【正文】 ：（1）生產(chǎn)靈活性大，可拉拔各種圓形和異形斷面的管捧型線絲材； （2）常溫下拉拔過程中金屬產(chǎn)生很大的加工硬化，因而制品機(jī)械性 能高、表面光潔、尺寸精確；（3）拉拔工藝、工具、設(shè)備較簡(jiǎn)單， 維護(hù)方便，操作容易，投資少，上馬快。缺點(diǎn)：（1）道次變形量與兩次退火間的總變形量有限； （2）長(zhǎng)度受限制。 拉拔分類 按制品截面形狀，可分為實(shí)心材拉拔和空心材拉拔。（1） 實(shí)心材拉拔：主要包括棒材、型材及線材的拉拔。（2） 空心材拉拔：主要包括圓管及異型管材的拉拔。對(duì)于空心 材拉拔有圖示幾種方法：1　 空拉2　 長(zhǎng)芯桿拉拔3　 固定芯頭拉拔4　 游動(dòng)芯頭拉拔5　 頂管法6　 擴(kuò)徑 圖1—1 常見的拉拔方法 本章小結(jié) 本章分析了拔機(jī)的功能、研究現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)不同類型的拉拔機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較，并且介紹了拉拔機(jī)的功能結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)，使得對(duì)本課題的研究有一個(gè)進(jìn)一步的深入了解和后期的全面設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。3 第2章 拉拔原理與拉拔力的確定 第2章 拉拔原理與拉拔力的確定 拉拔的基本原理 拉拔的實(shí)質(zhì)拉拔：用外力作用于被拉金屬的前端，將金屬坯料從小于坯料斷面的模 孔中拉出，使其斷面減小而長(zhǎng)度增加的方法。由于拉拔多在冷態(tài)下進(jìn)行，因此也叫冷拔或冷拉。 冷拔的金屬學(xué)原理冷拔鋼管工藝屬于冷加工范疇，因?yàn)榘沃茣r(shí)的溫度遠(yuǎn)低于金屬再結(jié)晶溫度。由Baily Hirsch公式 ：流應(yīng)變力Mpa ；無(wú)加工硬化時(shí)的流應(yīng)變力 G：切變彈性模量 ：平均錯(cuò)位密度 ：常數(shù)， 由公式可知金屬的流變應(yīng)力(即強(qiáng)度)與位錯(cuò)密度的平方根成正比，它反映了形變時(shí)加工硬化的實(shí)質(zhì)，(加工硬化是指由塑性變形引起的強(qiáng)度升高，塑性降低的現(xiàn)象)。而冷拔加工鋼管正是發(fā)生了加工硬化，冷拔時(shí)金屬發(fā)生塑性變形，晶體內(nèi)部有多個(gè)滑移系啟動(dòng)、錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)彼此攔截，許多位錯(cuò)被釘扎住，造成位錯(cuò)塞積，同時(shí)位錯(cuò)源停止動(dòng)作。上述一系列過程導(dǎo)致了位錯(cuò)的可動(dòng)性降低，晶體中的位錯(cuò)密度顯著增加。當(dāng)塑性變形進(jìn)一步發(fā)生，應(yīng)力增加并足以使釘扎的位錯(cuò)開始運(yùn)動(dòng)，螺位錯(cuò)交滑移，刃位錯(cuò)不能交滑移，這樣發(fā)生位錯(cuò)交截，使不動(dòng)割階數(shù)增加。所以，通過冷拔加工金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增加、位錯(cuò)可動(dòng)性降低，既難于產(chǎn)生位錯(cuò)又難于移動(dòng)位錯(cuò)，因而金屬材料硬度、強(qiáng)度提高。 冷拔的力學(xué)原理 冷拔時(shí)鋼管在力的作用下通過一定形狀、尺寸的模具發(fā)生塑性變形。目前在生產(chǎn)中的拔制方法大致可分成三種：縮徑拔管、減外壁管和減內(nèi)壁管拔管(如下圖22所示) 從圖22中可以看出，冷拔時(shí)鋼管在拉拔力P，正壓力N和摩擦力F的作用下發(fā)生相應(yīng)的變形，大都經(jīng)過縮徑、減壁和定徑三個(gè)階段，而且變形區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，其中軸向?yàn)槔瓚?yīng)力，徑向和周向?yàn)閴簯?yīng)力，拔管過程中金屬處于一向拉應(yīng)力和兩向壓應(yīng)力狀態(tài)(冷拔鋼管變形過程中的基本力學(xué)特征)。拔制的最大主應(yīng)力是拉應(yīng)力，最小主應(yīng)力是壓應(yīng)力，兩者符號(hào)相反，根據(jù)塑性方程式 其中 ——最大主應(yīng)力，Mpa ——最小主應(yīng)力，Mpa ——中間主應(yīng)力的影響系數(shù)，在1—— ——單向拉仲時(shí)的屈服極限，Mpa 由上式可知變形過程中任一方間的主應(yīng)力，其絕對(duì)值都不會(huì)大于，所以冷拔的變形抗力較低，同時(shí)應(yīng)力狀態(tài)中存在拉應(yīng)力，變形時(shí)金屬塑性較差，對(duì)于低塑性的或因加工硬化而降低塑性的，拔制比較困難。 圖 21 冷拔鋼管的變形及受力情況圖1——外模 2——鋼管 3——內(nèi)模 拉拔力的計(jì)算 空拔鋼管拔制應(yīng)力的計(jì)算 別爾林采用設(shè)軸間主應(yīng)力的力方向和?？纵S線平行，在變形區(qū)中取長(zhǎng)度為dx的環(huán)狀單元體，列出單元體的力平衡微分方程式通過推導(dǎo)得出的拔制應(yīng)力計(jì)算公式為 計(jì)算拔制力的經(jīng)驗(yàn)公式 無(wú)芯棒空拉薄壁管——葉梅利亞年科阿里舍夫斯基公式 （1） （2） （3）（4）可得拉拔力 本章小結(jié) 本章較為詳細(xì)地介紹了冷拔工藝特點(diǎn)、金屬學(xué)原理及力學(xué)原理，同時(shí)也給出了應(yīng)力計(jì)算公式，這些理論推一導(dǎo)出的應(yīng)力計(jì)算公式可為實(shí)際生產(chǎn)和驗(yàn)證有限元解提供依據(jù)，同時(shí)初步的計(jì)算出來(lái)此次設(shè)計(jì)所需的最大拉拔力。另外對(duì)拉拔的一些方法也做出了一個(gè)簡(jiǎn)單的概述。3 第3章 拉拔機(jī)簡(jiǎn)介 第3章 拉拔機(jī)簡(jiǎn)介 拉拔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成 基本上由拉模、拉拔小車、鋼絲繩、卷筒、C形架（C形架內(nèi)裝有軌道，用來(lái)支撐小車，C形架下部有滑料架）、張緊及配重裝置、動(dòng)力裝置（包括拉拔和返回電機(jī)）等，另外除了拉拔機(jī)主題設(shè)備以外，一些矯直以及后處理裝置在此不作研究。 31拉拔機(jī)圖 拉拔機(jī)初步方案論證 液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)主要有主電機(jī)泵組、油箱、油缸、控制閥、機(jī)座、鋼絲繩滑輪組、床身、拉拔小車、拉模座等組成。拉模座通過床身與機(jī)座連接， 拉模座上裝有拉拔模具， 拉拔小車安裝在床身的導(dǎo)軌上， 兩個(gè)拉拔油缸安裝在機(jī)座上， 布置在床身兩邊， 與床身的導(dǎo)軌平行， 油缸桿前端與鋼絲繩滑輪組相連， 油缸桿可沿著導(dǎo)軌的相反方向伸出， 鋼絲繩一端與機(jī)座固定， 另一端通過滑輪組與拉拔小車連接。油泵、電機(jī)、油箱、閥等組合成整體部件安裝在機(jī)座上。 液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)取消了調(diào)速電機(jī)、減速機(jī)、主副連軸器、拉拔牽引鏈、傳動(dòng)鏈輪，以體積小、重量輕的液壓系統(tǒng)代之， 因此整體重量大大減輕， 安裝調(diào)試大為簡(jiǎn)便。液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)的主油泵采用的是恒功率變量泵， 電機(jī)功率得到充分利用， 因此裝機(jī)功率比同規(guī)格的鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)減小百分之二十以上。恒功率變量系統(tǒng)能根據(jù)拉拔荷載自動(dòng)改變拉拔速度， 荷載大時(shí)拉拔速度自動(dòng)變小， 反之荷載小速度變大， 拉拔效率比鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)高出百分之十。 液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)的液壓系統(tǒng)，拉拔力可調(diào)，拉拔速度平穩(wěn)，鋼絲繩組具有吸振能力，能適應(yīng)拉拔過程中咬入、拉拔、脫模的載荷變化。因此， 產(chǎn)品質(zhì)量高于鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)。液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)的拉拔長(zhǎng)度是通過鋼絲繩的倍率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，油缸的行程僅為拉拔長(zhǎng)度的幾分之一，采用普通的單級(jí)油缸即能滿足使用。因此，整體設(shè)備的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前使用的液壓拉拔機(jī)。通過拉拔力、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量等相關(guān)比較，本設(shè)計(jì)選用液壓鋼絲繩組合式拉拔機(jī)。（1） 進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)力分析；（2） 由于選擇無(wú)芯棒空拉薄壁管，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得出拉拔力（同時(shí)明白殘余應(yīng)力的產(chǎn)生以及消除方法）；（3） 設(shè)計(jì)拉?！ù笮〗Y(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，材料的選擇（4） 拉拔小車的設(shè)計(jì)（5） 在對(duì)比鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)，聯(lián)合拉拔機(jī)等幾個(gè)拉拔機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)之后，本設(shè)計(jì)選擇鋼絲繩拉拔機(jī)（6） 拉拔機(jī)工作機(jī)座的設(shè)計(jì)潤(rùn)滑和密封 管材拉拔時(shí)的潤(rùn)滑（1） 鋼管拉拔的潤(rùn)滑：鋼管的拉拔，一般先將坯管進(jìn)行酸洗以除去氧化皮，然后經(jīng)磷化一皂化表面預(yù)處理，所形成的潤(rùn)滑膜可滿足拉拔工藝的要求。磷化一皂處理的質(zhì)量，直接影響管材、模具壽命及生產(chǎn)率。特別對(duì)于高精度管材的拉拔，良好的潤(rùn)滑狀態(tài)是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的重要因素。不銹鋼管材拉拔的潤(rùn)滑，與棒材線材拉拔的潤(rùn)滑相類同。（2）鋁及鋁合金管材拉拔的潤(rùn)滑：鋁管拉拔一般使用高粘度油，有時(shí)根據(jù)制品的要求還要加入適量油性添加劑、極壓添加劑和抗氧劑等。而鋁管的光亮度與潤(rùn)滑油的粘度、拉拔速度和模具狀況等因素有關(guān)。鋁管拉拔也可使用石蠟潤(rùn)滑劑，把管坯浸入經(jīng)溶劑稀釋的石蠟溶液或乳化液中，然后進(jìn)行拉拔。這樣可連續(xù)三次拉拔而不必再涂潤(rùn)滑劑，而且拉制的鋁管清潔，能保持良好的環(huán)境。鋁管和硬鋁管的重油以較普遍，不過，制品清洗較為困難，有待改善。（3）銅和銅合金管材拉拔的潤(rùn)滑：銅和銅合金管材拉拔，最早是使用一般全損耗系統(tǒng)用油來(lái)潤(rùn)滑，后來(lái)，為改善制品質(zhì)量，逐漸采用植物油來(lái)代替部分全損耗系統(tǒng)用油。由于設(shè)備尚無(wú)完善的配套潤(rùn)滑系統(tǒng)，采用手工灌油、環(huán)境比較臟，植物油對(duì)需退火處理的制品容易產(chǎn)生油斑。水基潤(rùn)滑劑在某些方面顯示較多的優(yōu)越性，以脂肪酸皂類為主要成分的水基潤(rùn)滑劑具有較好的綜合性能，應(yīng)用廣泛。銅管的拉拔有直拉和盤拉，在直拉生產(chǎn)中，普遍使用水基乳化液。隨著拉拔設(shè)備性能的提高和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，管材拉拔速度成成倍地增長(zhǎng)，對(duì)潤(rùn)滑劑要求也越來(lái)越高。 無(wú)論是水基或是油基潤(rùn)滑劑應(yīng)具備的基本性能：1）具有良好的潤(rùn)滑性能，以減少拉拔時(shí)的震紋、斷頭等不良影響，保證制品的高質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。2）不易產(chǎn)生油斑，保證銅管退火后的良好光亮度。3）不會(huì)使銅管變色，不產(chǎn)生難以清除的沉積物。4）對(duì)銅管的機(jī)械性能及表面質(zhì)量均不能有不良影響。(1)竹節(jié)沿冷拔鋼管縱向呈周期性粗細(xì)不均現(xiàn)象，形狀類似竹節(jié)，產(chǎn)生原因主要是鋼管表面涂層不均造成拉拔時(shí)潤(rùn)滑不良，摩擦系數(shù)發(fā)生變化。在生產(chǎn)中，摩擦系數(shù)的變化主要與鋼管的預(yù)處理磷化液、皂化液有關(guān)，磷化液配比不當(dāng)或操作時(shí)間溫度不合適，均難以在鋼管表面形成具有一定強(qiáng)度和良好塑性、吸附性能好的磷化膜，皂化時(shí)難以形成滿足要求的堅(jiān)固耐磨的潤(rùn)滑層，造成拉拔困難，形成竹節(jié)狀態(tài)。 (2)抖紋 在拔制過程中，鋼管和模具系統(tǒng)發(fā)生抖動(dòng)，在鋼管表面出現(xiàn)明暗交替的波浪形環(huán)痕而縱向壁厚波動(dòng)，損壞模具并發(fā)出很大的聲響。產(chǎn)生抖動(dòng) 的原因在于內(nèi)模拉桿系統(tǒng)是一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)內(nèi)模在變形區(qū)處于穩(wěn)定位置時(shí)，作用在內(nèi)模上的總摩擦力與拉桿彈性拉伸的反力相平衡。若在拔制過程中摩擦系數(shù)頻繁變化，則平衡狀態(tài)不斷改變，拉桿的彈性變形量和內(nèi)模位置隨之不斷改變，結(jié)果引起內(nèi)模拉桿系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)而產(chǎn)生抖動(dòng)。內(nèi)模拉桿過細(xì)過長(zhǎng)，內(nèi)模位置過前過后以及變形量過大，或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題等均可能發(fā)生抖紋缺陷。為防止抖紋產(chǎn)生，應(yīng)提高預(yù)處理液的質(zhì)量，正確調(diào)整模具的位置，避免使用過細(xì)過長(zhǎng)的內(nèi)模拉桿。 (3)橢圓 鋼管的橫截面呈橢圓。造成這種現(xiàn)象的原因是在拔制的過程中使用了模孔橢圓的模具。所以，要定期對(duì)模具進(jìn)行檢驗(yàn)，避免使用不合格模具。 配料的影響：在相同工藝下，配料中碳、磷、錫、銅、砷及合金自勺一含量比正常水平偏高，會(huì)導(dǎo)致冷加性能變差，出現(xiàn)縱裂幾率增大；工藝及生產(chǎn)操作不合理：空拔工序中一次減徑量過大或空拔連拔時(shí)第二次減徑量過大，熱處理不及時(shí)，在運(yùn)輸、堆放時(shí)受到?jīng)_擊等，這些都是空拔鋼管產(chǎn)生縱裂的誘因。鋼管外徑與壁厚之比的影響：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品分析可知，鋼管外徑與壁厚之比越小，發(fā)生縱裂的兒率越大。潤(rùn)滑的影響：潤(rùn)滑的好壞，直接影到拔制力，在通常情況下，摩擦力占整個(gè)拔制力的40%60%。如果潤(rùn)滑不好，摩擦力將急劇增加，加劇鋼管軸向不均勻變形，導(dǎo)致縱裂。針對(duì)以上影響因素，在生產(chǎn)中防止空拔時(shí)鋼管縱裂的有效手段為：制定合理的空拔工藝；改進(jìn)熱處理工藝；改進(jìn)酸洗、潤(rùn)滑質(zhì)量；合理選用外模入口錐角等措施。 危險(xiǎn)截面發(fā)生在鋼管的定徑帶處，由于鋼管在截面上處于外拉內(nèi)壓的狀態(tài)，當(dāng)外層上的工作拉應(yīng)力大于基本拉應(yīng)力時(shí)，則促使外表面產(chǎn)生橫裂紋缺陷，這是實(shí)際生產(chǎn)中鋼管橫向裂紋主要產(chǎn)生于外表面的原因，如果再加上鋼管本身的塑性差!加工硬化程度大或鋼管酸洗潤(rùn)滑不良及鋼管表面有缺陷時(shí)，空拔鋼管出現(xiàn)橫裂的幾率將明顯增加。控制和減少鋼管橫裂缺陷的措施為：加強(qiáng)管料的質(zhì)量控制，保證管料沒有嚴(yán)重的夾雜!裂紋等缺陷，對(duì)管料進(jìn)行必要的修磨。實(shí)施最佳的退火工藝，保證鋼管獲得最佳的退火質(zhì)量和最小的氧化度。加強(qiáng)酸洗潤(rùn)滑工序控制，通過控制酸洗池深度和兌水量，調(diào)節(jié)酸洗池酸液濃度，在酸洗過程中不斷地翻轉(zhuǎn)鋼管，酸液濃度降低時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整，保證鋼管質(zhì)量。控制毛管壁厚，生產(chǎn)中加強(qiáng)毛管壁厚自檢，增設(shè)毛管中間檢查分選工序，毛管壁厚公差控制在士1%以內(nèi)，對(duì)超厚毛管匯集后單獨(dú)設(shè)計(jì)拔制工藝，適當(dāng)增加拔制道次。與兩個(gè)作用相反的因素有關(guān)，第一個(gè)因素為：增加，變形區(qū)長(zhǎng)度減小，摩擦面減小，導(dǎo)致正壓力及相應(yīng)的摩擦力減小，拔制力降低；第二個(gè)因素為：增加，正壓力水平方向分力增加，同時(shí)拔制時(shí)在入口處鋼管附加彎曲變形的程度加大，導(dǎo)致拔制力增加。當(dāng)比較小時(shí)，第一因素所起的作用是主要的，增大到一定之后，第二因素起主要作用，試驗(yàn)表明，存在一個(gè)最佳角度范圍，這時(shí)拔制力最小圖3一2在其他幾何尺寸、材料模型和載荷條件不變的情況下通過改變不同的外模錐角二建立分析模型后所得到的拔制力的基礎(chǔ)上描繪的曲線，可以看到，模錐角在14176。時(shí)拔制力是最小的。 圖3—2拔制力隨模錐角的變化圖3一3是在其他幾何尺寸、材料模型和載荷條件不變的情況下通過改變不同的摩擦系數(shù)刀建立分析模型后所得到的拔制力的基礎(chǔ)上描繪的曲線，可以看出隨著摩擦系數(shù)的增加，拔制力線性增大，有資料指出，空拔鋼管用于克服摩擦所消耗的拔制力約為40%，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中有必要通過提高模具內(nèi)錐面的加工質(zhì)量、采取可靠的潤(rùn)滑等措施，來(lái)減小摩擦系數(shù)，以降低拔制力。 圖33拔制力隨摩擦系數(shù)的變化 圖34拔制力隨壁厚的變化 在其他幾何尺寸、材料模型和載荷條件不變的情況下通過改變不同的壁厚S，建立分析模型后所得到的拔制力的基礎(chǔ)上描繪的曲線，可以得到隨著壁