1-芯頭錐角 -摩擦角 f -摩擦系數(shù) -拉模模角,四、游動芯頭拉拔,A：第一次空拉區(qū)，變厚 B：減徑區(qū)，變薄，整體厚度不變 C：第二次空拉區(qū) D：減壁區(qū)，變薄 E：定徑區(qū),2.變形特點,主應(yīng)力：l、r為壓

30、， 為拉 主應(yīng)變：l、r為壓， 為拉,五、擴(kuò)徑,1. 主應(yīng)力與主變形 A：壓入擴(kuò)徑：,主應(yīng)力： r為壓， 、l為拉 主應(yīng)變：l、r為壓，為拉 3.變形特點 直徑擴(kuò)大，長度變短，壁厚減薄,B：拉拔擴(kuò)徑,一、拉拔棒材中的殘余應(yīng)力 1.棒材整個斷面都發(fā)生塑性變形,第三節(jié) 拉制品中的殘余應(yīng)力拉拔的方法、品種,2.僅在表面發(fā)生塑性變形,3.變形未進(jìn)入到中心層,？,？,2.襯拉管材,二、拉拔管材中的殘余應(yīng)力,1.空拉管材,1.減少不均勻變形 摩擦，模角，退火間總加工率，道次加工率，減少空拉次數(shù)。 2.矯直 輥式矯直,三、殘余應(yīng)力的消除,張力矯直： 二次拉拔,3.退火,1-鋁， 2-銅， 3-青銅， 4-H

31、70， 5-B20,第三節(jié) 拉拔力,3.1 各種因素對拉拔力的影響 一、抗拉強(qiáng)度 2.02mm-1.64mm 各種金屬的拉拔力圖,黃銅拉拔時斷面收縮率與拉拔力的關(guān)系(不同的模角時),二、變形程度,1.在某一斷面收縮率下有一個最小模角； 2.斷面收縮率不同，模角不同。,三、模角,五、潤滑,四、拉拔速度,1. 5m/min 以下時，速度增加，力增加； 2. 650m/min 以上時，速度增加，力減小。,1.潤滑越好，拉拔力越??； 2.改善潤滑的措施： A：流體動力潤滑 B：雙模流體靜力潤滑,1.振動的聲波： A：超聲波 B：聲波 2.振動的方式： A：軸向 B：周向 C：徑向,六、振動,A：高頻振

32、動，降低拉拔力；晶格缺陷區(qū)吸收了振動能，提高位錯勢能，降低位錯移動的剪切應(yīng)力。 B：在低頻和高頻振動下，降低拉拔力；模子和金屬接觸面周期性地脫開而使摩擦力降低。 C：振動模接觸表面對金屬的周期性打擊作用； D：拉拔速度的提高，振動效果降低.振動的振幅變小。,3.振動的效果,A：力的平衡： Pq = Mq + Q B：臨界反拉力： 反拉力在一定的范圍內(nèi)并不影響拉拔力，當(dāng)超過某一個臨界值后，開始使拉拔力增大，這一臨界值稱為臨界反拉力。,七、反拉力,1. 拉拔時力的平衡,C：反拉力的影響因素： (1) 拉拔前的預(yù)變形程度； (2) 材料的彈性極限。 2.反拉力對拉拔力的影響 A：在 Qc 以下：不影

33、響拉拔力，模座反力減?。?B：在 Qc 以上：使拉拔力增加，模座反力增大。 3.反拉力的作用 減小入口處對模子的壓力，從而減小入口處的磨損。,一、無反拉力時的平衡微分方程法 1. 平衡微分方程： 2. 塑性條件： 3. 邊界條件： D = D0， lx = 0 D = D1， lx =L,3.2 棒材拉拔力的理論計算,： 拉拔應(yīng)力 ：平均變形抗力 B = f/tan D1： 坯料直徑 D0：出口直徑 二、附加的拉應(yīng)力 1. 考慮剪切變形引起的拉拔力： 能量守衡,4. 結(jié)果：,2. 考慮反拉力引起的拉拔力： 修改邊界條件： D = D0 lxq =q D = D1 lx =L 3. 考慮定徑區(qū)摩

34、擦力引起的拉拔力： 三、拉拔力(P) P= L S1 S1： D1所對應(yīng)的面積,3.3 管材拉拔力的理論計算 一、空拉管材的拉拔應(yīng)力 1. 平衡微分方程： A： 軸向上的平衡微分方程： B： 徑向上的平衡微分方程： 2. 塑性條件：,3. 邊界條件： D = D0 lx = 0 D = D1 lx =Lb 4.結(jié)果： Lb： b截面上的拉拔應(yīng)力 s：平均變形抗力 B = f/tan ： 延伸系數(shù),5. 考慮定徑區(qū)摩擦的結(jié)果： f 摩擦系數(shù) ld 定徑區(qū)長度 Db 模子定徑區(qū)直徑 S0 坯料厚度,二、固定短芯頭拉拔管材的拉拔應(yīng)力 分成三段來考慮： 空拉段，減壁段，定徑段 1. 空拉段按空拉管材計

35、算： 在b截面上的拉應(yīng)力 Lb 為： Lb： 拉拔應(yīng)力 s：平均變形抗力 B = f/tan ab： ab段的延伸系數(shù),2. 減壁段的拉拔力計算： A： 軸向上的平衡微分方程： B： 塑性條件： C： 邊界條件： D = Db x =Lb , D = D1 x =Lc D：結(jié)果： Lc： C截面上的拉拔應(yīng)力 s：平均變形抗力 B = f/tan,bc： bc段的延伸系數(shù) 3. 考慮定徑區(qū)摩擦的結(jié)果： f 摩擦系數(shù) ld 定徑區(qū)長度 Db 模子定徑區(qū)直徑 S1 該道次拉拔后制品的厚度,三、游動芯頭拉拔管材的拉拔應(yīng)力 分成三段平考慮： 空拉段，減壁段，定徑段 1. 空拉段按空拉管材計算： 在b截面

36、上的拉應(yīng)力Lb 為： Lb： 拉拔應(yīng)力 s：平均變形抗力 B = f/tan ab： ab段的延伸系數(shù),2. 減壁段的拉拔力計算： 內(nèi)、外表面法向力的水平分量方向相反，芯頭會前后移動，按前極限位置來計算： A： 軸向上的平衡微分方程： B： 塑性條件： C： 邊界條件： D = Db x =Lb D = D1 x =Lc,D：結(jié)果： Lc： C截面上的拉拔應(yīng)力 s：平均變形抗力 B = f/tan bc： bc段的延伸系數(shù) 2： 芯頭錐角 1： 模角 3. 考慮定徑區(qū)摩擦的結(jié)果：,f 摩擦系數(shù) ld 定徑區(qū)長度 Db 模子定徑區(qū)直徑 S1 該道次拉拔后制品的厚度 3.4 管材拉拔力的理論計算實

37、例 退火的302.0mm 的H62黃銅管，用固定短芯頭拉到27.21.6mm，模角為12度，定徑帶長2.0mm，f=0.12，求拉拔力。 一、確定幾何參數(shù)： D0=30 d0=26 S0=2.0 D1=27.2 d1=24 S1=1.6 D2=d1+2S1=28 d2=d1=24 S2=2.0,二、計算各段的延伸系數(shù) ab = bc= 三、計算參數(shù) B = A = c2 = 四、各段上的拉拔應(yīng)力系數(shù) Lb/s = Lc/s =,五、計算該道次的平均硬化程度 A= (1 +2)/2 按A查硬化曲線，查出s 六.拉拔應(yīng)力 L = 七.拉拔力 P=L (D1-S1)S1 如果用芯頭錐角為15度的游動

38、芯頭，再求拉拔力。 有能力者請?zhí)峤挥嬎銠C(jī)處理程序,五、計算該道次的平均硬化程度 A= (1 +2)/2 按A查硬化曲線，查出s 六.拉拔應(yīng)力 L = 七.拉拔力 P=L (D1-S1)S1 如果用芯頭錐角為15度的游動芯頭，再求拉拔力。 有能力者請?zhí)峤挥嬎銠C(jī)處理程序,第四節(jié) 拉拔設(shè)備與工具,拉拔設(shè)備 管棒材拉拔機(jī) 拉線機(jī) 拉拔工具 模子 芯頭,4.1 管棒材拉拔機(jī),鏈?zhǔn)嚼螜C(jī),結(jié)構(gòu)、操作簡單 易實現(xiàn)多品種,4.1 管棒材拉拔機(jī),圓盤拉拔機(jī),生產(chǎn)效率高 用游動芯頭，可拉拔長管,4.2 拉線機(jī),單模拉線機(jī) 多模連續(xù)拉線機(jī),滑動式多模連續(xù)拉線機(jī),4.2 拉線機(jī),單模拉線機(jī) 多模連續(xù)拉線機(jī),儲線式無滑

39、動連續(xù)拉線機(jī),4.3 拉拔模,一、普通拉模 1. 模子的結(jié)構(gòu)與尺寸,4.3 拉拔模,一、普通拉模 1. 模子的結(jié)構(gòu)與尺寸,4.3 拉拔模,一、普通拉模 2. 拉模材料,4.3 拉拔模,一、普通拉模 2. 拉模材料,4.3 拉拔模,二、輥式拉模,4.3 拉拔模,三、旋轉(zhuǎn)模,4.4 芯頭,一、固定短芯頭,4.4 芯頭,一、固定短芯頭,4.4 芯頭,一、固定短芯頭,4.4 芯頭,二、游動芯頭,4.4 芯頭,二、游動芯頭,4.4 芯頭,三、芯頭材料,鋼： 35# T8A 30CrMnSi 表面鍍Cr 硬質(zhì)合金： YG15,第五節(jié) 拉拔工藝,拉拔配模 潤滑 拉拔制品的缺陷 特殊拉拔方法,5.1 拉拔配模

40、,定義 根據(jù)成品的要求，有時包括坯料的尺寸，確定拉拔道次及各道次所需?？仔螤?、尺寸的工作， 也稱拉拔道次設(shè)計,5.1 拉拔配模,一、實現(xiàn)拉拔過程的必要條件 Ls 安全系數(shù): K=b/L,5.1 拉拔配模,二、 拉拔配模的內(nèi)容 坯料尺寸的確定 中間退火次數(shù)的確定 道次延伸系數(shù)的分配 計算拉拔力及校核各道次的安全系數(shù),坯料尺寸的確定,圓形制品 異型管材 實心型材,5.1 拉拔配模,三、 配模設(shè)計 圓棒拉拔配模 型材拉拔配模 圓管拉拔配模 異型管材拉拔配模,5.1 拉拔配模,5.1 拉拔配模,5.1 拉拔配模,5.1 拉拔配模,5.1 拉拔配模,5.2 拉拔潤滑,有色金屬潤滑 P 244 表13-1

41、9,5.3 拉拔制品的主要缺陷,1. 棒材 中心裂紋,5.3 拉拔制品的主要缺陷,1. 棒材 表面裂紋,5.4 特殊的拉拔方法 1. 無模拉拔 一、定義： 將坯料的局部快速加熱，拉拔時只有加熱的部分發(fā)生變形，使材料直徑均勻減小的加工方法。 二、斷面收縮率 F1以V2的速度移入加熱區(qū)(變形區(qū))，F(xiàn)2以V1的速度移出變形區(qū)，根據(jù)秒體積不變有： j= V1/(V1+V2) 三、用途 1. 難加工材 2. 變斷面棒材,無模拉拔,2. 集束拉拔 一、定義： 將兩根以上斷面為圓形或異形的坯料同時通過圓的或異形的模子進(jìn)行拉拔，以獲得特殊形狀的異形材的一種加工方法. 二、用途 生產(chǎn)超細(xì)絲,集束拉拔,3. 玻璃

42、膜金屬液抽絲,一、定義： 將一定量的金屬放入玻璃管內(nèi)，用高頻感應(yīng)線圈將金屬熔化，同時玻璃軟化，然后利用玻璃的可抽絲性，將它從下方引出，冷卻得到附有玻璃膜的超細(xì)金屬絲。 二、用途 生產(chǎn)玻璃膜金屬絲,玻璃膜金屬液抽絲,一、定義： 將線坯放入高壓容器中，并施以比純擠壓時低的壓力，在線材出模端施以拉拔力進(jìn)行靜液擠壓拉伸的一種加工方法。 二、用途 生產(chǎn)超細(xì)金屬絲,4. 靜液擠壓拉絲,靜液擠壓拉絲,第四章 型材和管材的孔型軋制,第一節(jié) 型材的孔型軋制 第二節(jié) 管材的孔型軋制,第四章 孔型軋制,第一節(jié) 型材的孔型軋制 1.1 定義 軋槽：軋輥所帶有的不同形狀的溝槽。 孔型：兩個或三個軋輥相對應(yīng)的軋槽和輥縫所

43、組成的空間。 孔型的要素：高度、寬度、輥縫、側(cè)壁和圓角。 孔型軋制：軋件受轉(zhuǎn)動軋輥的拖動，進(jìn)入并通過孔型，受到軋槽的軋制，軋出符合孔型形狀的斷面形狀和尺寸的制品。,閉口孔型 開口孔型 1. 開口孔型：生產(chǎn)線桿 2. 閉口孔型：生產(chǎn)槽鋼,開口孔型和閉口孔型,1.2 線桿的孔型軋制,一、孔型與孔型要素,1、軋槽與孔型,2、孔型形狀,3、寬展、滿充,4、輥縫、孔型圓角、側(cè)壁斜度,5、軋輥直徑與軋輥工作直徑,輥環(huán)直徑、槽底直徑 平均直徑 V=(1+S) D工作 n /60 1000,6、孔型系,7、軋槽深度、無槽軋制,二、孔型參數(shù),二、孔型參數(shù),二、孔型參數(shù),三、軋制原理,1、與平輥軋制相比： 壓下量

44、沿軋件寬向不相同， 軋件的寬高比小，寬展問題突出 變形量用軋制前后的截面積計算,三、軋制原理,2、寬展,三、軋制原理,3、接觸弧長與接觸面積,三、軋制原理,4、咬入問題 5、軋制速度與軋輥速度,四、回線式軋制,1. 三棍和高低機(jī)架,四、回線式軋制,2. 250線材軋機(jī),四、回線式軋制,3. 軋制作業(yè)圖,五、連軋-串列式,五、連軋-串列式,一、萬能軋機(jī)： 是有一對水平軋輥和一對立軋輥的組合式軋機(jī)，除用于軋制寬腿工字鋼外，還可軋制鋼軌、槽鋼等。 二、優(yōu)點(與孔型軋制相比)： 1. 可以軋制兩腿平行的產(chǎn)品，只要調(diào)整同一軋輥的 輥縫，即可得到不同規(guī)格的產(chǎn)品。 2. 由于其對稱性，可以采用較大的壓下量，使其在 腿部展寬，壓縮效果、表面 質(zhì)量、性能等方面較好。 3. 軋輥磨損小。 4. 易于自動化。,1.3 萬能軋制法,1. H 型鋼的特點： 截面模數(shù)大，重量輕。便于拼裝。節(jié)約焊接約25% (與普通工字鋼相比) 應(yīng)用于大型橋梁，高層建筑， 重型設(shè)備，高速公路。