專減壁厚拔管拔制力的研究

所謂專減壁厚拔管，就是管坯在不減徑的條件下，實現直接減壁拔制。它克服了傳統工藝中不減徑無法進行拔管和在強迫減徑條件下，由于金屬產生的縱向縐折及在變形區發生橫向彎曲變形而發生縱(橫)向裂紋的可能性，為在有效地減小壁厚的基礎上，同步獲得拔管內孔尺寸的公差精度高等級及表面粗糙度值低的高精密冷拔鋼管創造了有利條件。對于減少多余功、節約能源和原材料、提高缸筒制品的生產效率，也頗具實際意義。
本世紀80年代中期以來，專減壁厚拔管技術在我國得到了廣泛應用。但是前人繁多的拔制力計算公式，都是在減徑減壁的受力狀態條件下推導的，而且經驗半經驗公式較多，不適用于計算專減壁厚拔管的拔制力。
1.拔制變形力分析
在專減壁厚拔管拔制過程中，拔模與芯棒和金屬的接觸表面分為塑性變形區和彈性變形區兩個區域。拔管前，固定芯棒和拔模分別直接貼入預先加工成錐形的管坯頭部，造成拉拔時管子的直徑不變，只是壁厚改變。隨著夾持裝置拉拔鋼管前進的位移增加，芯棒與拔模和金屬的接觸面積逐步增大，形成變形區。由于沒有周向應變，故可視為平面應變問題。但在變形區受到變形結束之后的金屬，進入定徑帶內其應力應變關系仍遵循虎克定律。因此，按照彈性卸載定律，這部分金屬仍處于彈性變形狀態，力在徑向擴張。根據以上分析，拔制力應等于克服變形區內金屬的拉拔應力和定徑帶內金屬移動阻力之和。
2.定徑帶金屬移動阻力計算
經過變形區變形之后的鋼管，進入定徑帶內不再承受塑性變形。但這部分金屬仍處于彈性變形狀態下作整體移動，力圖在徑向漲大，因而受到定徑帶拔模與芯棒的徑向壓力。
3.理論計算與實測拔制力比較
用20號鋼、27SiMn鋼熱軋管，擬定成兩組，分別在1470kN和2450kN高剛度預應力液壓冷拔機上進行正常拔管測壓試驗。其實測拔制力數據與公式計算出的拉拔應力、移動阻力及總拔制力數據比較。數據表明，公式計算出的拔制力與實測值比較，計算結果平均大于實測值1%左右，可見計算公式有足夠的計算精度，其誤差的主要原因與摩擦系數值選取、測壓表讀數誤差有關；金屬在變形區的拉拔應力與定徑帶中的移動阻力之比，約為9:1的關系，即鋼管通過定徑帶所需的拉力約占整個拔制力的10%左右，其值的大小與定徑帶長度、拔管壁厚關系極大，而定徑帶長度的選取，則與鋼管拔后的公差精度、直線度相關。
在通常情況下，影響拔制力大小的因子較多。其中如拔模角和變形率等工藝參數的設計選擇，均與拔后鋼管的尺寸精度、粗糙度值及綜合力學性能關系密切。因此，在拔制能力富余時，并非主要考慮對象。