醫(yī)用鎂合金微管的拉拔工藝研究及拉拔模具的設計畢業(yè)論文

1、單位代碼 02 學號 1101180016 分 類 號 TH6 密 級 畢業(yè)論文醫(yī)用鎂合金微管的拉拔工藝研究及拉拔模具的設計 院（系）名稱工學院機械系 專業(yè)名稱材料成型及控制工程 學生姓名 指導教師2015年5月15日醫(yī)用鎂合金微管的拉拔工藝研究及拉拔模具的設計摘 要根據成形工藝的不同，可以將鎂合金材料大致分為變形及鑄造鎂合金兩大類。鑄造主要通過鑄造加工滿足鎂合金產品。鎂合金微管在合金結構中的地位很重要，因為它的作用很廣泛，比如可替代鋁合金和其他金屬薄壁件，從而達到節(jié)省資源和降低重量的目的。目前己涉及的領域有摩托車工業(yè)、家用電器、紡織印刷、通訊、電子、航空、航天、汽車、包裝、軍工以及醫(yī)學介入治

2、療等行業(yè)。目前，針對醫(yī)用鎂合金微管的應用研究基本上集中于心血管支架。 本文以生物可降解鎂合金血管支架用薄壁微管加工為背景，根據鎂合金優(yōu)良的材料力學性能和加工性能，對其進行了拉拔成形工藝研究和拉拔模具設計。關鍵詞：鎂合金，微管，生物可降解，生物相容性，拉拔 Research on Drawing Process and Drawing Die Design of Medical Magnesium Alloy Capillary (Tube) eAbstractAccording to different forming process, the magnesium alloy material

3、 is mainly divided into two categories: casting magnesium alloy and magnesium alloy. The former mainly through the casting for magnesium alloy products. Include sand casting, permanent mold casting, investment casting, lost foam casting, die casting, etc. The die casting is the most mature and most

4、widely used technology. Magnesium alloy microtubule is a kind of important magnesium alloy structural parts.It can be used as an alternative to aluminum alloy and other metal thin pieces , and to achieve weight loss, energy saving effect. At present, It has been widely used in communications, electr

5、onics, aviation, aerospace, automotive, motorcycle industry, household electricalappliances, textile printing, packaging, military and medical intervention treatment industry.To date, Medical magnesium alloy capillarys research focused on cardiovascular stents. It was based on the mini tube manufact

6、uring process for biodegradable magnesium coronary stents. The magnesium alloy material with excellent mechanical properties and processing performance, has carried on the study on the forming process anddrawing die design.Key words: Magnesium Alloy, Microtubule, Biodegradable , Biocompatibility, Dr

7、awing 目 錄 HYPERLINK l _Toc31792 1緒論1 HYPERLINK l _Toc22049 引言1 HYPERLINK l _Toc29442 生物支架用微管材料1 HYPERLINK l _Toc25806 生物支架用鎂合金微管2 HYPERLINK l _Toc25806 1.4 本課題研究的目的和意義3 HYPERLINK l _Toc25806 1.5 論文主要工作3 HYPERLINK l _Toc11382 2鎂及鎂合金4 HYPERLINK l _Toc24293 純鎂及鎂合金的特性4 HYPERLINK l _Toc17639 鎂合金的分類4 HYPE

8、RLINK l _Toc27496 3鎂合金成形工藝6 HYPERLINK l _Toc3733 鑄造鎂合金的成形工藝6 HYPERLINK l _Toc19122 鎂合金的塑性變形機制6 HYPERLINK l _Toc4225 3. 鎂合金塑性變化的滑移原理6 HYPERLINK l _Toc28443 3.2.2 鎂合金塑性變化的孿生原理7 HYPERLINK l _Toc32494 3.3 變形鎂合金的塑性加工技術7 HYPERLINK l _Toc14974 3.3.1擠壓7 HYPERLINK l _Toc15591 3.3.2鍛造7 HYPERLINK l _Toc15591 3

9、.3.3超塑性成形8 HYPERLINK l _Toc15591 3.3.4 軋制8 HYPERLINK l _Toc15591 3.3.5 拉拔變形8 HYPERLINK l _Toc21904 4拉拔工藝的研究現狀9 HYPERLINK l _Toc18072 4.1 拉拔工藝的特點9 HYPERLINK l _Toc20062 9 HYPERLINK l _Toc20062 9 HYPERLINK l _Toc22049 4.3.1拉拔時的變形指數9 HYPERLINK l _Toc22049 4.3.2實現拉拔過程的基本條件10 HYPERLINK l _Toc22049 4.3.3管

10、材襯拉時的應力與變形10 HYPERLINK l _Toc22049 4.3.4殘余應力的消除11 HYPERLINK l _Toc22049 4.4 拉拔工藝的發(fā)展歷程和現狀11 HYPERLINK l _Toc27870 4.5 鎂合金拉拔工藝的研究現狀12 HYPERLINK l _Toc27870 5拉拔模具計算與設計13 HYPERLINK l _Toc9662 5.1 拉拔工藝方案確定13 HYPERLINK l _Toc9662 5.選擇管材坯料13 HYPERLINK l _Toc9662 5.1.2 確定拉拔道次和各道次延伸系數13 HYPERLINK l _Toc9662

11、5.1.3 確定各道次截面尺寸14 HYPERLINK l _Toc21383 5.1.4 計算拉拔力15 HYPERLINK l _Toc21383 5.1.5 選擇拉拔機17 HYPERLINK l _Toc21383 5.1.6 確定中間工序18 HYPERLINK l _Toc21383 5.2 拉拔模具設計18 HYPERLINK l _Toc21383 5.2.1 拉模材料選擇18 HYPERLINK l _Toc21383 5.2.2 模子結構與尺寸19 HYPERLINK l _Toc21383 5.2.3 長芯桿的結構與尺寸22 HYPERLINK l _Toc21383 5

12、.3潤滑23 HYPERLINK l _Toc10333 結論24 HYPERLINK l _Toc9526 致謝25 HYPERLINK l _Toc30673 參考文獻261 緒 論 很長時間以來，冠心病都是我國病人的頭號殺手，生命保住了，很有可能留下殘疾。社會還需要投入大量的精力來維系這部分患者的生命，同時給家人帶來了較沉重的壓力。藥物控制種類較多，但始終對治療動脈粥樣硬化和冠心病的作用有限，治療效果不甚理想，對患者的精神狀態(tài)和經濟壓力造成了一系列問題。引言從1988年以來，隨著醫(yī)療科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，很多人不用簡單的經皮血管成形技術而采取其支架技術，它的含義是在做經皮手術過程中，將鎂

13、合金微管支架(或稱血管搭橋)植入人體內用來克服單一的經皮血管成形術所產生的難題。血管支架剛開始僅僅用在經皮手術中，由于其效果不是太理想，有時候會造成損害血管的問題，在后期的實踐中，血管支架也用來治愈在旁路搭橋中的多次損傷，現已成為血管介入治療的常見療法。與經皮血管技術相比，血管內支架植入術明顯降低了血管急性閉塞和再狹窄的發(fā)病率。但對于人體這種比較復雜的生理環(huán)境而言，支架作為“外來物”必然會激發(fā)人體內的自我排異反應。實驗證明，裸支架植入血管內后會導致內皮細胞的增殖或遷移，從而帶來手術的失敗。對大部分患者來講，使用支架半年以后，容易引發(fā)其他的并發(fā)癥，因此，亞急性血栓形成和血管再狹窄仍就是手術后的兩

14、大主要并發(fā)癥。本文采用AZ91D鎂合金管坯，利用其優(yōu)良的生物特性和力學性能，通過拉拔成形工藝制備薄壁支架管。1.2 生物支架用微管材料目前臨床應用的血管支架以不銹鋼和Ni-Ti合金為主要的制備材料。這些血管支架在治療的過程中存在如下問題： (1)Ni離子溶出，可能引起毒副作用； (2)血管內膜增生，約有20%以上的發(fā)生血管再狹窄和血栓； (3)慢性炎癥、抗血小板治療時間長，需要長期服藥治療； (4)(植入支架的血管)無法適應血管的自然生長，特別不利于年輕患者； (5)出現意外時無法進行外科血管再造術(二次手術)； (6)長期的內皮機能紊亂； (7)后續(xù)的監(jiān)測困難，無法使用MRI。如今可降解高分

15、子材料已經被證實可以在人體環(huán)境下降解，但是其力學性能太低，特別是剛度只有3 4GPa，用作支架時，會發(fā)生顯著的回彈，造成血管截面積狹小，無法達到預想的效果。因此，開發(fā)新型的高強度可降解支架材料就顯得異常迫切。1.3 生物支架用鎂合金微管 鎂合金微管作為航空領域的導油管，是一種節(jié)能的材料，因為它的低密度性，可以說是工業(yè)中最輕的金屬；在醫(yī)用原料方面，鎂合金血管支架具有生物降解的特性，可以說是醫(yī)學領域中最開發(fā)潛力的新型優(yōu)質金屬材料；在國防工業(yè)方面，作為導彈、飛機和高級車輛等軍用設備的進氣管；還有日常用的進出水管等。由于鎂合金微管處于初期的發(fā)展階段，還有好多沒有發(fā)掘出來的用途，后期還會有更好更多的產品

16、材料被鎂合金管材取代。同時世界的工業(yè)技能和科學技術水平都會有較大的進步，還有人們自身和社會持續(xù)發(fā)展的需要，對高性能鎂合金材質的需求將快速增長，對其品種、規(guī)格的需求也會越來越多。干涉鎂合金耐腐蝕性的誘因主要是其里面的雜質含量，尤其是里面所包含的不利的元素，打比方有Fe、Ni、Cu和Co的容量。這些合金里的有害元素的包含量必須控制在規(guī)定的標準范圍以內才可以(Fe，Cu和Ni 3種元素在Mg中的最高溶限量分別為170 xl0-6 ，1 000 xl0-6 和5xl0-6 )。如果能減少重金屬雜質的含量的話，將會大大地提高了其中的耐腐蝕性。 在鎂合金中放進去少許的稀土元素可以很好地增加合金的綜合性能，

17、與此同時在最開始的研究中體現了輕稀土元素的放入還有利于加大生物植入體的抗凝血作用。這一原理充分利用了稀土的低微合金化特性。這一特性進一步符合耐蝕性鎂合金的要求。課題研究的目的和意義本課題采用多道次拉拔技術得到晶粒細小而且組織均勻的管材，課題增加多樣化的鎂合金變形方式，加大了鎂合金的市場應用范圍，其意義不可思議。論文的主要任務就是研究并設計一個基于鎂合金的微管材，通過對鎂合金材料的研究以及成形方法的討論，設計制造一個符合要求的薄壁微管拉拔模具。論文主要工作有以下幾點：(1)搜集與鎂合金相關的數據參數及性能資料，并與其他材料做出比較，了解鎂合金作為支架管的優(yōu)勢。(2)查閱相關文獻資料，熟悉鎂合金毛

18、細管的成形技術和相關拉拔模具設計方案，掌握模具設計的思路。(3)使用cad等相關軟件做出拉拔模具的二維圖形。(4)對研究、設計工作進行總結整理，完成畢業(yè)論文。 2鎂及鎂合金2.1純鎂及鎂合金的特性在工業(yè)的應用中，鎂是目前最輕最常用的金屬，鎂的熔點為650，在20時的密度為，這一優(yōu)勢在結構材料中是利用鎂合金的基本基礎。在20時的體積熱容為1781J/(dm3.K)，與其他金屬相比較，在相同條件下鎂金屬是最低的。不管加熱還是散熱方式在同條件下鎂合金是效率最高的，這也是它本身所具有的特征。鎂合金是一種非常綠色、健康、環(huán)保的工程材料。普通鎂合金的密度為1.3 1.9g/cm3，常規(guī)鎂合金比鋁合金輕30

19、% 50%，比鋼鐵輕70%以上，應用在工程中可大大減輕結構件質量，具有鋁和鋼不可代替的性能，具有很多優(yōu)異的特性使它能被廣泛應用于航空、汽車、計算機、醫(yī)療和家電等行業(yè)。另一方面，鎂合金對環(huán)境無污染，而且它的廢料回收利用率很高，甚至達到85%以上。不僅色澤鮮艷美觀，并且能長時間保持完好，跟新的一樣；鎂合金還具有易壓鑄特性，尺寸收縮較小，同時具有良好的脫模性能。對我們來講，其工藝成形的研究意義重大在更廣泛的應用鎂合金產品。根據合金的不同化學成分，鎂合金大致可分為二元合金、三元合金以及多元合金。除了這種劃分方式以外，還可以依據鎂與其中的一個重要合金元素將鎂合金劃分為Mg-A1, Mg-Mn , Mg-

20、Zn , Mg-RE，Mg-Ag, Mg-Li系等。還可以利用鎂合金的合成工藝技術，鎂合金可分為鑄造和變形鎂合金兩大種類。常用的壓鑄鎂合金主要有三個系列AZ系、AM系和AS系。其中在1750時的AS41A合金具有較高的蠕變強度，比AZ91和AM60合金高得多，也具有優(yōu)良的耐鹽霧腐蝕性能，這是好的一面，但它也有壞的一面，就是AS41A合金的純度較低，比AS41XB低得多。當然，對于AS21合金來講，它具有更高的高溫蠕變強度，但它在市場應用領域的地位很低，最重要的原因是它的含鋁量太低了和鑄造性太差了。 3鎂合金成形工藝為了更加充分合理開發(fā)和發(fā)展變形類的鎂合金，國內外給予了高度的重視和支持，合金會逐

21、步向系列化方向發(fā)展，各個工業(yè)發(fā)達國家都成立了自己的特色合金系列。尤其是AZ31合金的性能不斷提高。但與目前較成熟的鎂合金鑄造技術相比，鎂合金的鍛造、擠壓、軋制、拉拔、沖壓等塑性加工技術與超塑性成形技術的發(fā)展則相對緩慢。 鑄造鎂合金的成形工藝鎂合金具有優(yōu)良的壓鑄性能，主要表現為:充型能力好，充型后凝固速度較快，對鑄型的熱沖擊較小，不侵蝕鋼增禍和鑄型。因此鎂合金壓鑄件尺寸大小準確，易清潔。半固態(tài)鑄造的優(yōu)點有很多，如充型方式穩(wěn)定平緩、金屬液的氧化反應損失較少、鑄件的尺寸精度較準確、孔洞類的缺陷較少、還可以進行熱處理和鑄型的使用時間長久等。根據鑄造成形工藝技術的步驟不一樣，半固態(tài)鑄造分為流變鑄造以及觸

22、變鑄造兩大種類。觸變鑄造具有節(jié)省能源、環(huán)境污染小、生產過程安全性高等優(yōu)點，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法；但是，制備坯料需要巨大的投資和被壟斷的關鍵技術。流變鑄造工藝非常簡單，鑄件和能耗的成本也比較低，但因為非枝晶半固態(tài)合金漿料在保持和輸送等方面有著很大的困難，在一定程度上制約了其在工業(yè)應用上的發(fā)展，由此導致其發(fā)展速度慢于觸變鑄造的速度。3.2 鎂合金的塑形變形機制3 鎂合金塑性變化的滑移原理受外界力作用的多晶鎂合金發(fā)生塑性變形時，會沿滑移面發(fā)生滑移，位錯的運動是其滑移的本質。晶體開始滑移的基本條件是具有適量的臨界切應力，鎂在不同滑移面上的臨界切應力與溫度有著不可分割的關聯。對于具有密排六方晶

23、體結構的鎂發(fā)生的位錯運動和增殖會使位錯在變形過程中很快互相纏結、釘扎以及受晶界的阻礙而終止運動。3 鎂合金塑形變化的孿生原理鎂合金塑性變形的另一種方式就是孿生。與滑移的原理類似，沿著特定的晶面和特定的晶體方向發(fā)生就是孿生的切變機制，孿生方向為，鎂的孿生面為1012。變形時晶體的對稱性與孿生是否出現之間有著某種聯系。盡管處于室溫狀態(tài)下的屬于六方晶體結構的鎂基面滑移的孿生所需要的切應力略高于臨界切應力，但由于其較低的對稱性和較少的滑移系統，容易出現不利于滑移的晶體取向的情況，孿生成為另一種塑性變形方式。由于它會稍微影響孿生所引起的變形量，因此它對鎂晶體形變的發(fā)生與滑移相比可以忽略不計，況且它在通常

24、情況下對總變形量的貢獻不會大于10?？紤]到多晶體鎂合金中晶體取向的不可確定性，在變形前期時晶粒通常需要采取調整以便有益于變形時滑移的順利發(fā)生，所以由鑄態(tài)組織轉變?yōu)樽冃谓M織的過程中，鎂的基體中容易出現很多的孿生特性，隨著變形的不斷進行在嚴重變形時孿生會產生的更多，孿晶的尺寸會減小同時孿晶也會彼此碰撞。孿生變形是一種對鎂合金材料有利的變形方式。鎂合金在室溫狀態(tài)中僅1個滑移面即0001，又叫做底面、基面或密排面，滑移面上有3個密排方向分別為20、110和20，即密排六方晶體在室溫下只有3個滑移系(如圖2.1所示)，孿生與滑移的協調動作是這種系列的合金塑性變形的一個重要標志。看過有些文獻報道，溫度對鎂

25、合金的塑性干涉極大，溫度變高，塑性變好，變形抗力變小。 變形鎂合金的塑形加工技術鎂的結構中對它的性能影響最大的是溫度?？刂坪脺囟仁瞧渲谱鬟^程中的關鍵。3.3.1擠壓 擠壓速度和溫度要注意。3.3.2鍛造鎂合金一般在200-400進行鍛造，常溫下鍛造很易脆裂，超過400高溫時則由于氧化及晶粒粗大而會產生不利影響。這樣子的話鑄造組織中所含的晶粒度一般不符合其鍛造要求，接下來需要兩步，第一步將鑄錠加以擠壓，得到鍛造所需晶粒尺寸，第二步高變速率鍛造成形即可。3.3.3超塑性成形目前，超塑性的低應變速率是實現超塑性成形工業(yè)化應用的最大難題，如果能夠提高到10-2S-1以上的應變速率，超塑性成形的工業(yè)應用

26、前景將會是不可估量的。根據相關的研究了解到鎂合金在高應變速率下也可獲得良好的超塑性。 圖3.1 密排六方晶體材料中滑移系3 軋制 鎂合金板材通常使用軋制工藝制備而成。需要特別注意的是，軋制過程中的溫度是其最重要的工藝參數，低溫時，高應力集中容易產生孿晶的形核和切變的斷裂；溫度要是過高時，易導致氧化反應，而且晶粒長大速率比較快以及增加了板材熱脆趨勢。3.拉拔成形 鎂合金在拉拔加工過程中會出現不同程度的應力指數，而這些數據會對其塑性的發(fā)揮產生壞的影響，由此可見對其進行拉拔加工成形的方法依舊存在著相當大的難度。而且就拉拔成形工藝方面做了大量的研究，這一難題有待進一步解決。 4拉拔工藝的研究現狀4.1

27、 拉拔工藝的特點 在外加拉力作用下，金屬坯料可以獲得相應形狀與尺寸制品的塑性加工方法稱之為拉拔。拉拔技術是管材、棒材、線材以及型材的主要加工方法之一。拉拔技術主要有以下一些優(yōu)缺點： (l)拉拔制品的表面光滑潔凈和尺寸精度高； (2)最適合生產連續(xù)高速生產斷面非常小的長制品； (3)和冷軋相對比，因為金屬遭到比較大的阻力，其中的總變形量就會遭到拉拔應力的限制。 拉拔工藝的分類拉拔按制品截面形狀分為:實心材拉拔與空心材拉拔。(1)長芯桿拉拔：長芯桿拉拔的特點是道次加工率較大，適合于拉拔薄壁管以及塑性差的鎢，鋁管材的生產。但由于在每道次拉拔時必須增加脫管工序，操作起來不是很方便。因此在目前的市場中所

28、占的比例比較低；(2)擴徑拉拔：在拉拔過程中，管坯通過把直徑擴大或者把壁厚和長度縮小，但這種技術不夠成熟，特別是擴徑拉拔這種方法受其設備能力的限制而不能加工大直徑的管材。 拉拔基礎 拉拔時的變形指數 拉拔過程中坯料會產生變形，初始的形狀以及尺寸將會發(fā)生變化。但是，金屬在加工塑性過程中產生的變形體體積基本上不會變。 用FQ、LQ表示拉拔前金屬坯料的斷面積及長度，FH、LH表示拉拔后金屬制品的斷面積及長度。依照體積永恒不變的定律，從而獲得重要的變形指數與其之間的關系式。 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 延伸系數 其計算公式： =LH/LQ=FQ/FH = 2 * GB3 * MER

29、GEFORMAT 相對加工率 （斷面縮減率） 表示拉拔一道次后金屬材料橫斷面積縮小值與其原始值之比： =（FQ-FH）/ FQ = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 相對伸長率 表示為： =（LH-LQ）/LQ = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 積分延伸系數 i 其計算公式為： i=ln(FQ/FH)=ln4.3.2 實現拉拔過程的基本條件與軋制、鍛造、擠壓等加工方式有差別，拉拔過程能夠順利實現主要是借助于被加工的金屬前端施以拉力，該力就是拉拔力。在拉拔過程中必須要注意的是，拉拔應力須小于金屬出?？诘那姸?。否則容易引起材料出現細徑，甚至拉斷等狀況，因此要注意，拉拔時

30、要保證 1=S式中 1:出?？谔帣M斷面上的拉拔應力； P1:拉拔力； F1:出模口的橫斷面積； S:金屬的屈服度。 管材襯拉時的應力與變形 本設計采用長芯桿拉拔，現就長芯桿拉拔時的受力情況做簡要分析。如圖4.1所示，長芯桿拉拔管子時，會出現三個變形區(qū)分，分別為空拉段，減壁段和定徑段。在拉拔的過程中摩擦力不但不阻礙拉拔過程，反而有助于減小拉拔應力，繼而在其他條件相同的情況下，拉拔力下降。與固定短芯頭拉拔相比，變形區(qū)內的拉應力減少30%35%，拉拔力相應的減少15%20%。所以長芯桿拉拔時允許采用較大的延伸系數，并且隨著管內壁和芯桿間摩擦系數增加而增大。通常道次延伸系數為2.2,最大可達2.95。

31、4.3.4 殘余應力的消除 消除殘余應力對產品的力學性能和最終質量尤為關鍵，如果處理得好的話，產品的各個性能都會提高。因此，人們想方設法地去改變甚至消除殘余應力，當今比較常用的方法有以下幾種： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 減少不均勻變形 圖 長芯桿拉拔時的應力與變形 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 矯直加工 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 退火 4.4 拉拔工藝的發(fā)展歷程和現狀 拉拔工藝有著長久的革命歷史和深遠的意義。公元8 9世紀，可以生產出來很多種金屬線。20世紀20年代出現了反張力的拉法，由于存在反張力，會大大地減少了拉絲模的損傷和提高

32、了制品的綜合性能。經過拉拔技術的漸漸改進和創(chuàng)新，薩克斯(1929)和西貝爾(1927)兩人提出了不同的理念從而第一次真正的確立了拉拔成形理論，從這往后拉拔理論逐漸得到不斷的推廣，再加上新研究方式的利用和電子計算機的發(fā)展。再次促使拉拔理論的研究達到一個新的高峰。 了解到當今的拉拔技術，有以下問題需要注意和改進： (1)新的潤滑技術的研究； (2)創(chuàng)造嶄新的理念和開發(fā)優(yōu)良的關鍵技術； (3)高拉拔模具的壽命； (4)拉拔設備的自動化、連續(xù)化與高速化； (5)擴大產品的品種、規(guī)格，減少制品缺陷和提高產品的精度；4.5 鎂合金拉拔工藝的研究現狀 鎂合金具有密排六方結構，室溫時塑性變形能力差，所以鎂合金

33、體積成形時的溫度一般應高于473K。這一條件只適應三向壓應力狀態(tài)下的變形過程，當今與鎂合金拉拔變化相聯系的參考文章非常少。 鎂合金的拉拔成形技術會明顯提升了生產效率和降低投入的成本。另外，該會社對AZ31, AZ61, AZ80拉拔后的線材進行了充足的研究，使其制備出的線材更優(yōu)質和強韌性更好，同時可用于汽車、輪椅等，還可可制作帶有彈性的制品。鎂合金拉拔合成制備方法的研究逐漸受到世界的關注。 5 拉拔模具計算與設計零件名稱：鎂合金毛細管材料：AZ91D鎂合金 圖5.1 (a) 鎂合金微管示意圖 (b) 微管的橫截面尺寸5.1 拉拔方案確定 該零件由管坯拉拔出。制品為一細徑薄壁管。表面光亮，無拉拔

34、缺陷。為了獲得一定尺寸、形狀、力學性能和表面質量的優(yōu)良制品，一般要將坯料經過幾次拉拔來完成。根據成品的要求(有時還包括坯料尺寸)來確定拉拔道次及各道次所需?？仔螤睢⒊叽绲墓ぷ鳌Ｍㄟ^對制品外輪廓分析，考慮到材料強度、塑性允許、保證產品產量與質量的情況下，本設計采用多模長芯桿拉拔。5.1.1 選擇管材坯料 拉拔細徑薄壁管材時，既有直徑變化，又有壁厚變化。 在襯拉時，每道次必須既有減徑量又有減壁量，坯料尺寸應保證：減壁所需的道次應小于或等于減徑所需的道次。一般來說，管坯直徑應比成品大23mm，本設計管坯壁厚選擇0.25mm，外徑為5mm，材料為AZ91D鎂合金。 AZ91D鎂合金特點是比HYPERL

35、INK :/baike.baidu /view/91950.htm強度高且耐HYPERLINK :/baike.baidu /subview/31398/8787429.htm腐蝕較純鎂大幅提高，密度1.82g/cm3，熔點596，抗拉強度280MPa，屈服強度160MPa，延伸率為8%。主要用于HYPERLINK :/baike.baidu /subview/174975/5089322.htm電器HYPERLINK :/baike.baidu /view/1214.htm產品的殼體、小尺寸薄型或異型支架等。 5.1.2 確定拉拔道次和各道次延伸系數表 AZ91D 鎂合金成分名稱MgAlZn

36、MnSiCuNiFeAZ91D余量 = =式中 -總延伸系數 F0-管坯橫截面積 FK-制品橫截面積平均道次延伸系數取=1.9，則道次數為 n=ln/ln4分配各道次延伸系數，根據公式=123n則 確定各道次截面尺寸第一道次拉拔后管材的截面積為F1=2.96，根據有關數據，設第一次減壁量為0.03mm，管坯的外徑可進行計算。即S1(D1-S1)，0.22(D1-0.22)這樣第一道次拉拔后管材的橫截面尺寸為0.22mm?，F設第二道次減壁量為0.03mm，三四道次減壁量均為0.02mm，然后按上述方法依次求得后幾道次的尺寸。第二道次拉拔后管材的橫截面尺寸為4mm0.19mm；第三道次拉拔后管材的

37、橫截面尺寸為0.17mm；第四道次拉拔后管材的橫截面尺寸為3mm0.15mm；5.1.4 計算拉拔力 設計參數的確定：本設計中采用AZ91D鎂合金作為拉拔管坯，其拉拔前外徑為5mm?？估瓘姸葹?80MPa，屈服強度為160MPa。模具工作區(qū)的錐角=12，定徑帶長度為2mm，管坯與模具間的摩擦系數取f=0.2。圖5.2 管材拉拔示意圖 與擠壓、軋制、鍛造等加工過程不同，拉拔過程是采用被生產的金屬前端加上拉力達到的，該力稱為拉拔力。拉拔力與被拉拔金屬出模處的橫斷面積之比稱為拉拔應力，實際上拉拔應力就是變性區(qū)末端的縱向應力。在拉拔過程中要注意，拉拔應力應小于金屬出?？诘那姸取Ｈ绻螒^大，超

38、過金屬在出?？诘那姸龋涂赡芤鸩牧铣霈F細徑，甚至拉斷，因此要注意，拉拔時要保證 1=S式中 1:出?？谔帣M斷面上的拉拔應力； P1:拉拔力； F1:出模口的橫斷面積； S:金屬屈服強度。 P1=S(D1-S1)S1計算過程涉及到的參數分別為B= A=(1+)B，=C2=ab= bc= 管坯經過第一次拉拔后，（1） 各斷面尺寸為D0= 5mm D1= 4.5mm D2=d2+2S2=4.06+2S0= 0.25mm S1= 0.22 S2=S0= 0.25mm （2） 求各個指數B= A=(1+)B=(1+)C2= ab= bc=求， = 求拉拔力P1=S(D1-S1)160（4.5-0.

39、22）1=S同理可算得管坯經過第二、三、四道次拉拔后，拉拔應力均小于屈服強度，能夠保證管材正常拉拔。5.1.5 選擇拉拔機 拉拔設備的正確選擇及合理使用將決定拉拔生產能否順利進行，并與產品、模具壽命、生產效率、產品成本等密切相關。拉拔機就是用來給金屬材料進行拉拔工藝技術的機器。經過拉拔技術之后的金屬材料的直徑會產生有益的變化，從而實現了符合要求的金屬直徑。如果經過空拉的話，游頭拉等各種拉拔模式及改變模具可以拉制各種不同規(guī)格直徑的管材。考慮到拉拔力的因素，選用FR-16型拉拔機。主要技術參數如表5.2所示；表5.2 FR-16拉拔機主要參數型號額定拉拔力最大鉗料直徑mm拉拔速度m/min最大減面

40、積%最大拉拔根數最大拉拔長度m小車返回速度m/min配用電機功率kw配用減速機型號FR-167KN20282048604ZQ250 確定中間工序選擇鎂合金AZ91D管坯，其材料外表面先在濃度15的檸檬酸浸泡30秒鐘進行預處理，然后經無水乙醇清洗并風干，接著將石墨乳狀潤滑劑均勻涂附于鎂合金管坯外表面，然后在溫度110烘箱中烘干即可。進行帶芯整體溫拔前，爐膛加熱區(qū)恒定溫度設定為230，拉伸模預熱溫度250。先從已捻頭的5管坯尾部插入的彈簧鋼制長芯桿，管坯兩端用石膏漿料封堵，隨后將其快速穿過加熱區(qū)和已預熱的孔徑為的YG8硬質合金拉拔?？撞⑺腿電A料鉗處夾牢，啟動拉拔機。待完成第一模溫拔后，退出原長芯桿

41、而依次分別改穿、和長芯桿，拉伸模分別更換4mm、和3mm，經過3個模次連續(xù)溫拔即可得到所需細徑薄壁管材。然后進行脫芯桿、矯直和定尺工序。再將鎂合金毛細管管材在溫度為200420條件下退火處理28h，然后放入丙酮-無水乙醇溶液中進行超聲處理0. 21. 5h，而后再用質量濃度為10%20%的冰醋酸水溶液進行酸洗1060s，最后再進行。5.2 拉拔模具的設計5.2.1 拉模材料選擇管材拉拔模具主要分為模子和芯頭，是管材拉拔的主要工具。拉拔模有較多的規(guī)格，在生產此類管材的大、中型企業(yè)中，較多規(guī)格通常都會將其直徑間隔0.5mm都備有一個模子，本設計的拉拔模的材料選用硬質合金（YG8），模孔表面鍍鉻層厚

42、度一般為0.03-0.04mm。硬質合金的硬度程度比較高，同時具備足夠的韌性、耐磨性和耐蝕性。以硬質合金為基礎材料制作而成的模具壽命比鋼模高上百倍，除了這個優(yōu)勢以外，還有價格較便宜，在經濟方面省了很多心。拉模所用的硬質合金以碳化鎢為基，用鈷為黏結劑在高溫下壓制和燒結而成。硬質合金的牌號、成分、性能列于表5.3。表5.3硬質合金的牌號、成分、性能 本設計選用YG8硬質合金作為拉模材料。盡管硬質合金具有極高的耐磨性能和抗壓強度的特性，可是它的抗張和抗沖擊性能不是太高。在拉拔狀態(tài)下，拉模要經受超大的張力，所以還要在硬質合金模的外側鑲上一個鋼制外套，給它帶來適量的預應力，降低或消除拉拔模在拔制時所遭受

43、的工作應力，加強它的強度。硬質合金拉模鑲套裝配如圖5.3所示。 圖5.3 硬質合金模1-硬質合金模芯 2-模套5.2.2 模子的結構與尺寸根據錐形模的?？捉Y構可以分為四個區(qū)：入口區(qū)（潤滑區(qū)），壓縮區(qū)，定徑區(qū)，出口區(qū)，如圖5.4所示：（1）入口區(qū)或潤滑區(qū)入口區(qū)的主要任務是在拉拔時讓潤滑劑能夠輕松地流入?？?，將阻力最大化地降低了，有利于后續(xù)程序的順利進行，還有一個好處就是避免劃傷坯料。圖5.4 ?？椎膸缀纬叽?入口區(qū)；壓縮區(qū)；定徑區(qū)；出口區(qū) 潤滑錐角的大小應適當。角度要是太大的話，不利于潤滑劑的放置，潤滑效果太差；角度要是太小的話，會造成制品表面劃傷、夾灰、拉斷等問題。管材拉拔的入口區(qū)常用一半徑R

44、1=(48)mm的圓弧代替，也可取=(23)的錐角(為模角，即壓縮區(qū)錐角)。入口區(qū)長度h1一般為制品直徑的倍。本設計取h1制品。則模子1，；同理計算可得模子2，3，4的入口區(qū)長度分別為,。（2）壓縮區(qū)金屬在壓縮區(qū)發(fā)生塑性變形，從而得到符合條件的制品形狀和尺寸。壓縮區(qū)的模角表示了一種拉拔模具的主要參數。角要是過小的話，加大了坯料與模壁的接受面積；角要是過大的話，容易增加拉拔力和非接觸變形程度。因此角存在著最佳區(qū)間，在此區(qū)間拉拔力最小。模角可=812，本設計取=12。為防止制品與模孔不同心產生壓縮帶以外的變形，壓縮區(qū)長度應大于拉拔時變形區(qū)的長度，如圖5.5所示： 壓縮區(qū)的長度可按下式計算 h2 =

45、ah2=a0.5(D0max-D1)cot式中h2壓縮區(qū)長度，mm； a 不同心系數，a=1.051.3，本設計取a=1.2； D0max 坯料可能的最大直徑； D1制品直徑。 則模子1，h2 =ah2=a0.5(D0max-D1)cotcot12=1.41mm； 同理計算可得模子2,3,4的h2 均為1.41mm；（3）定徑區(qū)定徑區(qū)的主要作用在于獲得制品形狀和尺寸的穩(wěn)定性。采用特別材質的耐磨材料制成的定徑帶部分作用很大，它可以達到拉拔模不會因為?？啄p進而超差的目的，加大了它的使用期限。襯拉時，定徑帶長度可按下式計算0.2)d式中 h3定徑區(qū)長度，mm； d 定徑區(qū)直徑，mm。定徑帶長度可按

46、下表選?。?）出口區(qū) 出口區(qū)的錐角一般取30，其長度可根據模子規(guī)格和材料取定徑帶直徑的0.20.5倍。 管材拉拔模上述四個部分特別是定徑帶與出口區(qū)的交接處要加工良好，都應研磨光滑，否則制品在拉拔后因彈性恢復或拉拔方向不正而將制品表面劃傷。管材拉拔模的常用結構尺寸見下表。5.2.3 長芯桿的結構與尺寸 如上圖所示，長芯桿左端固定，右端與管坯一同送入?？變龋浜夏？讓芘鬟M行減壁減徑工序，材料選用T8A，表面鍍鉻，以增強耐磨性。根據管坯的拉拔配模，芯桿的工作直徑分別取4.06mm，3.62mm，3.16mm，2.7mm，配合四個模子的?？壮叽纭９ぷ鲙чL度稍大于模子總長度，取12mm。同心度要求為0.025。其他尺寸可根據拉拔件圖5.6長芯桿結構示意圖 機工作參數做自由調整。5.3 潤滑 本設計在拉拔前，用石墨乳狀潤滑劑對管坯表面進行預處理。石墨在常壓中，溫度為540時可短期使用，在426時可長期使用。氧化產物為CO、CO2，摩擦系數在0.050.19范圍內變化。石墨具有很高的耐磨、耐壓性能以及良好的化學穩(wěn)定性，是一種較好的潤滑劑。 在拉拔過程中，采用目前有色金屬拉拔所使用的乳液。該乳液由80%85%機油、10%15%油酸、5%的三乙醇胺配制成乳劑，再加90%97%的水攪拌成乳化液形成。要是采用拉拔工藝技術，需要配合單模的流體運動，還要兼顧光滑作用，進而幫助管材和