使制品通過拉拔模的應(yīng)力稱為拉拔力P,作用在拉拔出口制品上的單位拉拔力稱為拉拔應(yīng)力σ.
1 影響拉拔力的各種因素
影響拉拔力的主要因素有:
(1)被拉拔金屬的力學(xué)性能。被拉拔金屬的屈服強(qiáng)度與拉拔力之間成直線關(guān)系,即隨著被拉拔金屬的強(qiáng)度增加,拉拔力增大。
(2)變形程度。變形量增加,不但使變形能增加,而且摩擦力也增加,因此拉拔力隨變形程度的增加而增加。
(3)模子形狀。模子錐度和定徑帶的長度與拉拔力有直接關(guān)系。模角的增加減少了變形區(qū)長度,降低了垂直壓力和所引起的摩擦力,但模角的增加也增加了水平方向的拉力。當(dāng)模角較小時(shí),前一種因素占優(yōu)勢,因而隨模角的增大拉拔力下降;而當(dāng)模角很大時(shí),后一因素占優(yōu)勢,所以拉拔力隨模角的增大而增大。因此,存在一個(gè)最佳模角,最佳模角拉伸時(shí)拉拔力最小。定徑帶長度也影響金屬通過時(shí)的摩擦力,定徑帶增大,拉拔力也隨之增大。實(shí)驗(yàn)表明,拉拔力的大小與模具的弧線有一定的關(guān)系,但影響不大。由于錐形模孔形狀的制造和檢查都比較容易,在生產(chǎn)中常用錐形模。
(4)潤滑與摩擦。潤滑條件與潤滑劑的優(yōu)劣直接影響拉拔力的大小。工具材質(zhì)及表面粗糙度不同也會(huì)造成摩擦系數(shù)的變化,從而引起拉拔力的變化。
(5)拉拔速度。實(shí)際上拉拔速度對(duì)拉拔力沒有很大影響。只是在開動(dòng)設(shè)備的瞬間,由于加速度較大從而使拉拔力增大。當(dāng)速度平穩(wěn)后,拉拔力不隨速度的變化而變化。
2 線材拉拔力的計(jì)算
拉拔力的計(jì)算為線材生產(chǎn)中合理工藝配模的制定、拉拔設(shè)備和電機(jī)的正確選擇提供可靠的依據(jù)。常用的拉拔力P,計(jì)算公式如下。
(1)洛夫公式:
本公式比較簡單,適用于單次拉拔計(jì)算。
(2)古布金公式:
塔爾那夫斯基公式:
式中
σf平均變形抗力,一般用變形前與變形后平均抗拉強(qiáng)度代替,MPa;
SK-線材出口斷面積,m㎡;
入-延伸系數(shù);
Pz拉拔力,kN;
f-摩擦系數(shù);
α-拉拔模錐半角;
dk一定徑帶直徑,mm;
lk一定徑帶長度,mm;
σ反-反拉拔應(yīng)力。
3 管材拉拔力計(jì)算
拉拔力的計(jì)算就是計(jì)算拉拔應(yīng)力,以下介紹各種拉拔應(yīng)力的計(jì)算公式,其中各公式通用符號(hào)為:
Do,do--變形前管材的外徑、內(nèi)徑;
D1,d1-拉拔后管材的外徑、內(nèi)徑;
δ0,δ1-管毛料和成品管的壁厚;
Dop,D1p-管毛料和成品管的中性直徑,Dop=do+80,D1p=d1+δ1;
Dp1-在變形區(qū)中管材中性直徑,Dp1=d1+δ0;
Fo,F1-一管毛料和成品管的斷面積,在變形中管材的橫斷面積F1=(d1+δ0)δ0π;
δ彈-作用在彈性和塑性變形區(qū)邊界上的應(yīng)力(如有反拉力就等于反拉力),等于管毛料的彈性極限;
σso-管毛料屈服強(qiáng)度;
σ空拉一空拉段結(jié)束后金屬的屈服強(qiáng)度;
σ成一變形完了時(shí)金屬的屈服強(qiáng)度;
σ’-在空拉段金屬的平均屈服強(qiáng)度,σ’拉=(σo+σ空)/2;
σ”一從空拉段到成品的變形金屬的平均屈服強(qiáng)度,σ”拉=(σ空+σ成)/2;
σp-整個(gè)變形過程中金屬的平均屈服強(qiáng)度,σp=(σso+σ成)/2;
l1拉拔模工作帶寬,一般取l1≈1.5δ1
α-拉拔模半錐角;
σb-拉拔前后金屬的抗拉強(qiáng)度平均值,
f-摩擦系數(shù);
A 無芯頭拉拔時(shí)的應(yīng)力計(jì)算
這里推薦三個(gè)公式,第一個(gè)公式為常用的理論計(jì)算式;第二個(gè)公式考慮的因素比較全面,計(jì)算結(jié)果也比較準(zhǔn)確,但計(jì)算繁雜,可用于新設(shè)計(jì)時(shí);第三個(gè)公式是經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算簡單,它沒有考慮模工作帶的影響,但對(duì)于工具形狀已定形的正常生產(chǎn)也是適用的。
(1)計(jì)算公式一:
(2)計(jì)算公式二:
式中
α’一換算角:
計(jì)算公式三:
B 短芯頭拉拔時(shí)的應(yīng)力計(jì)算
計(jì)算短芯頭拉拔應(yīng)力的公式很多,這里推薦兩個(gè)公式。
(1)計(jì)算公式一:
(5-20)
式中
α’-換算角,由式5-18確定;
α空拉-用式5-19計(jì)算出在空拉段末橫斷面上的軸向拉應(yīng)力。
(2)計(jì)算公式二:
C 長芯頭拉拔時(shí)的應(yīng)力計(jì)算
這里僅推薦一種長芯頭拉拔應(yīng)力計(jì)算公式:
4 拉拔力的測定
在制定新的拉拔工藝時(shí),除了進(jìn)行拉拔力的理論計(jì)算之外,還可實(shí)測拉拔力。
拉拔力實(shí)測可直接進(jìn)行,也可以通過能耗或傳動(dòng)功率來求得。前者為直接測定法,后者為間接測定法。
(1)直接測定法是在拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)上裝有專用測力機(jī)構(gòu)進(jìn)行測定,或用彈簧測力計(jì)測量,也有用液壓計(jì)進(jìn)行測量的。雖然這些方法測量準(zhǔn)確、簡便,但在工作現(xiàn)場的設(shè)備上卻不便于測量,因此很少應(yīng)用。
(2)間接測量法也稱電測法。就是在現(xiàn)有設(shè)備上,通過電氣參數(shù)的測量再進(jìn)行計(jì)算。其原理是測量設(shè)備拉拔時(shí)的功率與空轉(zhuǎn)時(shí)的功率的變化,按下式求出拉拔力:
P=1000(W負(fù)-W空)?/v (5-24)
式中
Pz-拉拔力,N;
W負(fù)-拉拔機(jī)負(fù)載時(shí)的功率,kW;
W空-拉拔機(jī)空載時(shí)的功率,kW;
v-拉拔機(jī)線速度,m/s;
?一設(shè)備有效系數(shù),取0.9.
利用現(xiàn)場的三相功率表可直接測量出拉拔時(shí)的功率和空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率,按照式5-24求出拉伸力。這種方法簡便、準(zhǔn)確,因此常用此法測量。
在3t拉拔機(jī)上,空拉純鈦管時(shí),采用α=10°的硬質(zhì)合金模拉拔實(shí)測拉伸力,并按式5-15計(jì)算出理論值,計(jì)算值和實(shí)測值結(jié)果見表5-2.從表5-2中可見,當(dāng)加工率ε>15%時(shí),兩值很接近,這說明計(jì)算式和實(shí)際相符,使用時(shí)出入很小。所以在實(shí)踐中,可以用理論式來校驗(yàn)拉伸力,也可以用實(shí)測法來實(shí)測。