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第七章拉拔成型7.1拉拔成型的特点和基本方法7.2拉拔过程的基本概念7.3拉拔成型设备及工具7.4拉拔成型工艺是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的塑性成型方法，称之为拉拔。通常以轧制材、挤压材和锻压材为坯料。多用于冷加工丝、棒和管材，可生产极细的金属丝和毛细管。拉拔丝的直径：6～0.001mm；拉拔棒材的直径：3～80mm拉拔管材外径：200～0.1mm，壁厚最薄到0.01mm7.1拉拔成型的特点和基本方法拉拔加工方法按制品种类分为实心材拉拔和空心材拉拔。实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。空心材拉拔主要包括圆管及异型管材的拉拔。图7－1拉拔示意图7.1拉拔成型的特点和基本方法图7－2典型拉拔异型材的横截面形状1)拉拔制品形状和尺寸精确、表面光洁Ra≤0.01微米;2)投资小，生产工具和设备简单，操作维护方便;3)制品强度较高;4)道次变形率小，成型道次多，酸洗、退火工序多，成材率较低;5)适于生产小断面的长线制品，生产可实现连续化和高速化。7.1.1拉拔成型的特点按制品截面形状分为：实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。空心材拉拔主要包括管材、空心异型材拉拔。管材拉拔的基本方法——空拉、长芯杆拉拔、固定芯头拉拔、游动芯头拉拔、顶管法、扩径拉拔。见图7－37.1.2拉拔成型的基本方法图7-3空心管材拉拔的基本方法（a）空拉；（b）长芯杆拉拔；（c）固定芯头拉拔；（d）游动芯头拉拔；（e）顶管；（f）扩径拉拔空拉管坯内无芯头或芯杆的拉拔称为空拉。管坯通过模孔后外径减小，壁厚一般略有变化。空拉适合于小直径圆管材、异型管材、盘管拉拔，以及减径量很小的减径拉拔与整形拉拔。7.1.2拉拔成型的基本方法长芯杆拉拔拉拔时在管坯内套入长芯杆，使管坯和芯杆同时通过模孔以实现减径和减壁。长芯杆拉拔主要用于薄壁管或塑性较差的钨、钼类管材的加工，一般管材生产中较少采用。7.1.2拉拔成型的基本方法固定芯头拉拔（短芯头拉拔）通过芯杆将芯头固定在模孔适当的位置，使管坯通过模孔以实现减径和减壁。固定芯头拉拔管材的内表面质量比空拉时好。在实际管材生产中应用最广泛。7.1.2拉拔成型的基本方法游动芯头拉拔在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力平衡而被稳定在模孔中，使管坯通过模孔以实现减径和减壁。该法是管材拉拔中较为先进的一种方法，特别适合于长管与盘管拉拔，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量均十分有利。但与固定短芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的工艺条件与技术水平要求较高。7.1.2拉拔成型的基本方法顶管法将芯杆套入带底的管坯中，对芯杆施加推力迫使管坯通过模孔而实现减径、减壁。常用于生产难熔金属和贵金属短管材。主要用于φ300～φ400mm以上大直径管材的生产。7.1.2拉拔成型的基本方法扩径拉拔将管坯的一端固定，套入一端带有直径大于管坯内径芯头的芯杆，拉拔力施加在芯杆上，拉拔时管坯直径增大，壁厚和长度减小。主要用于设备能力受到限制而不能生产大直径管材的生产工序。7.1.2拉拔成型的基本方法拉拔一般在冷状态下进行，对强度高、塑性差的合金钢和钼、铍、钨等采用温拔和热拔。对于具有六方晶格的锌、镁合金为提高塑性也采用温拔。7.1.2拉拔成型的基本方法7.2.1拉拔变形区金属在外加拉拔力作用下产生塑性变形的区域称为拉拔变形区。包括：塑性流动区、前端弹性变形区、后端弹性变形区前端弹性变形区存在于模孔出口处。后端弹性变形区位于模孔入口处。7.2拉拔过程的基本概念7.2.1拉拔变形区图7－5棒材拉拔时变形区的形状拉拔时，变形区的金属受到拉拔力P、模壁给予的正压力N和摩擦力T的作用。7.2.1拉拔变形区实现拉拔过程的基本条件：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拔力实现的。拉拔时一定要遵守下列条件：σL＝σs式中：σL—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;σs—金属出模口后的变形抗力。LLFP7.2.1拉拔变形区安全系数：K＝式中：σb—被拉金属出模口横断面上的抗拉强度;σL—作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力。K与拉拔制品的品种和规格有关，一般取值在：≥1.35～2.0Lb图7-6拉拔园棒时断面坐标网格的变化外力拉拔力P和单位拉力σp模孔内径面的摩擦力Tm和单位正压力dNm芯头或芯杆外径面的摩擦力Tx和单位正压力dNx应力状态：两向压应力、一向拉应力应变状态：两向压缩、一向延伸7.2.2拉拔变形区内的应力应变状态图7-7拉拔时应力及应变状态拉拔的主应力和主应变状态图示拉拔为两向压应力，一向拉应力状态；二向缩短,一向伸长主应变状态。由于外摩擦的影响和模孔内径面的侧壁作用，拉拔时金属流动是不均匀的，并使组织性能不均匀。通常，中心层金属主要产生压缩和延伸变形，流动速度大于表层金属。表面层金属除发生压缩和延伸变形外，还产生剪切和附加弯曲变形。随着与中心层距离的增加，金属的流动速度逐渐减慢，在坯料表面达最小值。7.2.3拉拔时金属流动7.3.1拉拔成型设备—拉拔机按总体结构分为：链式、钢绳式、液压式和圆盘式拉拔机链式、钢绳式、液压式拉拔机主要用于直条交货的管材、棒材和型材。圆盘式拉拔机主要用于成卷交货小截面管材和丝材。按产品类型分为：管棒拉拔机、拉丝机拉丝机有两大类：单模式、多模连续式拉拔机7.3拉拔成型设备及工具拉拔工具主要指：拉模（模子）、芯头/芯杆1.模子1)作用：使金属产生塑性变形并获得模孔形状和尺寸。2)基本类型：普通拉模和圆弧拉模3)普通拉模的结构：由4个部分组成，即入口锥、工作锥、定径带、出口锥。7.3.2拉拔成型工具图7－12模子的结构4)入口锥作用是在拉拔时使润滑剂便于进入模孔，保证制品充分润滑和冷却，防止制品表面划伤。5)工作锥（压缩锥、变形区）作用是使金属产生径向压缩和长度方向拉伸变形。6)定径带作用是保证制品获得精确的尺寸和形状。7)出口锥作用是防止模子定径带剥落和划伤制品表面。7.3.2拉拔成型工具2.芯头/芯杆是管材拉拔时的配套工具，拉拔中处于管材中心。作用：与模孔形成环形空间，实现减壁和确定管材内径尺寸，并加工整平管材内径面。常用的型式：固定芯头、游动芯头、芯杆（芯棒）7.3.2拉拔成型工具一般坯料需要经过几次拉拔才能获得所需要的外形尺寸、力学性能和表面质量的优良制品。7.4.1生产工艺流程——属于冷加工坯料准备→酸洗→轧头→拉拔→退火→酸洗→精整→检验→入库7.4拉拔成型工艺1.变形量λ用延伸系数表示，即λ＝l／L＝F0／F，F0、F为材料拉伸前、后的横截面积；L、l为材料拉伸前、后的长度。通常λ=1.5～2.2。7.4.2拉拔的基本工艺参数1.变形量λ对于管材可用减径量(△D)或减壁量(△S)表示：△D＝dH-dh△S=SH-ShdH、dh和SH、Sh分别为减径和减壁前后之内径和壁厚。7.4.2拉拔的基本工艺参数2.安全系数K拉拔过程中，金属受到拉拔力的作用，金属内部沿长度方向呈拉应力状态，当应力值超过金属的抗拉强度时，就会出现拉断或局部产生缩颈现象。故必须满足K＝σb／σmax＞1σmax为作用在被拉金属出口端单位面积上之最大拉拔力通常取K≥1.35～2.0随着线径的减少，安全系数K逐渐增大7.4.2拉拔的基本工艺参数7复习题1.简述拉拔成型的特点及管材拉拔的基本方法。2.简述拉拔的变形区、应力应变状态及金属流动。3.简述拉拔生产的工艺流程及拉拔的基本工艺参数。4.试分析影响拉拔力的因素，如何降低拉拔力，减少模子磨损，提高模具寿命？5.拉拔工具主要是什么？各个作用。