金属塑性加工技术6-有色金属管材和棒型材生产.ppt

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1、第一章产品品种与生产方法第二章挤压第三章拉拔第四章型材和管材的孔型轧制,第五篇有色金属管材和棒型材生产,第一章产品品种与生产方法,一、产品品种棒材：断面为实心圆形的条材。型材(非圆断面的条材)：简单型材：方形、矩形、六角形。异形型材：角形、丁形、槽形、工形变断面型材：断面沿长度方向不相同管材(中空的断面长条)：外径：大管、小管、毛细管(0.33mm) 壁厚：厚壁管(550mm)、薄壁管(0.15mm) 长度：根(10m左右)、盘(几百米),二、生产方法,1. 棒材和型材的生产方法 (1) 轧制、或轧制拉伸法：锭坯加热孔型轧机上热轧冷拉成形。优点：生产率

2、高、设备投资少；缺点：表面质量和尺寸精度差、设备和生产占地面积大。 (2) 挤压一次成形(或再辅以矫直性的微量拉伸)：适于有色棒型材品种规格多和断面复杂的特点，产品表面质量高、生产流程短，但成品率较低、设备和工具费用较大。 (3) 带材冷弯法：可制造断面上壁厚相等的型材，如角、槽、Z等形状的型材，生产率高，机动灵活。,(1) 挤压冷轧拉伸法用挤压法制得管坯，再用冷轧法将其外径、壁厚进一步减小到接近成品的尺寸时，再拉伸而出成品。 (2) 挤压一次成形对于异形管、厚壁管和大直径管材，采用挤压法一次成形，但尺寸精度稍差。 (3) 挤压拉伸对于无冷轧管设备的工厂，需将挤压出的管坯，进行反复

3、多次的拉伸，最后制得成品。 (4) 斜轧穿生产管坯用斜轧穿孔机生产简便，生产率和成品率较高，但对粘性较大的金属，其穿孔质量差，另外，穿孔规格单调，可调整幅度很小，不能适应有色管材品种多、规格杂而产量小的特点，也使后续变形工作量大。,2. 管材的生产方法,第二章挤压,第一节挤压的基本方法、品种与流程第二节挤压时金属的变形规律第三节挤压时制品的组织性能及质量控制第四节挤压力的计算,第一节挤压的基本方法、品种与流程,一、挤压的基本方法 1. 挤压的概念对放在容器中（挤压筒）的材料一端施加压力，使其通过模孔成型的加工方法。,2. 挤压分类,(1) 根据制品特征实心挤压：如棒；

4、空心挤压：如管；型材挤压：如型,(2)根据材料流出模孔的方向与挤压杆运动方向正向挤压：相同反向挤压：相反,(3) 根据挤压力的传输介质油压水压 (4) 根据材料的受力情况普通挤压静液挤压,Conform 挤压,有效磨擦挤压,(1) 优点 (1) 强烈的三向压应力状态； (2) 断面形状复杂； (3) 灵活性，多品种、多规格； (4) 尺寸精度、表面质量好于热轧； (5) 易实现生产过程的自动化和封闭化。 (2) 缺点 (1) 废料损失大 10-15%； (2) 加工速度低；(摩擦大，温度升高，易产生废品) (3) 长度与断面上组织和性能不均匀； (4) 工具消耗大。,3. 挤压

5、的优点与缺点,二、挤压的品种,1. 棒材,(圆棒),(方棒),(六角棒),(铝管),2. 管材,(防锈铝管),(散热器管),(方管),(方管),(方管),(开瓶器型材) (铝管型材),(铝型材) (铝型材) (型管),3. 型材,加热挤压矫直 1. 加热的方式 (1) 燃气加热 (2) 电阻炉加热 (3) 感应加热,三、挤压工艺流程,(1) 辊式矫直 (2) 拉伸矫直,2. 矫直,第二节挤压时金属的变形规律,坐标网格法-挤压,(1) 填充挤压阶段：即开始挤压阶段，金属充满挤压筒和模孔，挤压力急剧上升； (2) 基本挤压阶段：即稳定挤压阶段，挤压力随锭坯长度缩短、表面摩擦力总量减小； (

8、部非矩形，中部近矩形 b. 边部剪切变形中心剪切变形 c. 边部总延伸中部总延伸 (或外层金属的主延伸变形内层) d. 纵向上总延伸：前端后端,D 剧烈剪切带：处于快速流动区与死区之间 E 头部未变形区：棒材前端,C 存在两个难变形区,前死区，后死区。一般指前死区，用高度来衡量(hs),死区的作用：对提高制品表面质量有利。死区的顶部能阻碍锭坯表面的杂质与缺陷进入变形区压缩锥,中心缩尾环形缩尾皮下缩尾,(3) 挤压终了阶段, 死区引起的缩尾中心流动快,体积供应不足,边部金属向中部转移,形成挤压缩尾。中心缩尾：后死区小(氧化皮等缺陷带入中心，彼此不能焊合) 环形缩尾：后死区大 (挤压垫和

9、挤压筒交界角落处金属沿后端难变形区流向中间层) 皮下缩尾：剧烈剪切带与死区发生断裂或形成滞流区，死区金属参与流动。,a. 用适当的工艺，确保流动均匀，减少锭尾径向流动； b. 进行不完全挤压(可能出现缩尾时，中止挤压，存在压余，约为锭坯直径的1030%)； c. 脱皮挤压； d. 车皮挤压； e. 改善铸锭表面质量 f. 锭接锭挤压, 克服缩尾的措施,与正向挤压比较而言，主要是摩擦状况不同，导致变形区不同。死区分布不同。 1.网格变化情况在变形锥内横线与挤压筒壁垂直，在进入模孔后才发生剧烈弯曲，纵线在进入塑性变形区时的弯曲程度要较正挤压时大的多,二、反向挤压的变形特点,正挤压,反挤压,2

10、. 受力情况,三向等压应力状态：未挤部分与筒壁间无摩擦，也不参与变形。,3. 延伸系数沿轴向的分布反挤压制品沿长度方向上的变形是均匀的，性能也比较均匀。 a =10，棒材40mm； b=4.0，棒材62mm 1反挤压； 2正挤压 4. 死区、缩尾情况前死区小，在后期也出现皮下缩尾，无后死区； (2) 同时，前死区小，难以对表面杂质和缺陷起阻碍作用，是不利的，对铸锭质量有较高的要求。,1. 摩擦的影响 (1) 铸锭与挤压筒间的摩擦作用 f大，死区hs大，流动不均匀，外层向中心流动形成挤压缩尾。 (2) 模具工作带的摩擦控制工作带的长度不同，各部分金属流动速度也不同。 (3) 挤管材时穿孔针

11、与铸锭间的摩擦的作用中心受摩擦力和冷却作用，流动速度降低，流动均匀，缩尾短。,三、影响金属流动的因素,2. 工具与铸锭温度的影响,(1) 铸锭横断面上温度不均匀 a. 工具的冷却作用： b. 材料本身的导热性： (2) 材料相变的影响单相好于双相或多相 (3) 材料的温度变化会改变摩擦条件磷脱氧铜，在650-900，表面氧化膜的效果较好。,3. 材料强度的影响,强度高的金属比强度低的金属流动均匀，同一金属，低温时流动比高温好。,定径带锥角：出现非接触变形组合模：中心阻碍作用，金属流动均匀，缩尾减小。多孔模：改善几何对称。,4. 工具的结构与形状,(1) 挤压模模角：大，均匀差,

12、挤压制品“细颈”现象,挤压变形过程中,金属由变形区进入工作带时,发生非接触变形,出现制品横断面尺寸小于模孔尺寸的现象. 挤压比和挤压速度大, 工作带短, 易出现导致制品外形不规整,尺寸小合理挤压工艺, 工作带长度控制,5. 变形程度的影响一般要求10， 10，大，变形均匀性好 10，小，变形均匀性差,(2) 挤压筒根据制品形状设计筒的形状。,(3) 挤压垫凹面垫可稍微增加金属流动的均匀性,2. 实验验证改变摩擦条件。正反挤压。,四、挤压时的典型流动类型,1.材料挤压时的流动模式，用网格法研究时有四类 S：变形区与死区均很小，反挤压 A：变形区与死区比S稍大，金属流动均匀, 不产生中

13、心与环形缩尾 B：变形区已扩展到整个铸锭体积，但在基本挤压阶段未发生边部材料向中心流动，缩尾在后部出现。 C：几乎不沿筒壁流动，边部流入中部，可出现多种情况的缩尾。,一、挤压制品的组织二、挤压制品的力学性能三、挤压制品的质量控制,第三节挤压制品的组织性能及质量控制,原理变形，再结晶(温度) ，相变温度，摩擦，速度，导热性,1. 挤压制品的组织不均匀性 1）变形不均匀变成程度不均匀外层大于内层中心晶粒粗大，外层细小尾部大于头部头部晶粒粗大，尾部细小头部铸造组织尾部摩擦时间长，附加剪切变形强烈，外层金属剪切变形高于前端，并向铸锭中心深入后端出现全断面细晶,一、挤

14、压制品的组织,2）温度不均匀随挤压速度变化，挤压温度发生变化 a)挤压速度慢，后端冷却（如重有色金属锡磷青铜）后端再结晶不完全，甚至纤维组织，细小前端再结晶，长大，粗 b)挤压速度快，后端升温，后端粗(如纯铝、软铝合金),3) 相变造成组织不均如HPb59-1 高于720 , 单相，组织均匀，冷却时从中析出，均匀析出低于720 , 双相+，挤压成长条状组织带状组织：第二相的析出 (在相变温度发生变形) 常温下，的塑性低于，带状组织，室温变形时、相间流动不均，产生附加应力，易产生裂纹。,定义：合金在热变形后的热处理中，形成异常大的晶粒，其晶粒尺寸比原始晶粒尺寸大10-10

15、0倍。粗晶环：在淬火后形成的出现在制品周边上的粗晶区。,2. 挤压制品的粗大晶粒,A. 单孔模挤出的棒：几乎整个周边 B. 多孔模挤出的棒：月牙形(出现在局部周边上) C. 型材：角部或转角区 D. 轴向：粗晶环厚度头薄尾重 E：径向：摩擦阻力大，靠近挤压筒部分环粗。,粗晶环的分布规律,A：在变形的剧烈剪切带 B：变形大-晶粒破-晶格扭 C：再结晶温度比其它部位相对要低，易二次长大。,A B,粗晶环的形成机理,热处理可强化铝合金粗大晶粒问题突出第二相对再结晶起阻碍作用，实现的办法是淬火+时效在淬火时，挤压时析出的部分弥散质点重新溶入固溶体内，降低了再结晶温度，同时由于温度较高，变

16、形的部分易发生二次再结晶。,A：合金元素：不均匀分布，在低含量的区域，晶核少，长得快铝合金不含或含少量过渡元素，不形成粗晶环少量过渡族元素（如铝合金中含0.2-0.6%Mn）-形成第二相不均匀析出-再结晶形核、长大不均匀-粗晶环大量过渡族元素-再结晶温度提高，同等淬火温度不出现粗晶。提高淬火温度，出现粗晶环.,粗大晶粒的影响因素,B：铸锭均匀化：470510 LD：Mg2Si 溶入基体 LY：MnAl6析出，降低了对再结晶的阻碍作用，使再结温度降低，不含锰铝合金其均化对粗晶环影响较小。,C：挤压温度：单相区变形，防止MnAl6析出。,应力状态影响第二相的扩散速度，压应力大，扩散速

17、度低。(挤压时变形与附加应力分布如图),D：应力状态,折断后，制品断口呈现出与木质类似的形貌，分层的断口凹凸不平并带有裂纹，分层的界面近似于平行于轴线，后续加工也无法消除。力学性能降低30%。,3. 层状组织,A：铸造组织不均匀：气孔、缩孔，晶界上分布的第二相质点或杂质。 B：变形状态：二压一拉，成片状。,形成机理,铝青铜、铅黄铜易出现（收缩大、气孔多）防止方法：改善铸锭组织杂质、气孔、柱状晶、偏析,纵向：内部组织呈现具有取向性的纤维组织，对提高纵向力学性能有作用；横向：横向力学性能低于纵向力学性能；整体：粗晶环、挤压效应,二、挤压制品的力学性能,变形和组织不均，造成性

18、能不均,变形大-加工硬化大晶粒细-细晶强化一般未热处理实心棒材内层、前端强度低延伸大外层、后端强度高延伸小软铝相反，挤压热，后端晶粒粗,挤压比大，性能基本一致， 10 变形不均匀再结晶不均匀相不均匀,纤维组织,挤压时，主应变为延伸，晶粒纵向延伸，晶界间的金属间化合物、杂质、缺陷等也沿挤压方向排列，呈现取向性纤维组织。导致各向异性。粗晶环也沿挤压方向延展,挤压制品在淬火时效后，与其它加工方法相比，纵向上抗拉强度提高而延伸降低的现象。一次挤压最严重，二次挤压削弱,挤压效应,(1) 挤压效应的原因： A：变形织构：铝是111晶向的线织构，抗拉强度最高。 B：未发生再

19、结晶：Mn、Ti、Cr、Zr等能形成第二相质点阻碍再结晶，同时降低了铝的自扩散系数。 (2) 控制措施（促进形成）：防止再结晶发生 A：控制成份：Mn 0.3-0.6 %为界 B：控制温度： C：变形的程度：不含锰或含量较小，增加变形程度使LY12挤压效应降低。,1. 断面与形状 (1)变形不均匀，产生拉薄、扩口、并口等；(可更改模孔设计、修模) (2)工作带过短，挤压速度和挤压比过大：非接触变形，使形状与尺寸不符； (3)模孔变形：使形状和尺寸不符； (4)工、模具不对中或变形：使管材偏心。 2. 纵向形状 (1)弯曲：模孔设计不当与磨损，出模时单边受阻，流动不均匀。 (2)扭拧：模孔设计

20、及工艺控制不当，流动不均匀，轻时可矫直，重时废料。,三、挤压制品的质量控制,(2) 气泡与起皮 (3) 异物压入与起皮 (4) 划伤与擦伤 (5) 焊缝质量,(1) 裂纹：横向周期性裂纹，与合金种类、应力状态、挤压温度及速度有关,3. 表面质量,2. 速度：强制冷却，降低挤压温度+提高速度 3. 程度：随变形程度增加，组织与性能趋于均匀。,1. 温度,四、挤压工艺参数的控制,2. 变形程度随变形程度增大，挤压力升高。,第四节挤压力的计算,一、挤压工艺对挤压力的影响 1. 挤压温度与变形抗力挤压力与变形抗力成正比，随温度升高，变形抗力下降。,4. 摩擦摩擦力是挤压力的一部分，摩擦系数较

21、小时所消耗的挤压力较小,3. 挤压速度,速度高时：开始段突破压力大；随后温度升高，挤压力降低。速度低时：金属冷却，抗力升高，挤压力直线上升，高过突破压力,5. 挤压模角,6. 锭坯长度锭坯越长，挤压力越大,存在挤压力最小的模角,7. 制品的形状,8. 挤压方法相同条件下：反挤压力=70-80%正挤压力,复杂度系数：断面周长/等断面积的圆周长,1. 计算公式的理论背景利用解析法和工程法的理论公式计算挤压力比较方便，对推导求解方法的归纳，可以分为以下四组： (1) 借助于塑性方程求解应力平衡微分方程，得到计算公式； (2) 利用滑移线法求解平衡微分方程，得到计算公式； (3) 根据最小功

22、原理和采用变分法建立计算公式； (4) 经验公式或简化公式。本节介绍1.皮尔林公式。,二、挤压力的计算,第三章拉拔,第一节拉拔的方法、品种第二节拉拔时的应力与变形第三节拉拔力第四节特殊的拉拔方法,第一节拉拔的方法、品种,1.1 拉拔的概念定义：在外力作用下，使坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的加工方法。,一、实心材拉拔棒、型、线二、空心材拉拔 1.品种：管材，空心异型材 2.方法： A：空拉：管坯内不放芯头 B：长芯杆拉拔：将管坯自由地套在表面抛光的长芯杆上，芯杆与管坯一齐拉过模孔。 C：固定短芯头拉拔：将芯头与芯杆固定，管坯通过模孔实现减径与减壁；,1.2 拉

23、拔的分类,D：游动芯头拉拔：芯头靠本身的外形建立起力平衡而稳定在模孔中； E：顶管法(艾尔哈特法)：芯杆套在带底的管坯中，管坯连同芯杆一起由模孔中顶出； F：扩径法：芯头大于管坯内径，使管坯直径扩大，管壁与长度减小。,一、优点： 1. 尺寸精确，表面光洁； 2. 工具、设备简单； 3. 连续高速生产断面小的长制品。二、缺点： 1. 道次变形量与两次退火间的总变形量有限； 2. 长度受限制。,三、拉拔的温度,温拔：钢、铍、钨、钼、镁、锌冷拔：钢、铝,1.3 拉拔的优缺点,一、拉拔设备的自动化、连续化、高速化；二、扩大品种、规格，提高精度，减少缺陷；三、提高工具的寿命；四、新的润滑

24、剂；五、发展新技术与新理论。,1.4 拉拔的发展趋势,一、主应力与主应变拉拔时的受力与变形状态,第二节拉拔时的应力与变形,2.1 圆棒拉拔时的应力与变形,网格法研究圆棒拉拔的结果,二、流动特点分析,B：周边上的正方形格子变成了平形四边形，倾斜的角度由入口向出口递减。在力N与T的作用下产生了剪切变形,1.纵向上网格的变化,A：轴线上的正方形格子变成矩形径向，周向压缩，轴向延伸,C：延伸变形的变化规律 a = ln(Ra/ R0) n = ln(Rn/ R0) b = ln(Rb/ R0) a n b,A：由直线变成了凸向拉拔方向的弧线；中部比边部流得快。 B：同一横线上边部网格倾斜的角度

25、比中心的大；边部的剪切变形比中部大。,2.横向上网格的变化,模子锥面与两个球面所围成的区域，球面的位置是变化的，在塑性区的前后是弹性变形区，1区必然存在(总是先有弹性变形后有塑性变形)，3区可以观察到回弹。,三、变形区,1.沿轴向的分布规律 A：l 入口出口 C：分析：塑性方程 l -(-r) = Kzh l +r = Kzh D：实际现象 (1)道次加工率大时，出口处模子的磨损比加工率小时要轻； (2)模子入口外磨损比较快。,四、变形区内的应力分布(实验结果),径向应力总是减小表面，离中心越远，所需的力越大 A：l 表面中心 C：分析：塑性方程 l -r = Kzh D：实际现象：棒材内

26、部的中心裂纹,2.沿径向的分布规律,一、空拉 1.主应力与主应变 A：主应力：二压一拉 B：主应变：两压一延，一压两延，一压一延。 2.变形区内的应力分布 A：轴向上的分布与拉棒时相似。 B：径向上的分布,2.2 管材拉拔时的应力与变形,l：外表面 = 内表面 -r：外表面内表面=0 -：外表面内表面塑性方程为：l -=Kzh,A：径向上的壁厚变化：取决于应力偏张量的大小，可以有三种情形,3.变形特点,壁厚增加,壁厚不变,壁厚减小,此时要考虑 l的变化,B：轴向上的壁厚变化,4.影响空拉时壁厚变化的因素,l的变化对应力相对大小有很大的影响，影响l的因素都会影响壁厚，用相对拉拔应

27、力来衡量。,A：相对壁厚(相对拉拔应力=0.30.8) S0/ D00.17 0.2 只出现减薄 S0/ D0 = 0.17 0.2 可出现增厚或减薄 B：材质与状态金属越硬，增厚的趋势越弱。 C：道次加工率与加工道次道次加工率加大，增壁幅度减小，减壁幅度增大增壁：多道单道减壁：多道单道 D：润滑条件、模子参数、拉拔速度使相对拉拔应力增大的，导致增壁量减小，减壁量加大,5.空拉纠偏 A. 含义：能起到自动纠正管坯偏心的作用，且道次越多，效果越好。 B. 原因： (1)假定同一圆周上径向应力r：均匀分布； (2)不同壁厚处的周向压应力：厚处薄处根据： l+ =Kzh

28、，薄处先变形，一压二延 (3)薄处先变形后的附加应力情况为：薄处在轴向上受压，厚处在轴向上受拉。 (4)考虑附加应力后的变形情况：薄处：轴向延伸减小，径向增加，变厚。厚处：开始变形，二压一延，轴向延伸，变薄。,1.变形区内的应力分布特点 A：内表面摩擦，增加l，拉拔力增大。 B：内壁r不为0，内外表面径向应力差值小，变形均匀。 2.变形特点 A：在空拉段：同管材空拉 B：在减壁段：同棒材拉拔 C：在定径段：弹性变形.,二、固定短芯头拉拔,3. 缺点不能拉长管道次加工量相对于空拉棒拉小芯杆自重弯曲,影响正确定位芯杆弹性变形.出现”竹节”,1.变形区内的应力分布特点 A：内表面摩擦

29、，减小l，与固定短芯头拉拔相比拉拔力减小； B：可采用大的延伸系数。 2.变形特点与固定短芯头拉拔相似,三、长芯杆拉拔,1.变形区内的力分布特点(芯头的稳定) A：水平方向的力平衡： N1sina1- T1cosa1= T2 B：库仑摩擦定律：T= N f C：稳定的条件：N1(sina1 - fcosa1) = T20 必须 sina1 - fcosa10 即a1tg-1f= 另外, 1 1-芯头锥角 -摩擦角 f -摩擦系数 -拉模模角,四、游动芯头拉拔,A：第一次空拉区，变厚 B：减径区，变薄，整体厚度不变 C：第二次空拉区 D：减壁区，变薄 E：定径区,2.变形特点,主应力：l、r为

30、压，为拉主应变：l、r为压，为拉,五、扩径,1. 主应力与主变形 A：压入扩径：,主应力： r为压，、l为拉主应变：l、r为压，为拉 3.变形特点直径扩大，长度变短，壁厚减薄,B：拉拔扩径,一、拉拔棒材中的残余应力 1.棒材整个断面都发生塑性变形,第三节拉制品中的残余应力拉拔的方法、品种,2.仅在表面发生塑性变形,3.变形未进入到中心层,？,？,2.衬拉管材,二、拉拔管材中的残余应力,1.空拉管材,1.减少不均匀变形摩擦，模角，退火间总加工率，道次加工率，减少空拉次数。 2.矫直辊式矫直,三、残余应力的消除,张力矫直：二次拉拔,3.退火,1-铝， 2-铜， 3-青铜， 4-

31、H70， 5-B20,第三节拉拔力,3.1 各种因素对拉拔力的影响一、抗拉强度 2.02mm-1.64mm 各种金属的拉拔力图,黄铜拉拔时断面收缩率与拉拔力的关系(不同的模角时),二、变形程度,1.在某一断面收缩率下有一个最小模角； 2.断面收缩率不同，模角不同。,三、模角,五、润滑,四、拉拔速度,1. 5m/min 以下时，速度增加，力增加； 2. 650m/min 以上时，速度增加，力减小。,1.润滑越好，拉拔力越小； 2.改善润滑的措施： A：流体动力润滑 B：双模流体静力润滑,1.振动的声波： A：超声波 B：声波 2.振动的方式： A：轴向 B：周向 C：径向,六、振动,A：高频

32、振动，降低拉拔力；晶格缺陷区吸收了振动能，提高位错势能，降低位错移动的剪切应力。 B：在低频和高频振动下，降低拉拔力；模子和金属接触面周期性地脱开而使摩擦力降低。 C：振动模接触表面对金属的周期性打击作用； D：拉拔速度的提高，振动效果降低.振动的振幅变小。,3.振动的效果,A：力的平衡： Pq = Mq + Q B：临界反拉力：反拉力在一定的范围内并不影响拉拔力，当超过某一个临界值后，开始使拉拔力增大，这一临界值称为临界反拉力。,七、反拉力,1. 拉拔时力的平衡,C：反拉力的影响因素： (1) 拉拔前的预变形程度； (2) 材料的弹性极限。 2.反拉力对拉拔力的影响 A：在 Qc 以下：不

33、影响拉拔力，模座反力减小； B：在 Qc 以上：使拉拔力增加，模座反力增大。 3.反拉力的作用减小入口处对模子的压力，从而减小入口处的磨损。,一、无反拉力时的平衡微分方程法 1. 平衡微分方程： 2. 塑性条件： 3. 边界条件： D = D0， lx = 0 D = D1， lx =L,3.2 棒材拉拔力的理论计算,：拉拔应力：平均变形抗力 B = f/tan D1：坯料直径 D0：出口直径二、附加的拉应力 1. 考虑剪切变形引起的拉拔力：能量守衡,4. 结果：,2. 考虑反拉力引起的拉拔力：修改边界条件： D = D0 lxq =q D = D1 lx =L 3. 考虑定径区

34、摩擦力引起的拉拔力：三、拉拔力(P) P= L S1 S1： D1所对应的面积,3.3 管材拉拔力的理论计算一、空拉管材的拉拔应力 1. 平衡微分方程： A：轴向上的平衡微分方程： B：径向上的平衡微分方程： 2. 塑性条件：,3. 边界条件： D = D0 lx = 0 D = D1 lx =Lb 4.结果： Lb： b截面上的拉拔应力 s：平均变形抗力 B = f/tan ：延伸系数,5. 考虑定径区摩擦的结果： f 摩擦系数 ld 定径区长度 Db 模子定径区直径 S0 坯料厚度,二、固定短芯头拉拔管材的拉拔应力分成三段来考虑：空拉段，减壁段，定径段 1. 空拉段按空拉管材

35、计算：在b截面上的拉应力 Lb 为： Lb：拉拔应力 s：平均变形抗力 B = f/tan ab： ab段的延伸系数,2. 减壁段的拉拔力计算： A：轴向上的平衡微分方程： B：塑性条件： C：边界条件： D = Db x =Lb , D = D1 x =Lc D：结果： Lc： C截面上的拉拔应力 s：平均变形抗力 B = f/tan,bc： bc段的延伸系数 3. 考虑定径区摩擦的结果： f 摩擦系数 ld 定径区长度 Db 模子定径区直径 S1 该道次拉拔后制品的厚度,三、游动芯头拉拔管材的拉拔应力分成三段平考虑：空拉段，减壁段，定径段 1. 空拉段按空拉管材计算：在b截

36、面上的拉应力Lb 为： Lb：拉拔应力 s：平均变形抗力 B = f/tan ab： ab段的延伸系数,2. 减壁段的拉拔力计算：内、外表面法向力的水平分量方向相反，芯头会前后移动，按前极限位置来计算： A：轴向上的平衡微分方程： B：塑性条件： C：边界条件： D = Db x =Lb D = D1 x =Lc,D：结果： Lc： C截面上的拉拔应力 s：平均变形抗力 B = f/tan bc： bc段的延伸系数 2：芯头锥角 1：模角 3. 考虑定径区摩擦的结果：,f 摩擦系数 ld 定径区长度 Db 模子定径区直径 S1 该道次拉拔后制品的厚度 3.4 管材拉拔力的理论计算

37、实例退火的302.0mm 的H62黄铜管，用固定短芯头拉到27.21.6mm，模角为12度，定径带长2.0mm，f=0.12，求拉拔力。一、确定几何参数： 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、计算各段的延伸系数 ab = bc= 三、计算参数 B = A = c2 = 四、各段上的拉拔应力系数 Lb/s = Lc/s =,五、计算该道次的平均硬化程度 A= (1 +2)/2 按A查硬化曲线，查出s 六.拉拔应力 L = 七.拉拔力 P=L (D1-S1)S1 如果用芯头锥角为15度的游

38、动芯头，再求拉拔力。有能力者请提交计算机处理程序,五、计算该道次的平均硬化程度 A= (1 +2)/2 按A查硬化曲线，查出s 六.拉拔应力 L = 七.拉拔力 P=L (D1-S1)S1 如果用芯头锥角为15度的游动芯头，再求拉拔力。有能力者请提交计算机处理程序,第四节拉拔设备与工具,拉拔设备管棒材拉拔机拉线机拉拔工具模子芯头,4.1 管棒材拉拔机,链式拉拔机,结构、操作简单易实现多品种,4.1 管棒材拉拔机,圆盘拉拔机,生产效率高用游动芯头，可拉拔长管,4.2 拉线机,单模拉线机多模连续拉线机,滑动式多模连续拉线机,4.2 拉线机,单模拉线机多模连续拉线机,储线式无

39、滑动连续拉线机,4.3 拉拔模,一、普通拉模 1. 模子的结构与尺寸,4.3 拉拔模,一、普通拉模 1. 模子的结构与尺寸,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、辊式拉模,4.3 拉拔模,三、旋转模,4.4 芯头,一、固定短芯头,4.4 芯头,一、固定短芯头,4.4 芯头,一、固定短芯头,4.4 芯头,二、游动芯头,4.4 芯头,二、游动芯头,4.4 芯头,三、芯头材料,钢： 35# T8A 30CrMnSi 表面镀Cr 硬质合金： YG15,第五节拉拔工艺,拉拔配模润滑拉拔制品的缺陷特殊拉拔方法,5.1 拉拔配

40、模,定义根据成品的要求，有时包括坯料的尺寸，确定拉拔道次及各道次所需模孔形状、尺寸的工作，也称拉拔道次设计,5.1 拉拔配模,一、实现拉拔过程的必要条件 Ls 安全系数: K=b/L,5.1 拉拔配模,二、拉拔配模的内容坯料尺寸的确定中间退火次数的确定道次延伸系数的分配计算拉拔力及校核各道次的安全系数,坯料尺寸的确定,圆形制品异型管材实心型材,5.1 拉拔配模,三、配模设计圆棒拉拔配模型材拉拔配模圆管拉拔配模异型管材拉拔配模,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 拉拔润滑,有色金属润滑 P 244 表13-

41、19,5.3 拉拔制品的主要缺陷,1. 棒材中心裂纹,5.3 拉拔制品的主要缺陷,1. 棒材表面裂纹,5.4 特殊的拉拔方法 1. 无模拉拔一、定义：将坯料的局部快速加热，拉拔时只有加热的部分发生变形，使材料直径均匀减小的加工方法。二、断面收缩率 F1以V2的速度移入加热区(变形区)，F2以V1的速度移出变形区，根据秒体积不变有： j= V1/(V1+V2) 三、用途 1. 难加工材 2. 变断面棒材,无模拉拔,2. 集束拉拔一、定义：将两根以上断面为圆形或异形的坯料同时通过圆的或异形的模子进行拉拔，以获得特殊形状的异形材的一种加工方法. 二、用途生产超细丝,集束拉拔,3. 玻

42、璃膜金属液抽丝,一、定义：将一定量的金属放入玻璃管内，用高频感应线圈将金属熔化，同时玻璃软化，然后利用玻璃的可抽丝性，将它从下方引出，冷却得到附有玻璃膜的超细金属丝。二、用途生产玻璃膜金属丝,玻璃膜金属液抽丝,一、定义：将线坯放入高压容器中，并施以比纯挤压时低的压力，在线材出模端施以拉拔力进行静液挤压拉伸的一种加工方法。二、用途生产超细金属丝,4. 静液挤压拉丝,静液挤压拉丝,第四章型材和管材的孔型轧制,第一节型材的孔型轧制第二节管材的孔型轧制,第四章孔型轧制,第一节型材的孔型轧制 1.1 定义轧槽：轧辊所带有的不同形状的沟槽。孔型：两个或三个轧辊相对应的轧槽和辊缝

43、所组成的空间。孔型的要素：高度、宽度、辊缝、侧壁和圆角。孔型轧制：轧件受转动轧辊的拖动，进入并通过孔型，受到轧槽的轧制，轧出符合孔型形状的断面形状和尺寸的制品。,闭口孔型开口孔型 1. 开口孔型：生产线杆 2. 闭口孔型：生产槽钢,开口孔型和闭口孔型,1.2 线杆的孔型轧制,一、孔型与孔型要素,1、轧槽与孔型,2、孔型形状,3、宽展、满充,4、辊缝、孔型圆角、侧壁斜度,5、轧辊直径与轧辊工作直径,辊环直径、槽底直径平均直径 V=(1+S) D工作 n /60 1000,6、孔型系,7、轧槽深度、无槽轧制,二、孔型参数,二、孔型参数,二、孔型参数,三、轧制原理,1、与平辊轧制相比：压下

44、量沿轧件宽向不相同，轧件的宽高比小，宽展问题突出变形量用轧制前后的截面积计算,三、轧制原理,2、宽展,三、轧制原理,3、接触弧长与接触面积,三、轧制原理,4、咬入问题 5、轧制速度与轧辊速度,四、回线式轧制,1. 三棍和高低机架,四、回线式轧制,2. 250线材轧机,四、回线式轧制,3. 轧制作业图,五、连轧-串列式,五、连轧-串列式,一、万能轧机：是有一对水平轧辊和一对立轧辊的组合式轧机，除用于轧制宽腿工字钢外，还可轧制钢轨、槽钢等。二、优点(与孔型轧制相比)： 1. 可以轧制两腿平行的产品，只要调整同一轧辊的辊缝，即可得到不同规格的产品。 2. 由于其对称性，可以采用较大的压下量

45、，使其在腿部展宽，压缩效果、表面质量、性能等方面较好。 3. 轧辊磨损小。 4. 易于自动化。,1.3 万能轧制法,1. H 型钢的特点：截面模数大，重量轻。便于拼装。节约焊接约25% (与普通工字钢相比) 应用于大型桥梁，高层建筑，重型设备，高速公路。 2. 轧制：,三、型钢的孔型轧制,2.1 热轧穿孔一、斜轧穿孔对称性好，壁厚均匀，由实心坯成毛管。一般用锻、轧坯。 1. 13度二辊斜轧穿孔 2. 18度二辊斜轧穿孔(菌式),第二节管材的孔型轧制,二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用下进行三辊斜轧穿孔：在压应力作用下进行,3. 三辊斜轧穿孔,二辊斜轧穿孔与三辊斜轧穿孔的比

46、较,内、外表面无刮伤，有利于钢锭中心粗大或疏松组织细化，偏心严重，生产率低，对坯料无限制。 1.压力挤孔 2.推轧穿孔,压力挤孔推轧穿孔,二、压力穿孔,1.自动轧管机生产400mm以下的管材：两个道次的轧制，第一道变形，第二道消除壁厚偏差，总延伸系数为2.3。优点：采用短芯头，调整方便。缺点：延伸系数小，回送，第二道要翻90度，壁厚偏差大。,2.2 轧管,一、轧管设备,2. 连续轧管机生产250-400mm以下的管材 7-9个机架，总延伸系数为6.0，采用连铸管坯。有两种形式：早期为：浮动芯棒，现为：限动芯棒,A.阿塞尔轧管机：长芯棒三辊斜轧长：1214m ，最大管径270m

47、m，壁厚偏差 6% (其它8%)。 D：t=3.520,3.高精度轧管机,壁厚偏差 35% D：t=30以上，但较短，现在改进后也达16m。,B.狄塞尔轧管机,以挤孔料为毛坯，经1017道生产一般钢管的特性指标为：长：1214m 管径21240mm，壁厚偏差 6% (其它8%)，t=2.511的薄壁钢管。优点：单位产品的设备重量轻，可用方坯。缺点：坯重轻，切头大，管径，长受限制。特殊用途：生产大直径管材：250-1500mm,4.顶管机,周期运动，延伸系数可达：15。大直径厚壁管，异形管，长度可达40m。效率低。,5.周期式轧管机,1.变形特点： A：纵轧的基本类型：空心管轧制，长芯棒轧制，短芯头轧制。 B：工具与工件接触面表面投影：与侧壁先接触；与槽底先接触。 C：三个阶段 1.压下；2.减径；3.减壁。,二、管材纵轧变形的原理,A：孔槽平均速度及平均直径任一点的直径为： (a) 平均直径为： (b) 平均速度为： (c) (d) (a) 代入 (d) (e),2.速度分析,将 (e)代入(c)有： (f) (f)代入(b)有： Dm 轧辊的名义直径 Y(x) 孔型

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