第四章拉拔配模

1、第四章 拉拔配模1 拉拔配模為了獲得一定尺寸、形狀、力學性能和表面質(zhì)量的優(yōu)良制品，一般要將坯料經(jīng)過幾次拉拔來完成。拉拔配模設計或稱為拉拔道次計算，就是根據(jù)成品的要求（有時還包括坯料尺寸）來確定拉拔道次及各道次所需?？仔螤?、尺寸的工作。正確的配模設計，除能滿足上述要求外，還應盡量保證在減少斷頭、拉拔次數(shù)和裂紋、裂口等缺陷的情況下，減少拉拔道次以提高生產(chǎn)率和設備利用率。1.1 拉拔配模分類拉拔配模分為單模拉拔配模和多模連續(xù)拉拔配模。1.1.1 單模拉拔配模在拉拔機上，坯料每次只通過一個模子的拉拔，而確定每道次拉拔所需拉模尺寸、形狀的工作稱為單模拉拔配模。對單模拉拔配模較容易，主要考慮保證產(chǎn)品質(zhì)量和

2、拉拔安全系數(shù)的要求，在滿足此要求的前提下，應盡量采用大的加工率，提高生產(chǎn)效率，單模拉拔主要用于管棒型材生產(chǎn)。1.1.2 多模連續(xù)拉拔配模（略）1.2 拉拔配模設計的原則最少的拉拔道次，要求充分利用金屬的塑性，提高生產(chǎn)率，降低能耗，減少不均勻變形程度，為此在保證拉拔穩(wěn)定的條件下，盡可能增大每道次之延伸系數(shù)。要求拉拔變形盡量均勻，最佳的表面質(zhì)量，精確的尺寸，保證產(chǎn)品的性能。要與現(xiàn)有設備參數(shù)（模數(shù)、速度）、設備能力（拉制范圍、生產(chǎn)率）等相適應?？傊闻淠ＴO計在材料強度、塑性允許、保證產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量的情況下，盡可能增大每道次的延伸系數(shù)。1.3 坯料尺寸的確定（1）圓形制品坯料尺寸的確定在拉拔圓形制

3、品實心棒、線材以及空心管材時，如果能確定出總加工率，那么根據(jù)成品所要求的尺寸就可確定出坯料的尺寸。在確定總加工率時要考慮如下幾個方面。保證產(chǎn)品的性能 拉拔時，加工率對制品的力學性能和物理性能有很大的影響，拉拔的總加工率（指退火后）直接決定制品性能。對軟制品來說，關于總加工率一般沒有嚴格的要求，在實際生產(chǎn)中軟制品的力學性能通過成品退火來控制。但是為了使制品不產(chǎn)生粗晶組織，應避免采用臨界變形程度進行加工。對半硬制品（用拉拔控制性能時）和硬制品來說，應根據(jù)加工硬化曲線查出保證規(guī)定力學性能所需要的總加工率，并以此為依據(jù)，推算出坯料的尺寸。操作上的要求 這個問題主要是管材拉拔時應考慮的問題，因為在管材拉

4、拔時不僅有坯料直徑的變化，而且還要壁厚的變化。在襯拉時，每道次必須既有減壁量又有減徑量，單有減壁量無法裝入芯頭，拉拔不能進行。另一方面，總減壁量過大，以及總減徑量過小的現(xiàn)象也不允許發(fā)生。這主要是因為經(jīng)過幾道次拉拔后管徑可能已達到成品尺寸，而管壁仍大于成品尺寸，致使拉拔無法進行。因此，在拉拔圓管時，坯料的尺寸應保證：減壁所需的道次小于或等于減徑所需要的道次。減徑所需的道次數(shù)大于減壁所需的道次數(shù)，不但允許而且在生產(chǎn)小直徑管材時也是必需的。這是由于管壁厚度已達要求時，可改用空拉減徑，而壁厚可基本保持不變。因而，一般在確定管坯尺寸時，總是先定出管壁厚的尺寸，根據(jù)坯料及成品壁厚計算出減壁所需的道次，然后

5、由此推算出與此相應的管坯最小外徑。由管坯及成品壁厚計算減壁所需的道次數(shù)有兩種方法。ns=/s或者 ns=（-）/式中 ns減壁所需道次數(shù)；，管坯及成品壁厚；s平均道次壁厚延伸系數(shù)； 平均道次減壁量。由管坯及成品外徑計算減徑所需之道次數(shù)nD經(jīng)常用以下方法：nD=式中 平均道次減徑量；管坯及成品外徑。保證產(chǎn)品表面質(zhì)量 由擠壓或軋制供給的坯料，一般總會有些缺陷，如劃傷、夾灰等。拉拔的特點是在軸向上，主應力與主變形方向一致，因此坯料中的一些缺陷會隨著拉拔道次和總變形量的增加而逐漸暴露于制品的表面，并可即時予以去除。故適當增大總變形量對保證制品質(zhì)量有好處。但對空拉而言，過多道次空拉會降低管子內(nèi)表面質(zhì)量，

6、使表面變暗、粗糙，甚至出現(xiàn)皺紋。所以在制定拉拔工藝時應控制空拉道次及其總變形量。在生產(chǎn)對壁厚和內(nèi)表面要求嚴格的小直徑管材時，盡管操作困難、麻煩，也不得不采用各種襯拉。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，各種金屬管材所用管坯的壁厚皆應有一定的最小加工余量，如表所示。合金管坯壁厚余量（-）/mm合金管坯壁厚余量（-）/mm紫銅黃銅13.512青銅12 根據(jù)坯料制造的條件及坯料具體情況選定 用擠壓和軋制供給的坯料，由于受設備條件所限，其規(guī)格總有一定的公差范圍，而且為了便于技術管理，其規(guī)格數(shù)量也不能很多。所以確定坯料尺寸，應考慮具體的生產(chǎn)條件，恰當?shù)剡x取坯料的尺寸。另外，若管坯的偏心比較嚴重，那么管坯直徑的尺寸應選大些

7、。可適當增加空拉道次，以便更好地糾正偏心。綜上所述，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應努力提高生產(chǎn)率，坯料斷面尺寸盡可能地取小些為好。關于坯料的長度選擇，為了提高生產(chǎn)效率和成品率，根據(jù)設備條件和定尺要求應盡量選得長些，并可通過計算加以確定。坯料的長度由成品長度、夾頭長度、切尾余量和設備允許的長度綜合確定。一般情況下，理論計算拉拔長度L1=nL2+8001500mm(L2為成品長度，可結(jié)合道次表舉例說明)。（2）異型管材拉拔坯料尺寸的確定（略）1.3.2 中間退火次數(shù)的確定坯料在拉拔過程中會產(chǎn)生加工硬化，塑性降低，使道次加工率減小，甚至頻繁出現(xiàn)斷頭、拉斷現(xiàn)象。因此需要進行中間退火以恢復金屬的塑性。中間退

8、火的次數(shù)用下式確定 N=-1式中 N中間退火次數(shù)；由坯料至成品總延伸系數(shù)；兩次退火間的平均總延伸系數(shù)。對固定短芯頭拉管，中間退火次數(shù)還可用下式計算N=-1或者 N= -1式中，坯料與成品壁厚，mm；兩次退火間的總平均減壁量，mm； n總拉拔道次數(shù)； 兩次退火間的平均拉拔道次數(shù)。中間退火次數(shù)的關鍵是（，n）值，太大或太小都會影響生產(chǎn)效率和成品率。如果太小，則金屬塑性不能充分利用，會增加中間退火次數(shù)。若太大，則中間退火次數(shù)雖然減少了，但是易造成拉拔材出現(xiàn)裂紋、斷頭、拉斷等。因此，值要根據(jù)實踐經(jīng)驗確定，下表為、的經(jīng)驗值。1.3.3 拉拔道次及道次延伸系數(shù)分配（1）拉拔道次的確定根據(jù)總延伸系數(shù)和道次的

9、平均延伸系數(shù)確定拉拔道次nn=或者由道次最大延伸系數(shù)計算拉拔道次n,即n= 然后選擇實際拉拔道次n。（2）道次延伸系數(shù)的分配 經(jīng)驗法 在分配道次延伸系數(shù)時，應考慮金屬的冷硬速率、原始組織、坯料的表面狀態(tài)和尺寸公差、成品精度及表面質(zhì)量等。對于道次延伸系數(shù)分配，一般有兩種情況：第一種是像銅、鋁、鎳和白銅那樣塑性好、冷硬速率慢的材料，可充分利用其塑性給予中間拉拔道次較大的延伸系數(shù)，由于坯料的尺寸偏差以及退火后表面的殘酸、氧化皮等原因，第一道采用較小的延伸系數(shù)；最后一道延伸系數(shù)較小有助于精確地控制制品的尺寸公差；第二種是像黃銅一類的合金，它的冷硬速率很快，稍予以冷變形后，強度急劇上升使繼續(xù)加工發(fā)生困難

10、。因此，必須在退火后的第一道盡可能采用較大的變形程度，隨后逐漸減小，并且在拉23道次后便需退火。在實際生產(chǎn)中，最后成品道次的延伸系數(shù)，往往近似按下式選取= 而中間道次的延伸系數(shù)的分配要根據(jù)上述的道次延伸系數(shù)的分配原則確定。中間道次的延伸系數(shù)大約為1.251.5，而成品道次的延伸系數(shù)大約為1.101.20。下表為鋁合金道次延伸系數(shù)的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 計算法（略，留作自己鉆研）。1.4 配模設計1.4.1 單模拉拔配模設計(1)圓棒拉拔配模（略）（2）型材拉拔配模（略）（3）圓管拉拔配模空拉管材配模設計 對于直徑小于1620mm的管子，由于放芯頭困難，為了操作方便，提高生產(chǎn)率，常采用空拉。只有對于內(nèi)

11、表面質(zhì)量要求高的毛細管、散熱管，盡管在其直徑小于610mm時也仍采用襯拉。在確定空拉道次變形量時，除了要考慮金屬出?？诘膹姸纫苑览瓟嗤?，還應考慮管子在變形時的穩(wěn)定性的問題，特別是對薄壁管來說，決定道次加工率的因素已不是強度，而是它的穩(wěn)定性。也就是說，當壓縮量增加到一定程度時，管子將產(chǎn)生縱向凹陷。為了防止凹陷，一般認為在=10°15°時，空拉道次減徑量的值不超過壁厚6倍是穩(wěn)定的，即D0-D16s0。 固定短芯頭拉管配模設計 固定短芯頭拉拔所使用的坯料可以由擠壓、冷軋管或熱軋管法供給，在拉拔時，由于金屬與芯頭接觸摩擦面較空拉時的大，所以道次延伸系數(shù)較小。對塑性良好的金屬，如紫銅

12、、鋁和白銅等管材，道次延伸系數(shù)最大可達1.7左右，兩次退火間總延伸系數(shù)可達10，一般來說，可以一直拉到成品而無需中間退火。大直徑的管材（300160mm）的道次延伸系數(shù)和兩次退火間的延伸系數(shù)主要是受拉拔設備能力的限制，通常拉拔25道次后要退一次火，道次延伸系數(shù)為1.101.30。對于鋼及冷硬速率快的有色金屬，如H62、H68、HSn70-1、硬鋁等管材，一般在拉拔13道次后即需進行中間退火，道次延伸系數(shù)最大也可達到1.7左右，一般道次平均延伸系數(shù)為1.301.50。下表是國內(nèi)采用固定短芯頭拉拔各種金屬管材時常用的延伸系數(shù)。 固定短芯頭拉拔時，管子外徑減縮量（減徑）一般為28mm，其中小管用下限

13、，大管用上限。只有對200mm以上的退火紫銅管，其減徑量達1012mm。道次減徑量不宜過大，以免形成過長的“空拉頭”，即管子前端未與芯頭接觸的厚壁部分；此外，還會使金屬的塑性不能有效地用于減壁上，因為襯拉的目的主要使管坯的壁厚便薄，也就是說，在襯拉配模時應該遵循“少縮多薄”的原則?！吧倏s多?！币灿欣跍p小不均勻變形，減少空拉階段時的壁厚增量和使芯頭很好地對中，減少管子偏心。對鋁合金管，減徑量過大還會降低其內(nèi)表面質(zhì)量。固定短芯頭拉拔時不同金屬的減壁量如下表所示。在擬訂拉拔配模時，為了便于向管子里放入芯頭，任一道次拉拔前管子內(nèi)徑dn必須大于芯頭的直徑dn，一般為dn- dna式中，a=23mm。

14、因此，管坯的內(nèi)徑d0與成品管材內(nèi)徑dk之差，必須要滿足下列條件d0-dkna式中，n-拉拔道次。管材每道次的平均延伸系數(shù)要遵守下列關系式中，與總延伸系數(shù)相對應的管子平均直徑總延伸系數(shù)和壁厚總延伸系數(shù)；管子道次的平均直徑延伸系數(shù)與壁厚平均延伸系數(shù)。上式說明，管子每道次的平均延伸系數(shù)等于相應的平均直徑延伸系數(shù)與壁厚平均延伸系數(shù)的乘積。下表為管材固定短芯頭拉拔時的直徑與壁厚道次延伸系數(shù)。另外，在保證管子力學性能條件下，為了獲得光潔的表面，管坯壁厚s0必須大于成品管壁厚sk。當sk4.00mm時，s0sk+12mm；當sk4.00mm時，s01.5sk。 游動芯頭拉管配模設計 游動芯頭拉拔與固定短芯頭

15、拉拔相比較，具有許多的優(yōu)點。例如：它可以改善產(chǎn)品的質(zhì)量，擴大產(chǎn)品品種；可以大大提高拉拔速度；道次加工率大，對紫銅固定短芯頭拉拔，延伸系數(shù)不超過1.5，用游動芯頭可達1.9；工具的使用壽命高，特別是對拉拔鋁合金類易黏結(jié)工具的材料效果更為顯著；有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化合自動化。2 拉拔潤滑（了解）2.1 拉拔潤滑劑的要求拉拔潤滑劑應滿足拉拔工藝、經(jīng)濟與環(huán)保等方面的要求。由于拉拔的方式、條件與產(chǎn)品品種的不同，對潤滑劑的要求也有所不同。但是，對拉拔潤滑劑的一般要求，可概括如下幾點。 對工具與變形金屬表面有較強的黏附能力和耐壓性能，在高壓下能形成穩(wěn)定的潤滑膜。 要有適當?shù)酿ざ?，保證潤滑層有一定的厚度，

16、并且有較小的流動剪切應力。 對工具及變形金屬要有一定的化學穩(wěn)定性。 溫度對潤滑劑的性能影響小，且能有效地冷卻模具與金屬。 對人體無害，環(huán)境污染最小。 應保證使用與清理方便。 有適當?shù)亻W點及著火點。 成本低，資源豐富。2.2 拉拔潤滑劑的種類拉拔潤滑劑包括在拉拔時使用的潤滑劑和為了形成潤滑膜在拉拔前對金屬表面進行預處理時所用的預處理劑。某些金屬構成潤滑膜的吸附層很慢或者要求采取大量的措施（如鋼），或者根本不形成吸附層（如鋁及鋁合金、銀、白金等）。在此種情況下，可對金屬表面進行預先處理（打底），其中包括有鍍銅、陽極氧化，以及用磷酸鹽、硼砂、草酸鹽處理和樹脂涂層等。在不允許或不可能形成吸附層時，所采

17、用的潤滑劑必須具有附著性能和足夠的粘度。3 拉拔制品的主要缺陷3.1 實心材的主要缺陷（略）3.2 管材制品的主要缺陷 拉拔管材常見的缺陷有表面劃傷、皺折、彎曲、偏心、裂紋、金屬壓入、斷頭等，其中以偏心、皺折最為常見。（1） 偏心在實際生產(chǎn)中，拉拔管坯的壁厚是不均勻的，尤其是在臥式擠壓機上進行脫皮擠壓所生產(chǎn)的銅合金管坯偏心度非常嚴重。利用不均勻壁厚管坯進行拉拔時，空拉能起到自動糾正管坯偏心的作用，使管材偏心度減小，但有的管坯偏心過于嚴重而空拉糾正不過來，造成管材偏心缺陷。（2）皺折若D0/s0值較大，而管壁薄厚又不均勻，道次加工率又大，加之退火不均勻時，則管壁易失穩(wěn)而產(chǎn)生凹陷或皺折。3.3 生產(chǎn)中拉拔制品的缺陷 在拉