丝材拉拔基础知识
（第3版）
徐效谦
2012年6月
丝材拉拔基础知识
目录
1. 丝材变形程度表示方法及计算?????????????????????????????1 1.1. 延伸系数 ?????????????????????????????????????1 1.2. 减面率 ??????????????????????????????????????1 1.3 .延伸系数自然对数 ?????????????????????????????????1 1.4. 伸长率 ??????????????????????????????????????2 1.5．延伸系数和减面率的计算??????????????????????????????3 2. 拉拔时丝材受力状况及变形条件????????????????????????????4 2.1．拉拔时丝材所受的外力???????????????????????????????4 2.2．实现拉拔变形的条件????????????????????????????????5 2.3．模具的压缩作用 ?????????????????????????????????6 3. 拉拔时丝材应力分布及塑性变形????????????????????????????6 3.1. 应力状态?????????????????????????????????????6 3.2. 塑性变形理论???????????????????????????????????7 3.3．拉拔时丝材应力分布 ???????????????????????????????8 3.4．拉拔时丝材塑性变形 ???????????????????????????????10 3.5. 反张力对塑性变形的影响??????????????????????????????12 3.6. 残余应力分布???????????????????????????????????14 3.7. 降低残余应力的一般方法??????????????????????????????16 4.拉拔力???????????????????????????????????????16 4.1．测定拉拔力的方法 ????????????????????????????????16 4.2．拉拔力计算公式 ?????????????????????????????????17 4.3．计算举例 ????????????????????????????????????19 5. 变形功和变形效率??????????????????????????????????21 5.1．拉拔所需的功???????????????????????????????????21 5.2．变形效率?????????????????????????????????????21 5.3．影响变形效率的主要因素??????????????????????????????22 6. 影响拉拔的工艺因数?????????????????????????????????22 6.1．模具???????????????????????????????????????22 6.2．摩擦力和摩擦状态?????????????????????????????????24 6.3. 润滑方式和润滑剂?????????????????????????????????25 6.4. 拉拔时的温升和冷却????????????????????????????????26 6.4.1 拉拔时的温升 ??????????????????????????????????26 6.4.2 拉拔时的冷却 ??????????????????????????????????27 6.5. 拉拔速度?????????????????????????????????????29 6.5.1. 拉拔速度与变形速度???????????????????????????????29 6.5.2. 拉拔速度对丝材强韧性的影响???????????????????????????30 6.5.3. 拉拔速度对拉拔力的影响?????????????????????????????32 6.5.4. 高速拉拔用拉丝机????????????????????????????????32
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6.6. 工艺流程和道次减面率的分配 ???????????????????????????33 6.6.1. 低碳和低合金结构钢丝??????????????????????????????33 6.6.2. 冷镦钢丝????????????????????????????????????33 6.6.3. 弹簧钢丝、制绳钢丝、帘线用钢丝、切割钢丝、胎圈钢丝、橡胶软管增强用钢丝等????34 6.6.4. 合金弹簧钢丝??????????????????????????????????36 6.6.5. 碳素工具钢丝、合金工具钢丝和轴承丝???????????????????????36 6.6.6. 奥氏体不锈钢丝及高温合金、精密合金丝??????????????????????36 6.6.7. 铁素体不锈钢丝、超低碳奥氏体不锈钢丝??????????????????????37 6.6.8. 马氏体钢丝???????????????????????????????????37 6.6.9. 莱氏体钢丝???????????????????????????????????38 7. 拉拔常见缺陷 ???????????????????????????????????38 7.1. 内裂???????????????????????????????????????38 7.2. 应力裂纹?????????????????????????????????????39 7.3. 扭曲???????????????????????????????????????39 7.4. 拉拔断裂?????????????????????????????????????40 8. 拉拔时钢丝性能变化的一般规律????????????????????????????41 8.1. 力学性能?????????????????????????????????????41 8.2. 工艺性能?????????????????????????????????????42 8.2.1. 成形性能????????????????????????????????????42 8.2.2. 疲劳极限????????????????????????????????????43 8.2.3. 焊接性?????????????????????????????????????43 8.3.4. 切削性能????????????????????????????????????44 8.3. 物理性能 ????????????????????????????????????44 9. 拉丝配模计算 ???????????????????????????????????44 9.1. 非滑动拉丝机配模计算???????????????????????????????44 9.1.1. 拉拔道次估算??????????????????????????????????44 9.1.2. 以减面率为依据的配模计算方法??????????????????????????45 9.2．滑动拉丝的原理及配模计算 ????????????????????????????47 9.2.1. 滑动拉丝的原理?????????????????????????????????47 9.2.2. 滑动式拉丝机配模计算??????????????????????????????48 9.2.3. 以延伸系数为依据的配模计算方法?????????????????????????50 参考文献 ??????????????????????????????????????50
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丝材拉拔基础知识
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东北特殊钢集团 徐效谦
摘 要： 论述拉拔基础知识的资料少而分散、表述的观点也不完全一致，作者收集了德、俄、加、日及国内多年来的相关资料，进行系统地分析和梳理，融合生产实践经验，重新编写了本文。文中的理论描述力求通俗、易懂，讲解基本知识和推荐计算公式注重简明、实用。本文可作为拉丝专业人员的参考资料和技工培训教材。 关键词： 拉拔、应力状态、残余应力、应变时效脆化、工艺流程。
拉拔是金属压力加工方法之一，拉拔加工特点是：在拉力作用下，使截面积较大的金属材料通过拉丝模孔，获得需要的截面形状和尺寸。和其它压力加工方法相比，拉拔具有成品尺寸精度高，设备简单，操作方便，适应性强，可以随时变换品种和规格等特点。
按成品截面形状不同，拉拔可分为拉丝、拉管和拉型材。就拉丝而言，金属丝材截面大多数是圆形，但也有非圆形的，如方形、矩形和六角形、椭圆形、工字形等。通常将所有非圆形截面的丝材称为异型丝，而将圆形截面的丝材称为圆丝，或统称丝材。
拉丝通常在室温下进行，即被拉的丝材在室温下通过模孔产生塑性变形，称为冷拉。严格地说，冷拉是在常温条件下的拉拔。冷拉时由于丝材在模孔中变形及与模具的摩擦作用，会产生大量的热量，这些热量一部分被模具吸收和散发，绝大部分热量使丝材升温，并随后在拉丝卷筒上散发。故拉出来的丝材具有光亮的表面和足够精度的截面尺寸。
拉拔难变形金属时，常因金属塑性较差而不能进行冷拔，往往需要对丝材进行预热。如预热后丝材温度在再结晶温度以上时，称为热拉。预热温度在再结晶温度以下，称为温拉。拉拔某些截面形状复杂的丝材，为减少真实变形抗力，往往采用温拉。 1. 丝材变形程度表示方法及计算
拉拔时丝材通过模孔变形的结果是截面积减少而长度增长。变形程度愈大，上述变化愈大。为衡量拉拔变形程度的大小，经常采用下列参数： 1.1．延伸系数
延伸系数（拉伸系数）代号为μ，表示拉拔后丝材长度与原长度之比，或表示为拉拔后截面积减小的倍数：
lKAodo2 ?? （1） ??loAKdK2 式中 lo——拉拔前长度 lK——拉拔后长度 Ao——拉拔前截面积 AK——拉拔后截面积 do——拉拔前直径 dK——拉拔后直径
由于拉拔过程中截面积总是减小的，所以丝材拉拔的延伸系数μ＞1 1.2．减面率
减面率（压缩率）代号为Q（q），表示丝材在拉拔后截面积减小的绝对量与拉拔前截面积之比。由于拉拔过程中丝材截面总是减小的，所以减面率的数值小于1（q＜1），通常用百分数表示。
Ao?AKdo2?dK2 q??100%??100% （2） 2Aodo减面率是制定拉拔工艺时经常用到的一个参数。他能准确地反应变形程度的大小，当减面率相同时，尽管粗丝和细丝直径变化绝对值相差很大，但变形程度是一样的。 1.3. 延伸系数自然对数
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延伸对数代号为ε，等于延伸系数的自然对数lnμ，引入延伸系数自然对数概念的作用是将乘方、开方运算简化为加减运算，便于配模计算，也为拉拔力和拉拔功的计算提供方便。
2Aolkdo??ln??ln?ln?ln2 （3）
Aklodkε总＝ε1＋ε2＋ε3＋……＋εk 1.4. 伸长率
在实际生产中，除用μ、q和ε表示变形程度外，有时还用伸长率来表示变形程度。伸长率代号为λ，表示拉拔过程中的绝对伸长与原来长度之比。当变形程度不大时，伸长率数值小于1，因此伸长率也常用百分比表示：
lK?loAo?AKdo2?dK2???100%??100%??100% （4） 2loAKdK上述四个变形程度参数之间有一定的关系（??
?q
），可以相互转换。这种关系是建立在被拉丝材
体积不变定律基础上的。例如延伸系数与其它变形参数的关系式如下：
2lKAod01 ????2??1???e? （5）
loAKdk1?q为便于计算，将各参数換算关系式列于表1。
表1 拉拔变形参数換算公式
用 下 列 各 项 表 示 关 系 式 变形参数 代号 直 径 do及dK 截面积 Ao及AK 长 度 lo及lK 延伸系数 μ 减面率 q 伸长率 λ 延伸系数自然对数 ε 延伸系数 μ do2 2dKdo2?dK2 do2do2?dK2 2dK2doln2 dkAo AKlK loμ 1 1?q q 1?? e? 1 e?减 面 率 q Ao?AK AoAo?AK AKlK?lo lKlK?lo lo1?1?? 1??λ 1?伸 长 率 λ μ-1 q 1?qe??1 延伸系数自然对数 ε lnAo Aklnlk loln? ln1 1?qln?1??? ε 表2列出延伸系数（μ）在1.10、1.11、1.12?1.70时，以及减面率（q）在10%、11.0%、12.0%?42%时与其他变形参数的换算关系。
表2 变形参数换算表
延伸系数 μ 1.10 1.11 减面率 q （%） 9.09 9.91 伸长率 λ （%） 10.0 11.0 延伸系数自然对数 ε 0.09531 0.10436 2
减面率 q （%） 10.0 11.0 延伸系数 μ 1.111 1.124 伸长率 λ （%） 11.1 12.4 延伸系数自然对数 ε 0.10536 0.11653