郑州大学-金属挤压及拉拔工艺教材(PPT 64页)

篇金属塑性成形工艺及控制 第10章金属挤压及拉拔工艺 （塑性部分9节）*10.3金属挤压工艺10.3.1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10.41所示。在挤压生产过程中，基本工艺参数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。所谓基本工艺参数包括制品和锭坯尺寸、挤压温度和速度、润滑条件等。*图10.41挤压法生产管棒型材的工艺流程示意*10.3.2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具体包括以下几点：(1)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工艺而定。(2)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面组织和性能均匀，应使挤压时的变形程度大于80%，可取90%以上。(计算公式)(3)挤压压余。在挤压定尺和倍尺产品时，应考虑压余的大小及切头尾所需的金属量。(4)设备能力。在确定铸锭尺寸时，必须考虑设备的能力和挤压工具的强度。*(5)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。△外为挤压筒内径与锭坯外径间的间隙；△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10-2选取。（计算公式）表10-2△外与△内之值*2.挤压比λ的选择挤压比为制品横断面积与坯料横断面积的比。选择挤压比λ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，一般要求：一次挤压的棒、型材λ＞10锻造用毛坯λ＞5二次挤压用毛坯λ可不限一般轻金属挤压比λ值的范围为8~60，纯金属与软合金允许的值较大，硬金属较小。挤压型材时λ=10~45，挤压棒材时λ=10~25。为保证焊缝质量，使用组合模挤压时λ≥25。重金属挤压比λ一般在4~90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4~6。（变形程度=？）*3.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：(10-1)式中，L0—锭坯长度；D0—锭坯直径；Dt—挤压筒直径；Kt—填充系数，，一般取为1.05~1.1；Lz—制品长度；LQ—切头、切尾长度；hy—压余厚度。*10.3.3挤压温度与速度的选择1.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。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“三图”定温的原则：(1)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（0.85~0.90）T0，而下限对单相合金（0.65~0.70）T0。*(2)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αK、断面收缩率ψ、延伸率δ、扭转角θ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。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。挤压终了温度太高会发生聚集再结晶,温度过低金属引起加工硬化和能耗大。总之，“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10-3。*表10-3常用金属挤压温度控制范围*2.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：①挤压速度V挤，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；②流出速度V流，是指金属流出模孔的速度；③变形速度，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，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。*确定金属流出速度应考虑以下几点：①金属塑性变形区温度范围愈宽，则挤压金属流出速度也愈大；②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应低于小断面的；③挤压时润滑条件好，则可提高挤压速度；④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、钛合金等；⑤对同一种合金，当挤压温度愈高，则金属流出速度应愈低；⑥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。*总之，确定金属流出速度时应对各种因素进行综合，不可死套以上原则。表10-4是常见金属挤压流出模孔的速度范围。表10-4常见金属挤压流出模孔的速度*10.3.4挤压润滑1)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。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。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就无法保证。*2)挤压铝合金的润滑挤压铝合金用的润滑剂有以下几类：①70%~80%72号汽缸油+30%~20%粉状石墨；②60~70%250号苯甲基硅油+40%~30%粉状石墨；③65%汽缸油+15%硬脂酸铅+10%石墨+10%滑石粉；④65%汽缸油+10%硬脂酸铅+10%石墨+15%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。*3)铜合金及其他重金属的润滑重金属大多用45号机油加20%~30%片状石墨作润滑剂；而青铜、白铜挤压时，用45号机油30%~40%的片状石墨。在冬季为增加润滑剂的流动性，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，挤压筒在挤压后也用蘸有上述润滑剂的布简单擦一下。*4)钢、镍、钛等合金的润滑钢、镍、钛等合金目前大多采用玻璃润滑剂，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，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-皂化处理润滑方法。磷化处理：是将经过表面洁净处理的钢放入磷酸锰铁或磷酸二氢锌的水溶液中，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磷酸盐膜层的过程，膜层厚度约为十几微米，主要成分为磷酸铁或磷酸锌，呈多孔状，对其他润滑剂具有很强的吸附作用。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，与磷化层中的磷酸锌反应生成硬脂酸锌，俗称锌肥皂或金属肥皂的过程。典型的磷化-皂化处理工艺包括除油-酸洗-磷化-中和-皂化-干燥等工序。*10.5拉拔理论及工艺10.5.1拉拔的基本理论1.拉拔工艺概述1)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塑性加工方法称之为拉拔，如图10.42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。*图10.42拉拔工艺示意*按拉拔时金属的温度分，在再结晶温度以下的拉拔是冷拔，在再结晶温度以上的拉拔是热拔，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、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。按拉拔制品的断面形状，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单道次拉拔，依次连续通过若干(2~25)个模子的拉拔是多道次连续拉拔。*2)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：(1)拉拔制品尺寸精确、表面质量高。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洁度。(2)拉拔制品力学性能高。在拉拔过程中，会产生加工硬化，从而使材料的强度提高。(3)拉拔生产的工具和设备简单，维修方便。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。(4)道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制。拉拔时的变形量一般较小，这使得拉拔道次一般较多。*2.拉拔的变形指数与拉拔实现条件1)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Fq和Lq表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，Fh和Lh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的变形指数和它们之间的关系式。（1）延伸系数λ。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：(10-2)（2）断面减缩率ψ。表示拉拔后金属材料横断面积减小量与初始面积之比，即：(10-3)*2)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，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，甚至拉断，因此必须满足以下基本条件：(10-4)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；*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，变形抗力与抗拉强度σb相近，故式(10-4)也可以表示为σl<σb。为定量表示被拉金属出模口的抗拉强度与拉拔应力之间的关系，引入安全系数K：(10-5)因此，实现拉拔过程的基本条件是安全系数K大于1。拉拔时的安全系数与被拉拔金属的直径、状态（退火或硬化）以及变形条件（温度、速度、反拉力等）有关。K值一般在1.4~2.0之间。有色金属拉拔时的安全系数见表10-5。对钢材来说，主要考虑断头问，一般安全系数K>1.1~1.25 。*表10-5有色金属拉拔时的安全系数*3)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，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。在拉拔时形成的变形织构叫做“丝织构”，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。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，强度和硬度增高，而塑性、韧性下降的现象。在生产中可利用加工硬化来提高材料的强度，从而改善其力学性能。但加工硬化会给冷拔带来困难，为能进一步进行冷拔变形，需要进行中间退火。另外，冷拔后材料的物理与物理化学性质如导电性、导热性、磁性、密度、耐腐蚀性都会发生改变。*3.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有拉拔力P，模壁给予金属的正拉力N和摩擦力T，如图10.43所示。金属在拉拔力、正压力和摩擦力的作用下，变形区的金属处于两向压和一向拉的应力状态。由于被拉金属是实心圆棒，应力呈轴对称应力状态，即σr=σθ。变形区中金属的变形状态为两向压缩和一向延伸。图10.43圆棒拉拔时应力与变形状态*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。在轴线上，拉拔前形状为正方形网格A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，金属在轴线上的变形是沿轴向延伸，在径向和周向上被压缩。在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，还发生了剪切变形。图10.44圆棒拉拔时断面坐标网格的变化*(2)横向上的网格变化。拉拔前为直线的横线进入变形区后开始变成拉拔方向凸出的弧形线，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。说明在拉拔过程中周边层的金属流动速度小于中间层。随着模角和摩擦系数的增大，这种不均匀性更加明显。拉拔后中心线上延伸变形最小，表面延伸变形最大，其他部分的延伸变形介于两者之间；而拉拔后中心线上的压缩变形最小，表面的压缩变形最大，其他部分的压缩变形介于两者之间。*4.管材拉拔时的应力与变形1)空拉时的应力分布和变形特点空拉时，主应力图仍为两向压、一向拉的应力状态;而主变形图则根据壁厚增加或减小，可以是:轴向延伸、周向压缩、径向（厚向）延伸或压缩的变形状态（如图10.45所示）。图10.45空拉管材时的应力与应变*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。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，考虑两者的综合影响所得到的临界系数（径厚比）Do/So=3.6~7.6。一般情况下，当Do/So≥7.6时，只出现增壁(越薄时)；当Do/SO≤3.6时只出现减壁(越厚时)；Do/So=3.6~7.6时，壁厚基本不变。(2)材质与状态的影响。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，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增大。当ε>40%时，尽管Do/So≥7.6，也有可能出现减壁现象，这是由于相对拉拔应力增大之故。*(4)润滑条件、模子几何参数及拉拔速度的影响。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会使相对拉拔力增加，从而导致增壁空拉过程的增壁量减小，而使减壁过程的减壁幅度加大。与挤压、轧制工艺不同，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。有芯头拉拔时纠正管材偏心的效果没有空拉时显著，这是由于此时径向压应力增大，从而妨碍了管材壁厚的调整。*2)衬拉时的应力分布和变形特点(1)固定短芯头拉拔的情况（如图10.46）。在使用固定芯头拉拔时，由于管子内部的芯头不动，接触摩擦面积比拉拔棒材和空拉时大，因而道次加工率较小。图中:Ⅰ区为空拉区Ⅱ区为减壁段Ⅲ区为定径段。图10.46固定短芯头拉拔时的应力分布和变形特点*(2)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、减壁段和定径段组成。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。与固定短芯头拉拔相比，拉拔力一般可减小15%~20%，因此长芯杆拉拔可以采用较大的延伸系数，最大延伸系数可达2.95。图10.47长芯杆拉拔时的应力分布和变形特点*(3)游动芯头拉拔的情况（如图10.48）。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子接触面之间力的平衡使其稳定在变形区中。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；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。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，而小于模孔壁的倾角。图10.48游动芯头拉拔时变形区的受力*3)扩径拉拔时的应力与应变扩径拉拔是一种用小直径管坯拉拔成大直径管材的拉拔方法。扩径拉拔有两种类型，压入扩径和拉伸扩径，如图10.49所示压入扩径法适合用于大而短的管坯。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为纵向、径向两向压应力，切向（周向）拉应力；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。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，但壁厚减薄量一般比压入扩径时要大。*图10.49扩径拉拔时的应力与应变*5.拉拔制品中的残余应力在拉拔过程中，由于存在不均匀变形而形成附加应力，在拉拔后部分附加应力残余留在制品中，形成残余应力。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。减少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。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。在拉拔管材时，应尽量采用衬拉，减少空拉量。(2)矫直加工。常采用辊式矫直来去除拉拔制品的残余应力。用张力矫直也可以减小拉拔制品的残余应力。(3)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。*1)拉拔实心材的主要缺陷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措施如下：(1)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：①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量均匀；②对坯料进行适当的热处理，细化晶粒；③在拉拔过程中进行中间退火；④选择合理的拉拔道次和道次加工率。*(2)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）比中心层大很多。当此拉应力大于金属的断裂极限时，就会产生表面裂纹。变形越不均匀，产生裂纹的倾向越严重。*2)拉拔管材制品的主要缺陷拉拔管材制品的主要缺陷有表面划伤、裂纹、异物压入、偏心和皱折等，以偏心和皱折最为常见。(1)偏心。实际生产中拉拔管坯的壁厚往往是不均匀的，虽然空拉方法对壁厚不均的管坯进行拉拔时能起到纠正偏心的作用，但有些管坯偏心过于严重，则难以完全得到纠正，从而使制品拉拔后仍存在偏心。(2)皱折。当管坯存在偏心，且D0/S0值较大，如采用过大的道次加工率、退火不均匀时，管材在拉拔过程中因失稳出现凹陷或皱折。*10.5.2拉拔力及其影响因素为实现拉拔过程，作用在模出口加工材料上的外力称为拉拔力。拉拔力与拉拔后材料的断面积之比称为拉拔应力。对拉拔力影响的主要因素有以下几点：(1)被加工金属的性质对拉拔力的影响。拉拔力与被拉拔金属的抗拉强度成线性关系，抗拉强度愈高，拉拔力愈大。(2)变形程度对拉拔力的影响。拉拔应力与变形程度呈正比关系，随着断面减缩率的增加，拉拔应力增大。(3)模角对拉拔力的影响。随着模角α增大，拉拔应力发生变化，并且存在一个最小值，其相应的模角称为最佳模角。随着变形程度增加，最佳模角α值逐渐增大。*(4)拉拔速度对拉拔力的影响。由5m·min-1以下低速拉拔时，拉拔应力随拉拔速度的增加而有所增加。当拉拔速度增加到6~50m·min-1时，拉拔速度增加，拉拔应力下降；继续增加拉拔速度而拉拔力变化不大。(5)摩擦与润滑对拉拔力的影响。在拉拔过程中，润滑剂的性质、润滑方式、模具材料、模具和被拉拔材料的表面状态对摩擦力的大小皆有影响，从而对拉拔力的大小产生影响。在其他条件相同的情况下，使用钻石模的拉拔力最小，硬质合金模次之，钢模最大。这是因为模具材料越硬，抛光得越良好，金属越不容易粘结工具，摩擦力就越小。*(6)反拉力对拉拔力的影响。一般随着反拉力的增加，模子所受到的压力近似直线下降，拉拔力逐渐增加。但是，在反拉力达到临界反拉力Qc值之前，对拉拔力并无明显影响。因此将反拉应力值控制在临界反拉应力值范围以内，可以在不增大拉拔应力和不减小道次加工率的情况下减小模子入口处金属对模壁的压力磨损，从而延长了模子的使用寿命。(7)振动对拉拔力的影响。在拉拔时对拉拔工具（模具或芯头）施以振动可以显著地降低拉拔力，继而提高道次加工率。拉拔力的理论计算方法较多，如平均主应力法、滑移线法、上界法以及有限元法等，而目前应用较广泛的为平均主应力法，由平均主应力法得到的棒线材、管材等拉拔应力计算公式请参考有关设计手册。*10.5.3拉拔工艺1.拉拔配模分类与原则为了使拉拔制品获得合格的尺寸、形状、力学性能及表面质量，一般要对拉拔坯料进行几次拉拔。拉拔配模即根据制品的要求（有时还要考虑坯料）来确定拉拔道次和各道次模孔的尺寸形状及中间退火次数。拉拔配模分以下两类：(1)单模拉拔配模。在拉拔机上，坯料每次只能通过一个模子，在配模时确定每道次拉拔所需的拉模尺寸和形状称为单模拉拔配模。(2)多模连续拉拔配模。在一台拉拔机上，坯料每次连续通过分布在牵引绞盘之间的数个或几十个模子，确定所需要拉模尺寸和形状，称之为多模拉拔配模。在多模拉拔配模时，应考虑各模孔秒体积流量及绞盘与坯料滑动特性的要求。*拉拔配模的原则主要有以下几点：①应能充分发挥金属的塑性，提高生产率，降低能耗，在保证拉拔过程稳定的前提下，尽可能增大每道次的延伸系数；②减少不均匀变形，使拉拔制品获得最佳的表面质量、精确的尺寸和性能；③要与现有的设备参数（模数、速度）和设备能力（拉拔力、控制范围）等相适应。*2.道次数和中间退火次数的确定1)拉拔道次及道次延伸系数的分配拉拔道次及道次延伸系数的分配可根据总延伸系数λ∑和道次平均系数确定拉拔道次n，即：(10-6)紫铜合金的平均道次延伸系数为1.15~1.40，黄铜合金的平均道次延伸系数为1.10~1.20。*2)中间退火次数的确定在拉拔过程中，金属或合金会产生加工硬化，塑性降低，会出现断头及拉断现象，此时需要进行中间退火以使材料的塑性得到恢复。中间退火次数可由下式确定：N=(lnλ∑/ln)(10-7)式中，N—中间退火次数；λ∑—由坯料至成品的总延伸系数；—两次退火间的平均总延伸系数，表10-6列出了常见金属拉拔的的经验值。*表10-6常见金属拉拔的的经验值*3.单模拉拔配模1)圆棒拉拔一般地说，圆棒拉拔配模有三种情况：①给定坯料与制品尺寸，要求确定道次数和计算各道次的模孔尺寸；②给定制品尺寸，并对拉拔制品的力学性能提出要求；③只要求制品尺寸。对第三种情况，在保证拉拔制品表面质量的情况下，可使坯料的尺寸尽量接近制品尺寸，以减少拉拔道次。2)型材拉拔在进行型材拉拔配模时，应尽可能减少拉拔时变形的不均匀性，正确确定原始坯料的形状、尺寸和各道次的模孔形状和尺寸。实心型材的坯料大多采用简单的形状，如圆形、矩形和方形等。*3)圆管拉拔(1)空拉管材。对于直径小于6~10mm的管子，由于放芯头较困难，常采用空拉方法拉拔管材。在确定空拉的道次变形量时，除考虑金属出模口的强度以防拉断外，还应考虑管子在变形时的稳定性问题。当变形量过大时，管子会产生凹陷。为防止凹陷，一般在α=10°~15°时，空拉道次减径量不超过壁厚的6倍，即D0-D1≤6S0。(2)固定芯头拉管。采用固定芯头拉拔管时，应选取较小的延伸系数。对塑性良好的金属如紫铜、铝等，道次延伸系数最大可达1.7，两次退火间的总延伸系数可达10，大直径管材通常拉拔2~5道次后要退一次火。(3)游动芯头拉管。游动芯头拉拔配模时除应满足拉拔配模的一般原则外，还应注意减壁量必须与减径量相配合，否则将导致管内壁在拉拔时与芯头大圆柱接触，破坏了力的平衡，使拉拔过程不能正常进行。*4.多模连续拉拔多模连续拉线机又称多次拉线机，在这种拉线机上，线材要依次连续通过多个模子，每两个模子之间有绞盘，线以一定的圈数缠绕其上，以建立起拉拔力。根据拉拔时线与绞盘间的速度关系，可分为滑动式多模连续拉拔和无滑动多模连续拉拔两种情况。1)滑动式多模连续拉拔滑动式多模连续拉线机的特点是除最后的收线盘外，线与绞盘圆周的线速度不相等，存在着滑动。滑动式多模连续拉拔过程如图10.50所示，由放线盘放出的线首先穿过第一个模子，然后在模子后的绞盘上绕2~4圈，再进入第二个模子，依此类推，最后线材通过成品模到收线盘上。用于粗拉的拉线机的模子数一般为5、7、11、13和15个，用于中拉和细拉的模子数一般为9~21个。*图10.50滑动式多模连续拉拔过程示意图1—放线盘；2—模子；3—收线盘；4—绞盘*2)储线式拉拔储线式拉拔常用的拉线机有滑轮式拉线机和双卷筒拉线机，双卷筒拉线机是滑轮式拉线机的改进机型。图10.51是滑轮式拉线机工作示意，在拉拔过程中，依靠在中间绞盘上积蓄一定的线圈数，通过线圈数在一定的范围内的增多或减少使连续拉拔得以进行。*图10.51储线式无滑动连续拉拔过程1—中间绞盘；2—收线绞盘；3—拉线模；4—滑动圆盘；5、6、7—导轮*3)非储线式无滑动拉线非储线式无滑动拉线机主要有活套式拉线机和直进式拉丝机两种。(1)活套式拉丝机。活套式拉丝机的基本原理见图10.52，在相邻两卷筒中间设置一个活套臂，活套臂在金属秒体积流量出现不平衡时，可以收入或放出少量金属线，起缓冲作用。图10.52活套式拉丝机1—汽缸；2—活套臂；3—活套轮*(2)直进式拉丝机。直进式拉丝机卷筒之间金属丝不经任何导轮而走直线，大大简化了金属丝的走线，因而也叫直线式拉丝机。5.拉拔润滑拉拔润滑剂包括在拉拔时直接使用的润滑剂，也包括为了形成润滑膜在拉拔前在金属表面形成的润滑涂层和镀层。主要根据拉拔方式、拉拔材料、拉拔规格以及产品用途来选择润滑剂。钢的棒线材的拉拔润滑方法一般有化学涂层法、树脂膜法以及油润滑法，各种润滑方法的特点如表10-7所示。管材拉拔润滑与棒线材基本相同。*表10-7各种润滑方法的特点*有色金属拉拔时使用矿物油并加入一定量的表面活性物质。由变压器油、油酸、三乙醇胺及水配制的乳化液可用于铜及其合金、铝及其合金等管棒线材的拉拔润滑。在有色金属管棒材的低速拉拔时也可使用润滑脂。在拉拔镍及其合金时可在金属表面涂层，然后用75%的干皂粉和20%硫磺粉以及5%石墨混合做润滑剂。拉拔钨、钼线材时，通常采用石墨和二硫化钼等干式润滑剂。*挤压温度分类，有热挤压、温挤压及冷挤压；金属流动及变形特征分类，有正向挤压、反向挤压、侧向挤压、连续挤压及特殊挤压，特殊挤压包括静液挤压、有效摩擦挤压、扩展模挤压、半固态挤压等。挤压工艺在有色金属、钢铁材料生产、金属零件成型以及新材料制备等领域发挥了重要作用。影响挤压时金属流动的因素有很多，例如挤压方法、制品的形状与尺寸、合金种类、模具结构与尺寸、工艺参数、润滑条件等。金属在挤压变形中处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量，并可以改善金属材料的组织，提高其力学性能。挤压制品常见的缺陷有裂纹、缩尾、粗晶环、层状组织等，为此应采取相应的措施防止。挤压力就是挤压杆通过垫片作用在被挤压锭坯上使金属从模孔流出来的压力，挤压力的是选择挤压设备、校核挤压工具强度的重要因素。通常采用计算法、工具影响系数法、图解法确定。【本章小结】*在挤压生产过程中，基本工艺参数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，包括制品设计和锭坯尺寸、挤压温度和速度、润滑条件等。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，拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方法之一。实现拉拔过程的必要条件是安全系数大于1，拉拔时的安全系数与被拉拔金属的直径、状态以及变形条件等有关，安全系数一般在1.4~2.0之间。为了使拉拔制品获得合格的尺寸、形状、力学性能及表面质量，一般要对拉拔坯料进行几次拉拔，为此要按一定规则进行拉拔配模，即根据制品的要求来确定拉拔道次和各道次模孔的尺寸形状及中间退火次数。【关键词】正向挤压，反向挤压，挤压应力，挤压缩尾，挤压温度，挤压速度拉拔配模【本章小结】*【复习思考题】1.挤压时金属流动分几个阶段？各阶段挤压力是如何变化的？2.画图并说明圆棒正向挤压流动的特点。3.什么是挤压缩尾？说明如何消除缩尾缺陷。4.钢铁材料冷挤压后金属组织和力学性能变化特点。5.什么是挤压力、挤压应力？简要说明各种因素对挤压力的影响。6.挤压工具主要由哪几部分组成？挤压筒为什么做成多层？7.管棒型材热挤压基本工艺流程怎样？如何确定挤压速度与挤压温度？8.什么是拉拔力、拉拔应力？实现拉拔过程的基本条件是什么？9.画图并简要说明拉拔圆棒材时变形区的形状以及应力分布规律。10.拉拔管材的主要形式有哪几种？简要说明各自的特点。11.多模连续拉拔有哪几种形式？简要说明各自的特点。*本部分内容完谢谢收看2010年3月3日****************************************************************