拉拔理论基础知识

五.拉拔理论基础知识
在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同
的制品的加工方法，称之为拉拔（或称拉伸），如下图。

圖荷:伸方法示克图
1-坯科1 2―槐子
拉拔加工按制品种类分为实心材拉拔和空心材拉拔。

实心材拉拔主要有棒材、型材、线
材的拉拔；空心材拉拔主要包括管材、异型空心材拉拔。

其中管材拉拔又有以下几种方法：
（1）空拉；（2）长芯杆拉拔；（3）固定芯头拉拔；（4）游动芯头拉拔；（5）顶管；（6）扩径拉拔。

（一）掌握拉拔时常用的变形指数
（二）掌握实现拉拔过程的条件
拉拔过程是借助于在被加工金属的前端施以拉力实现的，如果拉拔应力过大，超过出模
口处金属的屈服强度，则可引起制品出现细颈、甚至拉断。

因此，必须满足：01= P l/F l < G 式中0――作用在被拉金属出模口断面上的拉拔应力；P i ――拉拔力；
F i ――被拉金属出模口处断面积；o ――金属出模口后的屈服强度。

对于有色金属来说，由于屈服强度不明显，确定困难，加之在加工硬化后与其抗拉强度o相近，故亦可表示为：0< o
被拉金属出模口处的抗拉强度0与拉拔应力o之比称为安全系数 K，即K= 0/ 0
所以，实现拉拔过程的必要条件是K>1。

一般K在1.4-2.0之间，即q=（0.7-0.5）o
对钢材来说，根据经验o=（0.8-0.9）o,安全系数K>1.1-1.25。

（三）熟悉拉拔时的应力状态图
（1）圆棒拉拔
下图（左）为圆棒拉拔时的应力与变形。

当在棒材前端施以拉力P使之通过模孔变形时，受到模壁给予的压力dN，方向垂直于模壁。

金属在模孔中运动，将在接触面上产生摩
擦力dT,方向与金属运动方向相反，摩擦力dT=f n dN。

在上述力的作用下，变形区中的金
属绝大部分处于两向压、一向拉应力状态和两向压缩一向延伸变形状态。

在拉伸实心圆断面
制品时也是轴对称问题，其径向应力o与周向应力列相等。

应力沿轴向的分布规律：轴向应力q由变形区入口端向出口端逐渐增大，周向应力o 及径向应力o则从变形区入口到出口逐渐减小。

应力沿径向的分布规律：径向应力o与周向应力叭由表面向中心逐渐减小，而轴向应
力o分布情况则相反，由表层到中心处逐渐增大。

（2）管材拉拔。

与棒材拉拔最主要的区别是，失去轴对称变形的条件，因此变形不均匀性、附加剪切变形和应力皆有所
增加。

下图（右）是管材空拉时的变形力学图。

主应力图仍为两向压、一向拉的应力状态；主
应变图则根据壁厚增加或减小，可以是两向压缩、一向延伸(壁厚减小) ，或一向压缩、两
向延伸(壁厚增加)。

主应力q、cf、码在变形区内轴向上的分布规律与圆棒拉伸时的相似，但在径向上的分布规律则有较大差别：径向应力q在管子断面上的分布是由外表面向中心
逐渐减小，达管子内表面时为零。

这是因为管子内壁无任何支撑以建立起反作用力之故，管壁上实际为两向应力状态。

周向应力f的分布情况由于已是非轴对称问题，与拉伸棒材时
不同，而是由外表面向中心逐渐增大。

因此，空拉管时，最大主应力是f,最小主应力是知
q居中。

(四)熟悉影响拉拔力的主要因素
影响拉拔力的主要因素有材料的机械性能、变形程度、模孔几何形状、反拉力、摩擦与
润滑、拉拔速度等等。

(1)材料机械性能。

拉拔力与材料抗拉强度R m成线性关系，随 R m增大，拉拔力增加。

(2)变形程度。

拉拔力与变形程度之间也存在近似的线性关系。

(3)模孔几何形状。

影响拉拔力的有模子的锥角和定径带长度。

随模角增大，拉拔应力
与屈服强度比值有一最小值，其相应的模角叫合理模角。

增加定径带长度，由于接触摩擦面
增大而使拉拔力增加，但是可延长模子使用寿命。

⑷ 反拉力。

随着反拉力 Q值的增加，模子所受到的压力 M q近似直线下降，拉伸力 P q 逐渐增加。

但是在反拉力达到临界反拉力Q j值之前，对拉伸力并无影响。

(5)摩擦与润滑。

拉拔时的摩擦条件对拉拔力的影响很大。

润滑剂的性质、润滑方式、模具材料以及模具和被拉拔材料的表面状态对摩擦力的大小皆有影响。

(6)拉拔速度。

速度不高的情况下，拉拔力随着拉拔速度的增加而有所增大，继续增加
速度对拉拔力无大影响。

(这是因为，虽然金属的变形抗力随着变形速度增加而增大，但变形热将使变形区内金属变形抗力减小，同时，速度增加将有助于润滑剂带入模孔减小拉拔力)
(7)振动。

试验发现，拉拔时对拉伸工具(模子或芯头)施以振动可以显著降低拉拔力。

(五)掌握拉拔力的确定
拉拔力是拉拔变形的基本参数，确定拉拔力大小的方法有实测法和计算法两种。

其中，计算法又有经验公式法和基于应力平衡法、运动许可速度场法等导出的理论公式法。

H.几皮尔林拉伸应力公式如下：
1-(克g (劄(4-44》式中Kz——变形区内金属的平均变形抗力，可以认为心~6；
a = cos2p(l + cota z) — 1
/-—库仑摩擦系数；
P——-康掠角；
Q,—导角；
a——模角；
5 ——由于弾性变形区或外加反拉应力冬的作用，在塑性变形区入口球而产生的反拉应力。

如
果则quf；如果则
乞,由实验确定。

在缺乏数据时，
可由下经验式近似计算：
(4-45》
式中抵一火后拉伸前总延伸系数;
——两次退火间可能的最大总延伸系数；
仏——拉伸前金属在产生塑性变形量为0.2%时的屈眼强度。