专减壁厚拔管拔制力的研究.doc

专减壁厚拔管拔制力的研究刘铁军摘要：依照专减壁厚拔管拔制过程的变形特点,从分析金属受力情形动身,提出了拔制力运算公式及力学参数的研究方法;并在实测数据的基础上,通过数学处理建立了模型,以指导生产实践。关键词：专减壁厚拔管平面变形压缩屈服应力移动阻力拔制力STUDIESONDRAWINGFORCEOFDRAWNTUBEWITHSPECIALLYREDUCEDTHICKWALLLiuTiejun(HefeiIron&SteelCo.Ltd.)Abstract：Proceedingfromanalysisonthebearingofforcesbythemetalandthecharacteristicsofdeformationofthedrawntubewithwallofspeciallyreducedthicknessintheprocessofmetaldrawingtheformulacalculatingthedrawingforceandmethodsforstudyingthemechanicalparametersareputforwardandamathematicmodelisbuiltupontheactuallymeasureddatatoguidethepractice.Keywords：drawntubewithwallofspeciallyreducedthicknessplanedeformationcompressedyieldstressmovingresistancedrawingforce▲1前言所谓专减壁厚拔管,确实是管坯在不减径的条件下,实现直截了当减壁拔制。它克服了传统工艺中不减径无法进行拔管和在强迫减径条件下,由于金属产生的纵向绉折及在变形区发生横向弯曲变形而发生纵(横)向裂纹的可能性，为在有效地减小壁厚的基础上,同步获得拔管内孔尺寸的公差精度高等级及表面粗糙度值低的高周密冷拔钢管制造了有利条件。关于减少余外功、节约能源和原材料、提高缸筒制品的生产效率［1］,也颇具实际意义。本世纪80年代中期以来,专减壁厚拔管技术在我国得到了广泛应用。然而前人繁多的拔制力运算公式,差不多上在减径减壁的受力状态条件下推导的,而且体会半体会公式较多,不适用于运算专减壁厚拔管的拔制力。因此,有必要进行深入研究。本文旨在求得较准确地运算专减壁厚拔制时拔制力的运算公式,为专减壁厚拔管技术的进一步推广应用,奠定理论基础。2拔制变形力分析在专减壁厚拔管拔制过程中,如图1所示,拔模与芯棒和金属的接触表面分为塑性变形区(以下简称变形区)和弹性变形区(以下简称定径带)两个区域。拔管前,固定芯棒和拔模分别直截了当贴入预先加工成锥形的管坯头部,造成拉拔时管子的直径不变,只是壁厚改变。随着夹持装置拉拔钢管前进的位移增加,芯棒与拔模和金属的接触面积逐步增大,形成变形区。从a点开始拔制力也呈线性增加。由于没有周向应变,故可视为平面应变问题。其变形状态图见图2(a)所示。当拔管到达b点以后,纯径向压缩完成。从a到b的瞬时径向减壁量不再发生变化,因此在变形区内由减壁变形引起的拔制力也不再发生变化。但在变形区受到变形终止之后的金属,进入定径带内(图2b)其应力应变关系仍遵循虎克定律。因此,按照弹性卸载定律,这部分金属仍处于弹性变形状态,力在径向扩张;由于在b-c段受到拔模与芯棒之间的径向压力,因此在b点以后总的拔制力仍略有增加,至c点达到最大值。依照以上分析,拔制力应等于克服变形区内金属的拉拔应力和定径带内金属移动阻力之和。图1拔管变形区受力简图1.管坯2.拔模3.芯杆4.芯棒ab——变形区bc——定径带图2塑性变形区(a)与弹性变形区(b)的变形状态图3拔制力运算方法3.1变形区金属拉拔应力运算如上分析,专减壁厚拔管方式,其金属变形属较典型的平面应变问题。由图1所示模子与芯棒之间管坯基元体上所作用的应力重量,假定模壁上的压力等于芯棒上的压力,引用G.W.Rowe［2］推导的固定芯棒闭式锥孔拉模拉拔出口处的轴向应力公式,运算b点处模壁或芯棒上的压力。(1)式中B——拔制工艺参数,B=μ/tgα;其中μ为芯棒、拔模表面上的摩擦系数,取μ=0.05～0.1,α为拔模半角,依照大量的试验研究确定,最佳α可选6°～10°ε——拔管壁厚减壁率,ε=(ha-hb)/ha.100%δP——平面应变条件下的平均压缩屈服应力,依照减壁率ε的大小,由图3查得。3.2平均压缩屈服应力测定尽管压缩屈服应力与单向拉伸屈服应力之间有σP=1.155σs的关系。然而不同金属材料的σs各异,它受其不同钢号本身的化学成分、组织状态、变形速度和变形程度等多种因素阻碍,要定量地给定在一定应力状态和变形条件下的压缩屈服应力数值,目前只有采纳实际测定和数学解析的方法。本文采