1、2022-8-17第10章挤压与拉拔工艺第第10章挤压与拉拔工艺章挤压与拉拔工艺第10章挤压与拉拔工艺10.3 金属挤压工艺金属挤压工艺 10.3.1 管棒型材挤压工艺概述管棒型材挤压工艺概述用挤压法生产管棒型材的工艺流程，如图用挤压法生产管棒型材的工艺流程，如图10.41所示。所示。在挤压生产过程中，在挤压生产过程中，基本工艺参数基本工艺参数的选择对产品的质量有着质量重要的影的选择对产品的质量有着质量重要的影响，为了获得高质量的产品，必须正确地选择工艺参数。响，为了获得高质量的产品，必须正确地选择工艺参数。所谓基本工艺参数包括所谓基本工艺参数包括制品设计制品设计和和锭坯尺寸锭坯尺寸、挤压温度
2、和速度挤压温度和速度、润滑条件润滑条件等等。第10章挤压与拉拔工艺图图10.41 挤压法生产管棒型材的工艺流程示意挤压法生产管棒型材的工艺流程示意第10章挤压与拉拔工艺10.3.2 锭坯尺寸的选择锭坯尺寸的选择1.锭坯尺寸选择的原则锭坯尺寸选择的原则锭坯尺寸选择的原则具体包括以下几点：锭坯尺寸选择的原则具体包括以下几点：(1)锭坯质量。锭坯质量。对锭坯质量的要求，根据合金、制品的技术要求和生产的对锭坯质量的要求，根据合金、制品的技术要求和生产的工艺而定。工艺而定。(2)变形程度。变形程度。根据合金塑性图确定适当变形量，一般为保证挤压制品断根据合金塑性图确定适当变形量，一般为保证挤压制品断面组织
3、和性能均匀，应使挤压时的变形程度大于面组织和性能均匀，应使挤压时的变形程度大于80%，可取，可取90%以上。以上。(计算公式计算公式)(3)挤压压余。挤压压余。在挤压定尺和倍尺产品时，应考虑压余的大小及在挤压定尺和倍尺产品时，应考虑压余的大小及切头尾切头尾所所需的金属量。需的金属量。(4)设备能力。设备能力。在确定在确定铸锭尺寸铸锭尺寸时，必须考虑设备的能力和时，必须考虑设备的能力和挤压工具挤压工具的强的强度。度。第10章挤压与拉拔工艺(5)填充系数。填充系数。为保证操作顺利进行，在挤压筒与铸锭之间，空心锭坯的为保证操作顺利进行，在挤压筒与铸锭之间，空心锭坯的内径与穿孔针之间都应留有一定的间隙
4、。在确定这一间隙时，应考虑锭坯内径与穿孔针之间都应留有一定的间隙。在确定这一间隙时，应考虑锭坯热膨胀的影响。热膨胀的影响。外为挤压筒内径与锭坯外径间的间隙；外为挤压筒内径与锭坯外径间的间隙；内为锭坯（空内为锭坯（空心的）内径与穿孔针外径间的间隙，根据经验可按表心的）内径与穿孔针外径间的间隙，根据经验可按表10-2选取。选取。（计算公（计算公式）式）表表10-2 外与外与内之值内之值合金种类合金种类挤压机类型挤压机类型外外/mm内内/mm铝及其合金铝及其合金卧式卧式立式立式610234834重有色金属重有色金属卧式卧式立式立式5101215稀有金属稀有金属卧式卧式立式立式24123511.5第1
5、0章挤压与拉拔工艺2.挤压比挤压比的选择的选择挤压比为制品横断面积与坯料横断面积的比。挤压比为制品横断面积与坯料横断面积的比。选择挤压比选择挤压比时应考虑合金时应考虑合金塑性、产品性能以及设备能力等因素。实际生产中主要考虑挤压工具的强塑性、产品性能以及设备能力等因素。实际生产中主要考虑挤压工具的强度和挤压机允许的最大压力。度和挤压机允许的最大压力。为了获得均匀和较高的力学性能，应尽量选用大的挤压比进行挤压，一般为了获得均匀和较高的力学性能，应尽量选用大的挤压比进行挤压，一般要求：要求：一次挤压的棒、型材一次挤压的棒、型材 10 锻造用毛坯锻造用毛坯 5 二次挤压用毛坯二次挤压用毛坯 可不限可不
6、限一般轻金属挤压比一般轻金属挤压比值的范围为值的范围为860，纯金属与软合金允许的值较大，硬，纯金属与软合金允许的值较大，硬金属较小。挤压型材时金属较小。挤压型材时=1045，挤压棒材时，挤压棒材时=1025。为保证焊缝质量，。为保证焊缝质量，使用组合模挤压时使用组合模挤压时25。重金属挤压比重金属挤压比一般在一般在490范围内选取，对组织与性能有一定要求的挤压范围内选取，对组织与性能有一定要求的挤压制品，挤压比一般不低于制品，挤压比一般不低于46。（变形程度（变形程度=？）？）第10章挤压与拉拔工艺3.锭坯长度的确定锭坯长度的确定按挤压制品所要求的长度来确定锭坯的长度时，可用下式计算：按挤压
7、制品所要求的长度来确定锭坯的长度时，可用下式计算：(10-1)式中，式中，L0锭坯长度；锭坯长度；D0锭坯直径；锭坯直径；Dt挤压筒直径；挤压筒直径；Kt填充系数，填充系数，一般取为，一般取为1.051.1；Lz制品长度；制品长度；LQ切头、切尾长度；切头、切尾长度；hy压余厚度。压余厚度。第10章挤压与拉拔工艺10.3.3 挤压温度与速度的选择挤压温度与速度的选择1.挤压温度的选择挤压温度的选择确定挤压温度的原则是：在所选择的温度范围内，保证金属具有最好的塑性确定挤压温度的原则是：在所选择的温度范围内，保证金属具有最好的塑性及较低的变形抗力，同时要保证制品获得均匀良好的组织性能等。及较低的变
8、形抗力，同时要保证制品获得均匀良好的组织性能等。挤压与轧制相比，由于挤压变形热效应大，所以一般来说挤压温度要比热轧挤压与轧制相比，由于挤压变形热效应大，所以一般来说挤压温度要比热轧的温度低些。合理的挤压温度范围，应该是根据的温度低些。合理的挤压温度范围，应该是根据“三图三图”定温的原则：定温的原则：(1)合金的状态图。合金的状态图。它能够初步给出加热温度范围，挤压上限低于固相线的它能够初步给出加热温度范围，挤压上限低于固相线的温度温度T0，为了防止铸锭加热时过热和过烧，通常热加工温度上限取，为了防止铸锭加热时过热和过烧，通常热加工温度上限取（0.850.90）T0，而下限对单相合金（，而下限对
9、单相合金（0.650.70）T0。第10章挤压与拉拔工艺(2)金属与合金的塑性图。金属与合金的塑性图。塑性图是金属和合金的塑性在高温下随变形状塑性图是金属和合金的塑性在高温下随变形状态以及加载方式而变化的综合曲线图，这些曲线可以是冲击韧性态以及加载方式而变化的综合曲线图，这些曲线可以是冲击韧性K、断、断面收缩率面收缩率、延伸率、延伸率、扭转角、扭转角以及镦粗出现第一个裂纹时的压缩率等。以及镦粗出现第一个裂纹时的压缩率等。(3)第二类再结晶图。第二类再结晶图。挤压制品的温度，对制品组织与性能影响很大，参挤压制品的温度，对制品组织与性能影响很大，参照第二类再结晶图，可以控制制品的晶粒度。挤压终了温
10、度太高会发生聚照第二类再结晶图，可以控制制品的晶粒度。挤压终了温度太高会发生聚集再结晶集再结晶,温度过低金属引起加工硬化和能耗大。温度过低金属引起加工硬化和能耗大。总之，总之，“三图三图”定温是确定热加工温度的主要理论依据，同时还要考虑挤定温是确定热加工温度的主要理论依据，同时还要考虑挤压加工的特点，如挤压的金属与合金、挤压方法、热效应等。常用钢种、压加工的特点，如挤压的金属与合金、挤压方法、热效应等。常用钢种、轻金属及重金属挤压温度控制范围列于表轻金属及重金属挤压温度控制范围列于表10-3。第10章挤压与拉拔工艺表表10-3 常用金属挤压温度控制范围常用金属挤压温度控制范围牌号牌号挤压温度挤
11、压温度/牌号牌号挤压温度挤压温度/牌号牌号挤压温度挤压温度/碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢滚珠轴承钢滚珠轴承钢铬不锈钢铬不锈钢铬镍不锈钢铬镍不锈钢纯铝纯铝防锈铝防锈铝锻铝锻铝硬铝硬铝超硬铝超硬铝1200100120070112525117525118030320480320480370520380450380450镁合金镁合金紫铜紫铜(棒棒)紫铜紫铜(管管)H96-H80H68H62HPb59-1HSn70-1HSn62-1300350750830800880790870700770600710600650650750650750HAl77-2QAl10-3-1.5QA19-2,QA19-4QS
12、n6.5-0.1B30镍及其合金镍及其合金铅及其合金铅及其合金锌锌锌合金锌合金720820750800750850650700900100010001200200250250350200320第10章挤压与拉拔工艺2.挤压速度和金属流出速度的选择挤压速度和金属流出速度的选择挤压时的速度一般可分为三种表示方法：挤压时的速度一般可分为三种表示方法：挤压速度挤压速度V挤挤，所谓挤压速度系指挤压机主柱塞运行速度，也就是挤压所谓挤压速度系指挤压机主柱塞运行速度，也就是挤压杆与垫片前进的速度；杆与垫片前进的速度；流出速度流出速度V流，流，是指金属流出模孔的速度；是指金属流出模孔的速度；变形速度，变形速度，
13、是指最大主变形与变形时间之比，也称应变速度。是指最大主变形与变形时间之比，也称应变速度。一般在工厂中大多采用流出速度一般在工厂中大多采用流出速度，因为它对不同的金属或合金都有一定的，因为它对不同的金属或合金都有一定的数值范围，该值取决于金属或合金的塑性。数值范围，该值取决于金属或合金的塑性。第10章挤压与拉拔工艺确定金属流出速度应考虑以下几点：确定金属流出速度应考虑以下几点：金属塑性金属塑性变形区温度范围愈宽变形区温度范围愈宽，则挤压金属流出速度也愈大；，则挤压金属流出速度也愈大；复杂断面比简单断面的金属流出速度要低复杂断面比简单断面的金属流出速度要低，挤压大断面型材的流出速度，挤压大断面型材
14、的流出速度应低于小断面的；应低于小断面的；挤压时挤压时润滑条件润滑条件好，则可提高挤压速度；好，则可提高挤压速度；当其他条件相同时，纯金属的流出速度可高于合金的，而快速冷硬的合当其他条件相同时，纯金属的流出速度可高于合金的，而快速冷硬的合金应更慢些，高温的金属与合金，可用很高的流出速度，例如合金钢、钛金应更慢些，高温的金属与合金，可用很高的流出速度，例如合金钢、钛合金等；合金等；对同一种合金，对同一种合金，当挤压温度愈高，则金属流出速度应愈低；当挤压温度愈高，则金属流出速度应愈低；挤压管材时金属流出速度应比挤压同样断面棒材时取小些。挤压管材时金属流出速度应比挤压同样断面棒材时取小些。第10章挤
15、压与拉拔工艺总之，确定金属流出速度时应对各种因素进行综合分析，不可死套以上原总之，确定金属流出速度时应对各种因素进行综合分析，不可死套以上原则。表则。表10-4是常见金属挤压流出模孔的速度范围。是常见金属挤压流出模孔的速度范围。表表10-4 常见金属挤压流出模孔的速度常见金属挤压流出模孔的速度金属牌号金属牌号流出模孔速度流出模孔速度/mmin-1金属牌号金属牌号流出模孔速度流出模孔速度/mmin-1纯铝纯铝防锈铝防锈铝锻铝锻铝硬铝硬铝超硬铝超硬铝镁合金镁合金紫铜紫铜H62、H68402502510039013.5120.55183001260HSn70-1HA177-2QSn6.5-0.1B3
16、0镍及其合金镍及其合金铅及其合金铅及其合金锌锌锌合金锌合金2.46.02.46.01.89.0187.2182206.0602.0232.012第10章挤压与拉拔工艺10.3.4 挤压润滑挤压润滑1)挤压润滑的目的挤压润滑的目的为使挤压时金属流动均匀，提高制品表面质量，延长挤压工具的使用寿命为使挤压时金属流动均匀，提高制品表面质量，延长挤压工具的使用寿命和降低挤压力，减少能量消耗，在挤压时应对挤压筒、挤压模、穿孔针进和降低挤压力，减少能量消耗，在挤压时应对挤压筒、挤压模、穿孔针进行润滑。行润滑。但是，为了防止和减小挤压缩孔的形成，挤压时对挤压垫片不能进行润滑。但是，为了防止和减小挤压缩孔的形成
17、，挤压时对挤压垫片不能进行润滑。挤压润滑的另一目的是防止粘性较大的金属粘结挤压工具，以提高制品质挤压润滑的另一目的是防止粘性较大的金属粘结挤压工具，以提高制品质量。如挤压铝合金管材时，对穿孔针就应该进行润滑，否则管材内表面质量。如挤压铝合金管材时，对穿孔针就应该进行润滑，否则管材内表面质量就无法保证。量就无法保证。第10章挤压与拉拔工艺2)挤压铝合金的润滑挤压铝合金的润滑挤压铝合金用的润滑剂有以下几类：挤压铝合金用的润滑剂有以下几类：70%80%72号汽缸油号汽缸油+30%20%粉状石墨；粉状石墨；6070%250号苯甲基硅油号苯甲基硅油+40%30%粉状石墨；粉状石墨；65%汽缸油汽缸油+1
18、5%硬脂酸铅硬脂酸铅+10%石墨石墨+10%滑石粉；滑石粉；65%汽缸油汽缸油+10%硬脂酸铅硬脂酸铅+10%石墨石墨+15%二硫化钼。二硫化钼。一般对铝合金挤压时，为了防止把锭坯表层的油污、氧化物带进制品内部一般对铝合金挤压时，为了防止把锭坯表层的油污、氧化物带进制品内部或表面，保证制品质量，一般不使用润滑剂，有时在模子上涂上极少一点或表面，保证制品质量，一般不使用润滑剂，有时在模子上涂上极少一点润滑剂。润滑剂。第10章挤压与拉拔工艺3)铜合金及其他重金属的润滑铜合金及其他重金属的润滑重金属大多用重金属大多用45号号机油机油加加20%30%片状石墨片状石墨作润滑剂；作润滑剂；而青铜、白铜挤压
19、时，用而青铜、白铜挤压时，用45号机油号机油30%40%的片状石墨。在冬季为增加的片状石墨。在冬季为增加润滑剂的流动性，往往加入润滑剂的流动性，往往加入5%9%煤油，在夏季则加适量的松香，可使煤油，在夏季则加适量的松香，可使石墨质点处于悬浮状态。石墨质点处于悬浮状态。铜及铜合金在挤压时都要进行润滑，在模子和穿孔针上薄薄地涂上一层，铜及铜合金在挤压时都要进行润滑，在模子和穿孔针上薄薄地涂上一层，挤压筒在挤压后也用蘸有上述润滑剂的布简单擦一下。挤压筒在挤压后也用蘸有上述润滑剂的布简单擦一下。第10章挤压与拉拔工艺4)钢、镍、钛等合金的润滑钢、镍、钛等合金的润滑钢、镍、钛等合金目前大多采用钢、镍、钛
20、等合金目前大多采用玻璃润滑剂玻璃润滑剂，这种润滑剂在挤压时能起到润，这种润滑剂在挤压时能起到润滑与绝热作用。玻璃润滑剂的使用方法有涂层法、滚玻璃粉法以及玻璃布包滑与绝热作用。玻璃润滑剂的使用方法有涂层法、滚玻璃粉法以及玻璃布包锭法等，以润滑挤压筒与锭坯的接触面。在制品表面锭法等，以润滑挤压筒与锭坯的接触面。在制品表面去除玻璃润滑剂的方法，去除玻璃润滑剂的方法，一般采用喷砂法、急冷法及化学法等。一般采用喷砂法、急冷法及化学法等。对低碳钢的冷挤压，广泛采用磷化对低碳钢的冷挤压，广泛采用磷化-皂化处理润滑方法。皂化处理润滑方法。磷化处理磷化处理：是将经过表面洁净处理的钢放入：是将经过表面洁净处理的钢
21、放入磷酸锰铁或磷酸二氢锌磷酸锰铁或磷酸二氢锌的水溶液的水溶液中，通过磷酸与铁相互作用，生成不溶于水的、牢固地粘附在钢表面的中，通过磷酸与铁相互作用，生成不溶于水的、牢固地粘附在钢表面的磷酸磷酸盐膜层盐膜层的过程，膜层厚度约为十几微米，主要成分为磷酸铁或磷酸锌，呈多的过程，膜层厚度约为十几微米，主要成分为磷酸铁或磷酸锌，呈多孔状，对其他润滑剂具有很孔状，对其他润滑剂具有很强的吸附强的吸附作用。作用。由于磷化膜层本身摩擦系数并不很低，为提高润滑效果，通常磷化后再进行由于磷化膜层本身摩擦系数并不很低，为提高润滑效果，通常磷化后再进行皂化处理皂化处理。皂化是利用硬脂酸钠或肥皂作润滑剂，与磷化层中的磷酸
22、锌反应。皂化是利用硬脂酸钠或肥皂作润滑剂，与磷化层中的磷酸锌反应生成生成硬脂酸锌硬脂酸锌，俗称锌肥皂或金属肥皂的过程。典型的磷化，俗称锌肥皂或金属肥皂的过程。典型的磷化-皂化处理工艺包皂化处理工艺包括除油括除油-酸洗酸洗-磷化磷化-中和中和-皂化皂化-干燥等工序。干燥等工序。第10章挤压与拉拔工艺10.5 拉拔理论及工艺拉拔理论及工艺10.5.1拉拔的基本理论拉拔的基本理论1.拉拔工艺概述拉拔工艺概述1)拉拔的分类拉拔的分类在拉力的作用下，使金属坯料通过模孔，从而获得相应形状和尺寸制品的在拉力的作用下，使金属坯料通过模孔，从而获得相应形状和尺寸制品的塑性加工方法称之为拉拔塑性加工方法称之为拉拔
23、，如图，如图10.42所示。所示。拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方法之一。拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方法之一。第10章挤压与拉拔工艺图图10.42 拉拔工艺示意拉拔工艺示意第10章挤压与拉拔工艺按拉拔时按拉拔时金属的温度金属的温度分，在再结晶温度以下的拉拔是分，在再结晶温度以下的拉拔是冷拔冷拔，在再结晶温度，在再结晶温度以上的拉拔是以上的拉拔是热拔热拔，在高于室温低于再结晶温度的拉拔是温拔。冷拔是金，在高于室温低于再结晶温度的拉拔是温拔。冷拔是金属丝、线生产中应用最普遍的拉拔方式。热拔主要用于高熔点金属如钨、属丝、线生产中应用最普遍的拉拔方式。热拔主要用于高熔点金属
24、如钨、钼等金属丝的拉拔。温拔主要用于难变形的合金如高速钢丝、轴承钢丝的钼等金属丝的拉拔。温拔主要用于难变形的合金如高速钢丝、轴承钢丝的拉拔。拉拔。按拉拔制品的按拉拔制品的断面形状断面形状，可将拉拔分为实心材拉拔和空心材拉拔。实心材，可将拉拔分为实心材拉拔和空心材拉拔。实心材拉拔主要包括棒材、型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要用于圆管和异型拉拔主要包括棒材、型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要用于圆管和异型管材的拉拔。管材的拉拔。按拉拔过程中金属同时通过的模子数分，只通过一个模子的拉拔是按拉拔过程中金属同时通过的模子数分，只通过一个模子的拉拔是单道次单道次拉拔拉拔，依次连续通过若干，依次连续通过若干(
25、225)个模子的拉拔是个模子的拉拔是多道次连续拉拔多道次连续拉拔。第10章挤压与拉拔工艺2)拉拔的特点拉拔的特点 与其他塑性加工方法相比较，拉拔工艺法有以下特点：与其他塑性加工方法相比较，拉拔工艺法有以下特点：(1)拉拔制品尺寸精确、表面质量高。拉拔制品尺寸精确、表面质量高。由于拉拔一般在冷状态由于拉拔一般在冷状态下进行，与热轧材相比，拉拔制品有较高的尺寸精度和表面光下进行，与热轧材相比，拉拔制品有较高的尺寸精度和表面光洁度。洁度。(2)拉拔制品力学性能高拉拔制品力学性能高。在拉拔过程中，会产生加工硬化，。在拉拔过程中，会产生加工硬化，从而使材料的强度提高。从而使材料的强度提高。(3)拉拔生产
26、的工具和设备简单，维修方便拉拔生产的工具和设备简单，维修方便。在一台拉拔设备。在一台拉拔设备上只需要更换模具即可生产多种规格和品种的制品。拉拔方法上只需要更换模具即可生产多种规格和品种的制品。拉拔方法也很适合用于连续高速生产断面尺寸很小而长度很长的制品，也很适合用于连续高速生产断面尺寸很小而长度很长的制品，生产效率高。生产效率高。(4)道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制。拉拔时的。拉拔时的变形量一般较小，这使得拉拔道次一般较多。变形量一般较小，这使得拉拔道次一般较多。第10章挤压与拉拔工艺2.拉拔的变形指数与拉拔实现条件拉拔的变形指数与拉拔实现条件
27、1)拉拔时的变形指数拉拔时的变形指数拉拔时坯料发生塑性变形，其形状和尺寸发生改变。以拉拔时坯料发生塑性变形，其形状和尺寸发生改变。以Fq和和Lq表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，Fh和和Lh表示拉拔后表示拉拔后金属制品的断面积和长度，根据体积不变的条件可得到以下金属制品的断面积和长度，根据体积不变的条件可得到以下的变形指数和它们之间的关系式。的变形指数和它们之间的关系式。（1）延伸系数延伸系数。表示拉拔后金属材料长度与拉拔前金属材表示拉拔后金属材料长度与拉拔前金属材料长度之比，也等于拉拔前后横断面的面积之比，即：料长度之比，也等于拉拔前后横断面的面积之比，即：
28、(10-2)（2）断面减缩率断面减缩率。表示拉拔后金属材料横断面积减小量与表示拉拔后金属材料横断面积减小量与初始面积之比，即：初始面积之比，即：(10-3)第10章挤压与拉拔工艺2)实现拉拔过程的基本条件实现拉拔过程的基本条件 拉拔过程是借助于在被加工的坯料前端施以拉力实现的，拉拔过程是借助于在被加工的坯料前端施以拉力实现的，变形区的受力特点为二向压缩一向拉伸状态，如果拉应力过变形区的受力特点为二向压缩一向拉伸状态，如果拉应力过大，超过材料出模口的屈服强度，则可引起制品出现细径，大，超过材料出模口的屈服强度，则可引起制品出现细径，甚至拉断，因此必须满足以下基本条件：甚至拉断，因此必须满足以下基
29、本条件：(10-4)式中，式中，l 作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力；作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力；P l 拉拔力；拉拔力；Fl 被拉金属出模口横断面积；被拉金属出模口横断面积；s 金属出模口后的变形抗力；金属出模口后的变形抗力；第10章挤压与拉拔工艺在拉拔过程中，因为变形抗力随变形的大小发生变化，确定起在拉拔过程中，因为变形抗力随变形的大小发生变化，确定起来比较困难，另外金属拉拔时产生加工硬化，变形抗力与抗拉来比较困难，另外金属拉拔时产生加工硬化，变形抗力与抗拉强度强度b相近，故式相近，故式(10-4)也可以表示为也可以表示为l1.11.25。第10章挤压与拉拔工艺表表10-
30、5 有色金属拉拔时的安全系数有色金属拉拔时的安全系数拉拔制品的品种与规格厚壁管材、型材及棒材薄壁管材和型材不同直径的线材/mm1.01.00.40.41.00.100.050.0500.015安全系数K1.351.41.61.41.51.61.82.0第10章挤压与拉拔工艺3)拉拔后金属的组织与性能拉拔后金属的组织与性能金属在拔制过程中其内部的晶粒尺寸也相应地发生了变化，金属在拔制过程中其内部的晶粒尺寸也相应地发生了变化，即晶粒在拉拔方向上拉长。在变形量较大的情况下，可出现即晶粒在拉拔方向上拉长。在变形量较大的情况下，可出现明显的纤维状组织，使得制品呈现各向异性，形成变形织构。明显的纤维状组织
31、，使得制品呈现各向异性，形成变形织构。在拉拔时形成的变形织构叫做在拉拔时形成的变形织构叫做“丝织构丝织构”，其特征是各个晶其特征是各个晶粒的某一晶向与拉拔力方向平行或接近平行。粒的某一晶向与拉拔力方向平行或接近平行。金属拉拔后的制品产生显著的加工硬化，即随着变形程度的金属拉拔后的制品产生显著的加工硬化，即随着变形程度的增加，变形阻力增大，增加，变形阻力增大，强度和硬度增高，而塑性、韧性下降强度和硬度增高，而塑性、韧性下降的现象。的现象。在生产中可在生产中可利用加工硬化来提高材料的强度利用加工硬化来提高材料的强度，从而改善其力，从而改善其力学性能。但加工硬化会给冷拔带来困难，为能进一步进行冷学性
32、能。但加工硬化会给冷拔带来困难，为能进一步进行冷拔变形，需要进行拔变形，需要进行中间退火中间退火。另外，冷拔后材料的物理与物理化学性质如导电性、导热性、另外，冷拔后材料的物理与物理化学性质如导电性、导热性、磁性、密度、耐腐蚀性都会发生改变。磁性、密度、耐腐蚀性都会发生改变。第10章挤压与拉拔工艺3.圆棒拉拔时应力与变形状态圆棒拉拔时应力与变形状态在拉拔时，变形区金属所受的外力在拉拔时，变形区金属所受的外力有拉拔力有拉拔力P，模壁给予金属的正拉力，模壁给予金属的正拉力N和摩擦力和摩擦力T，如图，如图10.43所示。所示。金属在拉拔力、正压力和摩擦力的金属在拉拔力、正压力和摩擦力的作用下，作用下，
33、变形区的金属处于两向压变形区的金属处于两向压和一向拉的应力状态。和一向拉的应力状态。由于被拉金由于被拉金属是实心圆棒，应力呈轴对称应力属是实心圆棒，应力呈轴对称应力状态，即状态，即r=。变形区中金属的变形状态为两向压变形区中金属的变形状态为两向压缩和一向延伸。缩和一向延伸。图图10.43 圆棒拉拔时应力与变形状态圆棒拉拔时应力与变形状态第10章挤压与拉拔工艺通过分析坐标网格在拉拔前后的变化，可得出以下规律（如图通过分析坐标网格在拉拔前后的变化，可得出以下规律（如图10.44）：）：(1)纵向上的网格变化。纵向上的网格变化。在在轴线上轴线上，拉拔前形状为正方形网格，拉拔前形状为正方形网格A经拉拔
34、后经拉拔后变成矩形，内切圆变成正椭圆，其长轴和拉拔方向一致。因此，金属在轴变成矩形，内切圆变成正椭圆，其长轴和拉拔方向一致。因此，金属在轴线上的变形是沿轴向延伸，在径向和周向上被压缩。线上的变形是沿轴向延伸，在径向和周向上被压缩。在在周边上周边上的网格除了受到轴向拉长，径向和周向上被压缩之外，还发生了的网格除了受到轴向拉长，径向和周向上被压缩之外，还发生了剪切变形剪切变形。图图10.44 圆棒拉拔时断面坐标网格的变化圆棒拉拔时断面坐标网格的变化第10章挤压与拉拔工艺(2)横向上的网格变化。横向上的网格变化。拉拔前为拉拔前为直线的横线直线的横线进入变形区后开始变成进入变形区后开始变成拉拔方向凸出
35、的弧拉拔方向凸出的弧形线，形线，且其曲率由入口端到出口端逐渐增大，到出口端后不再变化。说明且其曲率由入口端到出口端逐渐增大，到出口端后不再变化。说明在拉拔过程中在拉拔过程中周边层的金属流动速度小于中间层。周边层的金属流动速度小于中间层。随着模角和摩擦随着模角和摩擦系数的增大，这种不均匀性更加明显。系数的增大，这种不均匀性更加明显。拉拔后中心线上延伸变形最小，拉拔后中心线上延伸变形最小，表面延伸变形最大表面延伸变形最大，其他部分，其他部分的延伸变形介于两者之间；的延伸变形介于两者之间；而拉拔后中心线上的压缩变形而拉拔后中心线上的压缩变形最小，表面的压缩变形最大，最小，表面的压缩变形最大，其他部分
36、的压缩变形介于两者其他部分的压缩变形介于两者之间。之间。第10章挤压与拉拔工艺4.管材拉拔时的应力与变管材拉拔时的应力与变形形1)空拉时的应力分布和变形特点空拉时的应力分布和变形特点空拉时，空拉时，主应力图仍为两向压、主应力图仍为两向压、一向拉的应力状态一向拉的应力状态;而主变形图而主变形图则根据壁厚增加或减小，可以则根据壁厚增加或减小，可以是是:轴向延伸轴向延伸、周向压缩周向压缩、径向径向（厚向）（厚向）延伸或压缩延伸或压缩的变的变形状态（如图形状态（如图10.45所示）。所示）。图图10.45 空拉管材时的应力与应变空拉管材时的应力与应变第10章挤压与拉拔工艺影响空拉时壁厚变化的因素比较复
37、杂，主要有以下几点：影响空拉时壁厚变化的因素比较复杂，主要有以下几点：(1)管坯几何尺寸的影响管坯几何尺寸的影响。近年来的研究表明，影响空拉壁厚。近年来的研究表明，影响空拉壁厚变化的因素应是管坯的径厚比及相对拉拔应力，考虑两者的综变化的因素应是管坯的径厚比及相对拉拔应力，考虑两者的综合影响所得到的临界系数（径厚比）合影响所得到的临界系数（径厚比）Do/So=3.67.6。一般情。一般情况下，当况下，当Do/So7.6时，只出现增壁时，只出现增壁(越薄时越薄时)；当；当Do/SO3.6时时只出现减壁只出现减壁(越厚时越厚时)；Do/So=3.67.6时，壁厚基本不变。时，壁厚基本不变。(2)材质
38、与状态的影响材质与状态的影响。材质与材料的状态决定变形抗力、坯。材质与材料的状态决定变形抗力、坯料与工具间的摩擦系数以及金属变形时的硬化速率。研究表明，料与工具间的摩擦系数以及金属变形时的硬化速率。研究表明，金属硬度越高，增壁趋势越弱金属硬度越高，增壁趋势越弱。(3)道次加工率与加工道次的影响。道次加工率与加工道次的影响。道次加工率增大时，相对道次加工率增大时，相对拉应力值增加，这使增壁幅度减小，减壁空拉过程的减壁幅度拉应力值增加，这使增壁幅度减小，减壁空拉过程的减壁幅度增大。增大。当当40%时，尽管时，尽管Do/So7.6，也有可能出现减壁现象，也有可能出现减壁现象，这是由于相对拉拔应力增大
39、之故这是由于相对拉拔应力增大之故。第10章挤压与拉拔工艺(4)润滑条件、模子几何参数及拉拔速度的影响润滑条件、模子几何参数及拉拔速度的影响。润滑条件。润滑条件的恶化，模角不在合理范围内，定径带长度以及拉速增大均的恶化，模角不在合理范围内，定径带长度以及拉速增大均会使会使相对拉拔力增加相对拉拔力增加，从而导致增壁空拉过程的，从而导致增壁空拉过程的增壁量减小增壁量减小，而使减壁过程的而使减壁过程的减壁幅度加大减壁幅度加大。与挤压、轧制工艺不同，与挤压、轧制工艺不同，空拉具有纠正管材偏心的作用空拉具有纠正管材偏心的作用，其原因在于周向应力的分布不同，壁厚处的周向应力小于壁其原因在于周向应力的分布不同
40、，壁厚处的周向应力小于壁薄处的周向应力。因薄处的周向应力。因周向应力是引起壁厚增加的应力周向应力是引起壁厚增加的应力，周向，周向应力越大，壁厚增加得越大，所以壁薄部分在周向应力的作应力越大，壁厚增加得越大，所以壁薄部分在周向应力的作用下逐渐增厚，使整个断面上的管壁厚趋于一致。用下逐渐增厚，使整个断面上的管壁厚趋于一致。有芯头拉拔时纠正管材偏心的效果没有空拉时显著有芯头拉拔时纠正管材偏心的效果没有空拉时显著，这是由，这是由于此时径向压应力增大，从而妨碍了管材壁厚的调整。于此时径向压应力增大，从而妨碍了管材壁厚的调整。第10章挤压与拉拔工艺2)衬拉时的应力分布和变形特点衬拉时的应力分布和变形特点(
41、1)固定短芯头拉拔的情况固定短芯头拉拔的情况（如图（如图10.46）。在使用固定芯头拉拔时，）。在使用固定芯头拉拔时，由于管子内部的芯头不动，由于管子内部的芯头不动，接触接触摩擦面积比拉拔棒材和空拉时大，摩擦面积比拉拔棒材和空拉时大，因而道次加工率较小因而道次加工率较小。图中图中:区为空拉区区为空拉区区为减壁段区为减壁段区为定径段。区为定径段。图图10.46 固定短芯头拉拔固定短芯头拉拔时的应力分布和变形特点时的应力分布和变形特点 第10章挤压与拉拔工艺(2)长芯杆拉拔的情况（如图长芯杆拉拔的情况（如图10.47）。）。长芯杆拉拔管材时管子的应力和应变长芯杆拉拔管材时管子的应力和应变状态与固定
42、短芯头拉拔时的基本相同，状态与固定短芯头拉拔时的基本相同，变形区由空拉段、减壁段和定径段组变形区由空拉段、减壁段和定径段组成成。长芯杆拉拔的特点是：在管材拉拔时长芯杆拉拔的特点是：在管材拉拔时芯杆有向前滑动的趋势，因此芯杆作芯杆有向前滑动的趋势，因此芯杆作用于管内表面的摩擦力方向与拉拔方用于管内表面的摩擦力方向与拉拔方向一致，从而有助于减小拉拔力。向一致，从而有助于减小拉拔力。与固定短芯头拉拔相比，拉拔力一般与固定短芯头拉拔相比，拉拔力一般可减小可减小15%20%，因此长芯杆拉拔可，因此长芯杆拉拔可以采用较大的延伸系数，最大延伸系以采用较大的延伸系数，最大延伸系数可达数可达2.95。图图10.
43、47 长芯杆拉拔时长芯杆拉拔时的应力分布和变形特点的应力分布和变形特点第10章挤压与拉拔工艺(3)游动芯头拉拔的情况（如图游动芯头拉拔的情况（如图10.48）。）。在用游动芯头拉伸时，芯头在用游动芯头拉伸时，芯头后端不固定，靠自身的几何形状与管后端不固定，靠自身的几何形状与管子接触面之间力的平衡使其稳定在变子接触面之间力的平衡使其稳定在变形区中。形区中。游动芯头一般由三部分组成：小圆柱游动芯头一般由三部分组成：小圆柱部分，其直径等于拉拔后管子的内径；部分，其直径等于拉拔后管子的内径；圆锥部分，其锥角略小于模角；大圆圆锥部分，其锥角略小于模角；大圆柱部分，其直径略小于管坯的内径。柱部分，其直径略
44、小于管坯的内径。为实现正常拉拔，游动芯头的锥角必为实现正常拉拔，游动芯头的锥角必须大于芯头与管坯间的摩擦角，而小须大于芯头与管坯间的摩擦角，而小于模孔壁的倾角。于模孔壁的倾角。图图10.48 游动芯头拉拔时变形区的受力游动芯头拉拔时变形区的受力 第10章挤压与拉拔工艺3)扩径拉拔时的应力与应变扩径拉拔时的应力与应变扩径拉拔是一种用扩径拉拔是一种用小直径管坯拉拔成大直径管材小直径管坯拉拔成大直径管材的拉拔方法。扩径拉拔有的拉拔方法。扩径拉拔有两种类型，压入扩径和拉伸扩径，如图两种类型，压入扩径和拉伸扩径，如图10.49所示所示压入扩径法适合用于大而压入扩径法适合用于大而短的管坯。短的管坯。压入扩
45、径法的管坯长度和直径之比一般不大于压入扩径法的管坯长度和直径之比一般不大于10。压入扩径时的应力状态。压入扩径时的应力状态为纵向、径向两向压应力，切向（为纵向、径向两向压应力，切向（周向）拉应力周向）拉应力；变形状态为两向压缩变；变形状态为两向压缩变形和一向延伸变形，即扩径时管坯的长度缩短，壁厚变薄，直径增大。形和一向延伸变形，即扩径时管坯的长度缩短，壁厚变薄，直径增大。拉拔扩径法适合用于小断面的薄壁长管生产。拉拔扩径法适合用于小断面的薄壁长管生产。拉拔扩径的应力状态与压入拉拔扩径的应力状态与压入扩径的不同在于轴向应力变为拉应力，变形状态与压入扩径相同，但扩径的不同在于轴向应力变为拉应力，变形
46、状态与压入扩径相同，但壁厚壁厚减薄量一般比压入扩径时要大减薄量一般比压入扩径时要大。第10章挤压与拉拔工艺图图10.49 扩径拉拔时的应力与应变扩径拉拔时的应力与应变第10章挤压与拉拔工艺5.拉拔制品中的残余应力拉拔制品中的残余应力在拉拔过程中，由于在拉拔过程中，由于存在不均匀变形而形成附加应力存在不均匀变形而形成附加应力，在拉拔后部分附加，在拉拔后部分附加应力残余留在制品中，形成应力残余留在制品中，形成残余应力残余应力。残余应力对制品的力学性能有不利。残余应力对制品的力学性能有不利的影响，还会造成尺寸形状的不稳定。的影响，还会造成尺寸形状的不稳定。减少或消除残余应力的方法主要有以下几种：减少
47、或消除残余应力的方法主要有以下几种：(1)减少不均匀变形。减少不均匀变形。由于残余应力是由不均匀变形造成的，所以减少拉由于残余应力是由不均匀变形造成的，所以减少拉拔过程中的不均匀变形是最根本的措施。在拉拔管材时，应拔过程中的不均匀变形是最根本的措施。在拉拔管材时，应尽量采用衬拉，尽量采用衬拉，减少空拉量减少空拉量。(2)矫直加工矫直加工。常采用。常采用辊式矫直辊式矫直来去除拉拔制品的残余应力。用来去除拉拔制品的残余应力。用张力矫直张力矫直也可以减小拉拔制品的残余应力。也可以减小拉拔制品的残余应力。(3)低温退火。低温退火。在生产中，常采用大大低于金属的再结晶温度的低温退火在生产中，常采用大大低
48、于金属的再结晶温度的低温退火来消除或减少拉拔制品中的残余应力，这种退火也称为来消除或减少拉拔制品中的残余应力，这种退火也称为去应力退火。去应力退火。第10章挤压与拉拔工艺1)拉拔实心材的主要缺陷拉拔实心材的主要缺陷拉拔实心材的拉拔实心材的主要缺陷有中心裂纹、表面裂纹、起皮、起刺、麻坑、内外主要缺陷有中心裂纹、表面裂纹、起皮、起刺、麻坑、内外层力学性能不均等层力学性能不均等，生产中比较常见的中心裂纹和表面裂纹的起因与防治，生产中比较常见的中心裂纹和表面裂纹的起因与防治措施如下：措施如下：(1)中心裂纹。中心裂纹。一般来说，无论时锻造坯料还是挤压、轧制的坯料，内层一般来说，无论时锻造坯料还是挤压、
49、轧制的坯料，内层的强度都低于外层。的强度都低于外层。而拉拔时的应力分布规律是，在塑性变形区内中心层而拉拔时的应力分布规律是，在塑性变形区内中心层的轴向主拉应力大于周边层，的轴向主拉应力大于周边层，因此在拉拔过程中常常是中心的拉应力首先因此在拉拔过程中常常是中心的拉应力首先超过强度极限，从而在中心出现裂纹。超过强度极限，从而在中心出现裂纹。为了防止中心裂纹的产生，可采取以下措施：为了防止中心裂纹的产生，可采取以下措施：提高锭坯的质量提高锭坯的质量，减少中心杂质和气孔，并使坯料内外层的力学性能尽，减少中心杂质和气孔，并使坯料内外层的力学性能尽量均匀；量均匀；对坯料进行对坯料进行适当的热处理，细化晶
50、粒适当的热处理，细化晶粒；在拉拔过程中在拉拔过程中进行中间退火进行中间退火；选择合理的拉拔道次和道次加工率选择合理的拉拔道次和道次加工率。第10章挤压与拉拔工艺(2)表面裂纹。表面裂纹。在拉拔棒材、线材时，有时会在表面出现三角口的裂纹。表面裂纹是由拉在拉拔棒材、线材时，有时会在表面出现三角口的裂纹。表面裂纹是由拉拔过程中产生的不均匀变形所造成的。拔过程中产生的不均匀变形所造成的。在定径区由于摩擦的作用，中心的金属流动快，受压附应力，周边层的金在定径区由于摩擦的作用，中心的金属流动快，受压附应力，周边层的金属流动慢，受拉附应力，属流动慢，受拉附应力，因此周边层所受的实际工作应力（拉应力）比中因此
