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1、铝管冷拉拔基础第一章 概述1 拉拔的一般概念1.1 拉拔的实质对金属坯料施以拉力，使之通过模孔以获得与模孔截面尺寸、形状相同的 制品的塑性加工方法称为拉拔。拉拔是管材、棒材、型材以及线材的主要生产 方法之一。1.2 拉拔分类按制品截面形状，拉拔可分为实心材拉拔与空心材拉拔。实心材拉拔（略）空心材拉拔空心材拉拔主要包括圆管及异形管材的拉拔，对于空心材拉拔有如下几种 基本方法。（1） 空拉 拉拔时，管坯内部不放芯头，即无芯头拉拔，主要是以减少管坯的外径为 目的。拉拔后的管材壁厚一般会略有变化，壁厚或者增加，或者减小。经多次 空拉的管材，内表面粗糙，严重时会产生裂纹。空拉法适用于小直径管材、异 形管
2、材、盘管拉拔以及减径量很小的减径与整形拉拔。（ 2）长芯杆拉拔 将管坯自由地套在表面抛光的芯杆上，使芯杆与管坯一起拉过模孔，以实 现减径和减壁，此法成为长芯杆拉拔。芯杆的长度应略大于拉拔后管材的长度。 拉拔一道次之后，需要用脱管法或滚轧法取出芯杆。长芯杆拉拔的特点是道次加工率较大， 可达 63%，但由于需要准备许多不 同直径的长芯杆和增加脱管工序，通常在生产中很少采用，它适用于薄壁管材 以及塑性较差的钨、钼管材的生产。（ 3）固定芯头拉拔 拉拔时将带有芯头的芯杆固定，管坯通过模孔实现减径或减壁。 固定芯头拉拔的管材内表面质量比空拉的要好，此法在管材生产中应用最 广泛， 但拉拔细管比较困难，而且
3、不能生产长管。（ 4）游动芯头拉拔 在拉拔过程中，芯头不固定在芯杆上，而是靠本身的外形建立起来的力平 衡被稳定在模孔中。游动芯头拉拔时管材拉拔较为先进的一种方法，非常适用 于长管和盘管生产，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量极为有利。 但是与固定芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的难度较大，工艺条件和技术要求较 高，配模有一定限制，故不可能完全取代固定芯头拉拔。（5）顶管法 顶管法又称埃尔哈特法。将芯杆套入带底的管坯中，操作时管坯连同芯杆 一同由模孔中顶出，从而对管坯进行加工，在生产难熔金属和贵金属短管材时 常用此种方法。它也适合于生产C 300400mn以上的大直径管材。（ 6）扩径拉拔 管
4、坯通过扩径后，直径增大，壁厚和长度减小，这种方法主要是由于受设 备能力限制，不能生产大直径的管材时采用。空拉(b)长芯杆拉拔(d)游动芯头拉拔(e)顶管法(f)扩轻拉拔图1管材拉拔拉拔一般皆在冷状态下进行，但是对一些在常温下强度高、塑性差的金属 材料，如某些合金钢和钼、铍、钨等，则采用温拔和热拔。此外，对于具有六 方晶格的锌、镁合金，为了提高其塑性，也需采用温拔。2拉拔法的特点拉拔与其他压力加工方法相比较具有以下特点。 拉拔制品的尺寸精确、表面光洁。 最适合于连续高速生产断面非常小的长的制品。铜、铝线的直径最细可达C 10 m而用特殊方法拉拔的不锈钢丝最细可达C 0.5 m拉拔的 管材的壁厚最
5、薄可达 0.5 m。 拉拔生产的工具与设备简单，维护方便。在一台设备上可以生产多种规 格和品种的制品。 坯料拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到拉应力的限制。一般 道次断面加工率在 20%- 60%以下，过大的道次加工率将导致拉拔制品 的尺寸、形状不合格，甚至频繁地被拉断。这就使得拉拔道次、制作夹 头、退火及酸洗等工序繁多，成品率降低。3 拉拔历史与发展趋向3.1 拉拔历史拉拔具有悠久的历史，在公元前 20 -30世纪，就出现了把金块锤锻后，通 过小孔，用手工拉制成细金丝，在同一时期发现了类似拉线模的东西。公元前 15-17 世纪，在亚述、巴比伦、腓尼基等进行了各种贵金属的拉线，并把这些
6、贵金属线用于装饰品。公元 8-9世纪，能制成各种金属线。公元 12世纪，有 锻线工与拉线工之分，前者是通过锤锻，后者是通过拉拔制线材，人们认为就 是从这个时候起确立了拉拔加工。3.2 拉拔技术发展趋向根据拉拔技术的发展与现状，目前仍要围绕下列问题展开研究。拉 拔装备的自动化、连续化与高速化。 扩大产品的品种、规格，提高产品的精度，减少制品缺陷。 提高拉拔工具的寿命。 新的润滑剂及润滑技术的研究。 发展新的拉拔技术与新的拉拔理论的研究，达到节能、节材、提高产品 质量和生产率的目的。 拉拔过程的优化。第二章 拉拔基础金属塑性加工过程1 拉拔时的变形指数 拉拔时坯料发生变形，原始形状和尺寸将改变。不
7、过， 中变形体的体积实际上是不变的。以Fq Lq表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，Fh、Lh表示拉拔后金属制品 的断面积和长度。根据体积不变条件，可以得到主要变形指数和它们之间的关 系式。 延伸系数表示拉拔一道次后金属材料的长度增加的倍数或拉拔前后横断面的面积之比，即=Lh/L q= F q /F h 相对加工率（断面减缩率）表示拉拔一道次后金属材料横断面积缩小值与其原始值之比，即=（Fq - F H）/ F Q通常以百分数表示。 相对伸长率表示拉拔一道次后金属材料长度增量与原始长度之比，即=（Lh- L q）/ L q通常也以百分数表示。 积分（对数）延伸系数i这一指数等于拉拔道次前后金属材
8、料横断面 积之比的自然对数，即i= ln（ Fq/ F h） = In拉拔时的变形指数之间的关系：=1/（1- ）=1+ =e各变形指数之间的关系如下表所示*9 1变膨fli数之间的关系捋标 符号用点轻 Dq .Dh表示用裁面积Fq、Fh用松度丧示用伸氐衷示用加工辜e表示用忡长 率产 表示用新面祓 缩系数 炉表示延伸 系数苛Fq/FhLh/J-qA11 r】卄1加工舉£%一曲Dq2FqFh FqS亠Lq入一 IAt1 一砂伸隹睾Dsqj-Dh1Dh3F Fh FhJ H gi 5£ 1"<】巒0 *DhVBq1Fh/FqLq/Lh1/A1-e1i+“2实现拉
9、拔过程的基本条件与挤压、轧制、锻造等加工过程不同，拉拔过程是借助于在被加工的金属 前端施以拉力实现的，此拉力称为拉拔力。拉拔力与被拉金属出模口处的横断 面积之比称为单位拉拔力，即拉拔应力，实际上拉拔应力就是变形区末端的纵 向应力。拉拔应力应小于金属出模口的屈服强度。如果拉拔应力过大，超过金属出 模口的屈服强度，贝U可引起制品出现细颈，甚至拉断。因此，拉拔时一定要遵 守下列条件=PL vL = V SFl式中 L作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力；Pl 拉拔力；Fl 被拉金属出模口横断面积；s 金属出模口后的变形抗力。对有色金属来说，由于变形抗力 S不明显，确定困难，加之金属在加工硬 化后与
10、其抗拉强度b相近，故亦可表示为 L V b。被拉金属出模口后的抗拉强度b与拉拔应力L之比称为安全系数K,即K=所以，实现拉拔过程的基本条件是 K> 1，安全系数与被拉金属的直径、状态（退火或硬化）以及变形条件（温度、速度、反拉力等）有关。一般K在1.402.00之间，即l= （0.70.5 ） b，如果KV 1.40、则由于加工率过大，可能 出现断头、拉断；当2.00时，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值应越大些。这是因为随着制品直径的减 小，壁厚的变薄，被拉金属对表面微裂纹和其他缺陷以及设备的振动，还有速 度的突变等因素的敏感性增加，因而 K
11、值相应增加。安全系数与制品品种、直径的关系见下表。安全系数-拉拔制品的品种厚壁管材、型材及棒材薄壁管材和型 材K> 1.35 1.401.60第三章拉拔工具拉拔工具主要包括拉拔模和芯头，它们直接和拉拔金属接触并使其发生变 形。拉拔工具的材质、几何形状和表面状态对拉拔制品的质量、成品率、道次加工率、能量消耗、生产效率及成本都有很大的影响。因此，正确地设计、制 造拉拔工具，合理地选择拉拔工具的材料时十分重要的。1拉拔模1.1普通拉模模子的结构与尺寸根据模孔纵断面的形状，可将普通拉模分为弧线形模和锥形模， 如图所示 弧线形模一般只用于细线的拉拔。拉拔管、棒、型及粗线时，普遍采用锥形模。 锥形模
12、的模孔可分为四个带，各个带的作用和形状如下。1H山N（a）锥形棋（b） 51线形模图lbl模孔的几何形状1-润滑带$ U压缩带* m工件带羊IV出口带（1）润滑带（入口锥、润滑锥）润滑带的作用是在拉拔时使润滑剂容易进入模孔，减少拉拔过程中的摩擦,带走金属由于变形和摩擦产生的热量，还可以防止划伤坯料。（2）压缩带（压缩锥）金属在此段进行塑性变形，并获得所需的形状与尺寸。压缩带的形状有两种：锥形和弧线形。为防止制品与模孔不同心产生压缩 带以外的变形，压缩带长度应大于拉拔时变性区的长度。（3）工作带工作带的作用是使制品获得稳定而精确的形状与尺寸。工作带的合理形状 是圆柱形。（4）出口带出口带的作用是防止金属出模孔时被划伤和模子定径带出口端因受力而引 起的剥落。拉模的材料（1）金刚石（2）硬质合金（3）钢（4）铸铁（5）刚玉陶瓷模2芯头2.1芯头的结构与尺寸固定短芯头 固定短芯头的形状一般是圆柱形的。在拉制薄壁管时，为减小摩擦力以防 拉断管坯，芯头带有锥度。