有色金屬管材和棒型材生產(chǎn)_第1頁
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文檔簡介

1、第一章 擠壓 第二章 拉拔 第三章 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 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(jì)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

2、品特征實(shí)心擠壓:如棒; 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(yùn)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(diǎn) (1) 強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài); (2) 斷面形狀復(fù)雜; (3

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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和封閉化。(2) 缺點(diǎn) (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. 擠壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),二、擠壓的品種,1. 棒材,(圓棒),(方棒),(六角棒),(鋁管),2. 管材

4、,(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

5、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???,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??;(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(diǎn) 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①. 填充系數(shù) λ

6、c λc= F0/FpF0:擠壓筒內(nèi)孔橫截面積 Fp:錠坯的橫截面積② 鐓粗,,2. 正向擠壓的變形特點(diǎn),封閉空間壓力高→氣泡、起皮措施:控制長徑比 3~4; 梯溫?cái)D壓(前高后低),① 擠壓比 λ= F0/∑F1 制品的斷面積為F1② 變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力與變形狀態(tài),,(2) 基本擠壓階段,σr≈σθ |σr |>|σθ|(由中心

7、到邊部) ③ 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

8、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. 邊部非矩形,中部近矩形 b.

9、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

10、 環(huán)形縮尾 皮下縮尾,,(3) 擠壓終了階段,① 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

11、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10~30%);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,,② 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

12、、反向擠壓的變形特點(diǎn),正擠壓,反擠壓,2. 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— λ=10,棒材Φ40mm; b—λ=4.0,棒材Φ62mm 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

13、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

14、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)

15、與形狀,(1) 擠壓模 模角: α大,均勻差,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λ≥10, λ≥10,λ大,變形均勻性好 λ<10,λ小,變形均勻性差,,(2) 擠壓筒根據(jù)制品形

16、狀設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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

17、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

18、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β, 組織均勻,冷卻時

19、α從β中析出, 均勻析出低于720 ℃, 雙相α+β, α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 , β 的塑性低于α,帶狀組織,室溫變形時α、β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

20、 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

21、突出 第二相對再結(jié)晶起阻礙作用,實(shí)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(diǎn)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

22、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:470~510℃ 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)散速度低。(擠壓時變形與附加應(yīng)力分布

23、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(diǎn)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

24、,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(shí)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, λ>10變形不均勻再結(jié)晶不

25、均勻相不均勻,纖維組織,擠壓時,主應(yīng)變?yōu)檠由?,晶??v向延伸,晶界間的金屬間化合物、雜質(zhì)、缺陷等也沿?cái)D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?cái)D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)晶:Mn、Ti、C

26、r、Zr等能形成第二相質(zhì) 點(diǎn)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(jì)、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

27、尺寸不符; (3)模孔變形:使形狀和尺寸不符; (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(jì)不當(dāng)與磨損,出模時單邊受阻,流動不均勻。 (2)扭擰:模孔設(shè)計(jì)及工藝控制不當(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

28、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(jì)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)較小時所消耗的擠壓力較小,,,3.

29、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(jì)算公式的理論背景 利用解析法和工程法的理論公式計(jì)算擠壓力比較方便,對

30、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(jì)算公式; (2) 利用滑移線法求解平衡微分方程,得到計(jì)算公式; (3) 根據(jù)最小功原理和采用變分法建立計(jì)算公式; (4) 經(jīng)驗(yàn)公式或簡化公式。 本節(jié)介紹1.皮爾林公式。,二、擠壓力的計(jì)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、

31、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(shí)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???。C:固定短芯頭拉拔:將芯頭與芯桿固定,管坯通過模孔實(shí)現(xiàn)減徑與減壁;,1.2 拉拔的分類,D:游動芯頭拉拔: 芯頭靠本身的外形建立起力平

32、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??字许敵觯籉: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(diǎn): 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(diǎn): 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、

33、鋅冷拔:鋼、鋁,1.3 拉拔的優(yōu)缺點(diǎn),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;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(diǎn)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

34、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 εa = ln(Ra/ R0) εn = ln(Rn/ R0) εb = ln(Rb/ R0) εa <εn <εb,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)格傾斜的角度比中

35、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:σl 入口出口 C:分析:塑性方程 σl -(-σr) = Kzh σl +σr = Kzh D:實(shí)際現(xiàn)象 (1)

36、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(shí)驗(yàn)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:σl 表面中心 C:分析:塑性方程 σl -σr = Kzh D:實(shí)際現(xiàn)象: 棒材內(nèi)部的中心裂紋,,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。

37、0;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,σl: 外表面 = 內(nèi)表面-σr: 外表面 > 內(nèi)表面=0-σθ: 外表面 < 內(nèi)表面塑性方程為:σl -σθ=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(diǎn),壁厚增加,壁厚不變,壁厚減小,此時要考慮 σl的變化,,,B:軸

38、向上的壁厚變化,4.影響空拉時壁厚變化的因素,σl的變化對應(yīng)力相對大小有很大的影響,影響σl的因素都會影響壁厚,用相對拉拔應(yīng)力 來衡量。,,,A:相對壁厚(相對拉拔應(yīng)力=0.3~0.8) 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

39、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σr: 均勻分布; (2)不同壁厚處的周向壓應(yīng)力︱σθ ︱ : 厚處 < 薄處

40、 根據(jù): σl+ ︱ σθ ︱ =Kzh ,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(diǎn) A:內(nèi)表面摩擦,增加σl,拉拔力增大。 B:內(nèi)壁σr不為0,內(nèi)外表面徑向應(yīng)力

41、差值小,變形均勻。 2.變形特點(diǎn) 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(diǎn)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(diǎn) A:內(nèi)表面摩擦,減小σl,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(diǎn) 與固定短芯頭拉拔

42、相似,,三、長芯桿拉拔,1.變形區(qū)內(nèi)的力分布特點(diǎn)(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) = T2>0 必須 sina1 - fcosa1>0 即a1>tg-1f=β 另外, α1≤ α α1-

43、芯頭錐角 β-摩擦角 f -摩擦系數(shù) α-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(diǎn),主應(yīng)力:σl、σr為壓, σθ為拉 主應(yīng)變:εl、εr為壓, εθ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: σr為壓, σθ、σl為拉 主應(yīng)變:εl、

44、εr為壓,εθ為拉  3.變形特點(diǎn) 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

45、 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-H70, 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.

46、 5m/min 以下時,速度增加,力增加;2. 6~50m/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,A:高頻振動,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

47、提高,振動效果降低.振動的振幅變小。,3.振動的效果,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:力的平衡: Pq = Mq + QB: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:

48、 (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:不影響拉拔力,模座反力減??; B:在 Qc 以上:使拉拔力增加,模座反力減小。 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

49、, σlx = 0 D = D1, σlx =σL,,,,3.2 棒材拉拔力的理論計(jì)算,: 拉拔應(yīng)力 :平均變形抗力 B = f/tanα 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 σlxq =σq

50、 D = D1 σlx =σL 3. 考慮定徑區(qū)摩擦力引起的拉拔力:三、拉拔力(P) P= σL S1 S1: D1所對應(yīng)的面積,,,3.3 管材拉拔力的理論計(jì)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

51、: 2. 塑性條件:,,,,3. 邊界條件: D = D0 σlx = 0 D = D1 σlx =σLb 4.結(jié)果: σLb: b截面上的拉拔應(yīng)力 σs:平均變形抗力 B = f/tanα λ: 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

52、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(jì)算: 在b截面上的拉應(yīng)力 σLb 為: σLb: 拉拔應(yīng)力 σs:平均變形抗力 B = f/tanα λab: ab段的延伸系數(shù),,2. 減壁段的拉拔力計(jì)算: A: 軸向上的平衡微分方程:

53、 B: 塑性條件: C: 邊界條件: D = Db σx =σLb , D = D1 σx =σLc D:結(jié)果: σLc: C截面上的拉拔應(yīng)力 σs:平均變形抗力 B = f/tanα,,,,,σbc: 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)

54、 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(jì)算: 在b截面上的拉應(yīng)力σLb 為: σLb: 拉拔應(yīng)力 σs:平均變形抗力 B = f/tanα λab: ab段的延伸系數(shù),2. 減壁段的拉拔力計(jì)算:

55、 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(jì)算: A: 軸向上的平衡微分方程: B: 塑性條件: C: 邊界條件: D = Db σx =σLb D = D1 σx =σLc,,,,D:結(jié)果: σLc: C截面上的拉拔應(yīng)力 σs:平均變形抗力 B = f/

56、tanα σbc: bc段的延伸系數(shù) α2: 芯頭錐角 α1: 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(jì)算實(shí)例退火的Φ30×2.0mm 的H62黃銅管,用固定短芯頭拉到Φ27.2×1.6mm,模角為12度,定徑帶長2.0m

57、m,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(jì)算各段的延伸系數(shù) λab = λbc= 三、計(jì)算參數(shù) B = A = c2 = 四、各段上的拉拔應(yīng)力系數(shù)

58、 σLb/σs = σLc/σs =,五、計(jì)算該道次的平均硬化程度 Aε= (ε1 +ε2)/2 按Aε查硬化曲線,查出σs 六.拉拔應(yīng)力 σL =  七.拉拔力 P=σL ρ(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?jì)算機(jī)處理程序,五、計(jì)算該道次的平均硬化程度 Aε

59、= (ε1 +ε2)/2 按Aε查硬化曲線,查出σs 六.拉拔應(yīng)力 σL =  七.拉拔力 P=σL ρ(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?jì)算機(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),

60、結(jié)構(gòu)、操作簡單易實(shí)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

61、 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

62、,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??仔螤睢⒊叽绲墓ぷ?, 也稱拉拔道次設(shè)計(jì),5.1 拉拔配模,一、實(shí)現(xiàn)拉拔過程的必要條件 σL<σs安全系數(shù): K=σb/σL,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(jì)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(shí)心型材,5.1 拉拔配模,三、 配模設(shè)計(jì)

63、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13-19,5.3 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

64、,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.

65、 二、用途 生產(chǎn)超細(xì)絲,集束拉拔,3. 玻璃膜金屬液抽絲,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、

66、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??仔停簝蓚€或三個軋輥相對應(yīng)的軋槽和輥縫所組成的空間。 孔型的要素:高度、寬度、輥縫、側(cè)壁和圓角??仔蛙堉疲很埣苻D(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

67、的制品。,,1.2 線桿的孔型軋制,一、孔型與孔型要素,1、軋槽與孔型,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,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) × π × D工作× n /60 ×1000,6、孔型系,7、軋

68、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(jì)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

69、----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(diǎn)(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.

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