固态成形原理讲义-拉拔.ppt

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1、5.拉拔成形原理与控制5.1概述拉拔可分为：（1）实心拉拔主要包括棒材、型材及线材的拉拔。（2）空心拉拔主要包括管材及空心型材的拉拔。图5-1拉拔示意图1-坯料；2-模子；3-制品5.2线棒材拉拔原理5.2.1建立拉拔过程的条件5.2.1.1拉拔时的受力分析反作用力作用：摩擦力作用：拉拔特点：5.2.1.2建立拉拔过程的条件K：拉拔的“安全系数”。K>1为建立拉拔过程的条件。5.2.1.3拉拔时压缩力的作用拉拔时模孔壁的压缩力R是促使线棒材变形的主要因素。R与P的关系为：5.2.2拉拔时变形区内金属流动规律和应力分布特点

2、5.2.2.1金属在变形区内的流动特点(1)纵向上的网格变化：1）；2）(2)横向上的网格变化：1）；2）正方形格子A：延伸变形：压缩变形：正方形格子B：延伸变形：压缩变形：各层中椭圆的长、短轴变化情况是：rlB>rln>a；r2B1n>1A；2A>2n>2B5.2.3.2变形区的形状5.2.3.3变形区内的应力分布规律(1)应力沿轴向的分布规律轴向应力l，由变形区入口端向出口端逐渐增大。原因：r1F0入口端出口端LF1r0l0l101L周向应力及径向应力r则从

3、变形区入口端到出口端逐渐减小。原因：塑性方程式：拉拔生产中模子的磨损：1）道次加工率大时模子出口处的磨损比道次加工率小时要轻；2）模子入口处一般磨损比较快。图5-7变形区内各断面上l与r间的关系L-变形区全长；A-弹性区；B-塑性区；sr-变形前金属屈服强度；sch-变形后金属屈服强度(2)应力沿径向分布规律径向应力r与周向应力由表面向中心逐渐减小。原因：轴向应力l由表面向中心逐渐增大。原因：环状层5.2.3.4反拉力对变形和应力分布的影响图5-9反拉力Q对轴向应力l、径向应力r和和摩擦应力的影响a

4、-无反拉力；b-有反拉力5.3管材拉拔的基本原理（1）拔管的特点：1)拔管时金属处于轴向受拉,径向和周向受压的应力状态，变形抗力低。根据塑性方程式：2)由于应力状态存在拉应力，变形时金属性较差，因而对于低塑性金属因加工硬化而降低了塑性时，拔制比较困难。3)存在拔制应力。冷拔钢管产生的加工硬化有利于增加拔制时的道次变形量。图5-11牵引扩管法的变形过程（a）和应力状态(b)二向拉一向压(2)扩径扩拔时的扩径率一般≤15～20%。扩径后钢管的长度有所缩,壁厚有所减薄，扩径后钢管的直径可按下式计算：图5-12压缩扩管法的变形过

5、程(a)和应力状态(b)一向拉二向压5.3.1无芯棒拔管过程（1）变形过程和变形区图5-13-1空拔过程中钢管尺寸的变化a-锥角10，模孔直径24mm；b-20，22mm；c-30，24mm；1-和模壁接触；2-和模壁脱离产生不接触变形区的原因：图5-14空拔时钢管上单元窄条的弯曲（2）变形区中的应力分布在无芯棒拔制的情况下，根据作用在单元环上的力的平衡条件，r与t之间存在如下关系：图5-15确定r和t之间关系的图示图5-16沿变形区长度，s、t、l和r的变化；1-t；2-r（3）拔制后钢管直径

6、的确定空拔后钢管的直径：使用锥形空拔模时，相对直径差可用下列经验公式计算：式中DK和SK—拔制后钢管的直径和壁厚，毫米；—延伸系数。改变模孔形状可以减少甚至消除出口端不接触变形。图5-17模孔形状对缩径量的影响（4）壁厚变化及均壁作用1）产生壁厚变化的力学条件r-m>0即r>1/2(l+t)时，r>0，壁增厚。r-m=0即r=1/2(l+t)时，r=0，壁厚不变。r-m<0即r<1/2(l+t)时，r<0，壁减薄。2)壁厚变化的—些规律a)空拔钢管壁厚的变化发生在接触变形区，也发生在

7、不接触变形区。空拔后钢管壁厚的改变是整个变形区内壁厚变化的总和。b)空拔时钢管壁厚的变化主要取决于拔制前原始直径与原始壁厚的比值D/S。c)模具的形状对空拔管的壁厚变化有影响图5-18-1壁厚变化率与变形程度及模具锥角的关系a-D/S=30(301.0毫米)；b-D/S=15(302.0毫米)；1-=5；2-10；3-15；4-20；5-25d)钢的力学性能对空拔时壁厚的影响塑性大的金属壁厚变化较大。图5-18-2空拔时壁厚变化与变形前钢管状态的关系1-退火管；2-具有23.5%的冷变形量；3-具有5

8、1.0%的冷变形量e)道次加工率与加工道次的影响道次加工率增大时，相对拉应力增加，使增壁空拉过程的增壁幅度减小，减壁空拉过程的减壁幅度增大。f)润滑条件、模子几何参数及拉拔速度的影响g)空拔过程中的均壁作用在对不均匀壁厚管坯拉拔时，空拉能起到自动纠正管坯偏心的作用，且空拉道次越多，效果就越显著。原因：3）空拔过程中钢