拔管

高精度冷拔鋼管技術在國外已廣泛應用於煤礦單體液壓支柱缸筒及工程機械油缸的製造中，由於油缸的機械加工不僅費時、費力，而且還浪費材料和能源，因此，近年來國內開始研究、應用高精度冷拔鋼管技術，並使其產品在我國的煤礦和工程機械等行業推廣應用。

1、金屬學原理

冷拔鋼管工藝屬於冷加工範疇，因為拔制時的溫度遠低於金屬的再結晶溫度。

由Baily_Hirsch關係式可知，流變應力=0+aGbρ

式中G———切變彈性模量，MPa；

b———位錯強度，A；

0———無加工硬化時的流變應力，MPa；

ρ———平均位錯密度；

a———常數，a≈0.5。

金屬的流變應力即強度與位錯密度的平方根成正比，它反映了形變時加工硬化的實質。加工硬化是指由塑性變形引起的強度升高，塑性降低的現象。冷拔加工鋼管正是發生了加工硬化。冷拔時金屬發生塑性變形，晶體內部有多個滑移系啟動，位錯運動彼此攔截，許多位錯被釘扎住，造成位錯塞積，同時位錯源停止動作。上述一系列過程導致了位錯的可動性降低，晶體中的位錯密度顯著增加。當塑性變形進一步發生，應力增加並足以使釘扎的位錯開始運動，螺位錯交滑移，刃位錯不能交滑移，這樣發生位錯交截，使不動階數增加。

所以，通過冷拔加工金屬內部位錯密度增加，位錯可動性降低，既難於產生位錯又難於移動位錯，因而金屬材料硬度、強度提高。這就是冷拔加工的金屬學原理。

2、力學原理

冷拔時鋼管在力的作用下通過一定形狀、尺寸的模具，發生塑性變形。目前，在生產中的拔制方法大致可分成3種：縮徑拔管、減外壁拔管和減內壁拔管，冷拔時，鋼管在拉拔力、正壓力和摩擦力的作用下，發生相應的變形，大都經過縮徑、減壁和定徑3個階段，而且變形區內部產生相應的應力，其中軸向為拉應力，徑向和周向為壓應力，拔管過程中金屬處於一向拉和兩向壓應力狀態[2]，這是冷拔管變形過程的基本力學特徵。拔制的最大主應力是拉應力，最小主應力是壓應力，兩者符號相反。根據塑性方程式σ1-σ3=βσ5。

式中σ1———最大主應力，MPa；

σ3———最小主應力，MPa；

β———中間主應力σ2的影響係數，取β=1～1.5；

σ5———單向拉伸時的屈服極限，MPa。

可知變形過程中任一方向的主應力，其絕對值都不會大於βσ5，所以冷拔的變形抗力較低，同時應力狀態中存在拉應力，變形時金屬塑性較差，對於低塑性的或因加工硬化而降低塑性的，拔制比較困難。

1、選材

冷拔缸筒是以熱軋管為材料拔制而成的，熱軋管的材質、規格、質量的選取合適與否直接影響著拔制進行和成品質量。

選材時應注意以下幾點：（1）在選材時一般在強度保證的情況下，選取硬度低、塑性好的材料；（2）鋼管規格應根據成品的規格選定，保證其延伸率在20%～40%；延伸率過小，成品表面的強度不能保證，過大，使拔制難以進行；（3）材料表面不能有凹坑、裂紋、裂縫、摺疊、結疤、橢圓等嚴重缺陷；（4）最好選取熱軋後放置0.5～2a的鋼管，時間過短，鋼管表面鏽蝕淺薄，時間過長，鋼管表面鏽蝕過深，這些都會導致鋼管表面前處理不充分，從而影響成品表面質量。

2、前處理

未經前處理的鋼管，冷拔時因鋼管表面與模具之間摩擦係數過大而使拔制不能進行；只有經過前處理工序，使鋼管先進行除銹，並通過磷化、皂化等處理，使其內、外表面形成一種緻密的金屬皂膜，以減小鋼管與模具之間的摩擦，從而保證拔制的順利進行。同時，通過前處理還可以減少模具的損耗率，提高成品率和工作效率，並且使加工后的成品表面光滑均勻，防鏽效果好。

鋼管前處理應注意以下幾點：（1）酸洗除銹要徹底，一經發現未除凈的銹，則需重新酸洗。（2）生產中，應經常測試磷化液和皂化液的成分濃度，保證磷化液和皂化液的生產指標，發現達不到指標時，應及時進行調配。（3）要嚴格控制處理液的溫度與操作時間。

3、模具的設計

冷拔管是在力作用下，通過一定形狀、尺寸的模具拔制而成的，模具尺寸精度、表面質量直接影響成品的尺寸精度和質量。模具設計要注意以下幾個方面：（1）內、外模具定徑尺寸的確定應考慮冷拔后成品的回彈量，一般硬度低、變形量小的材料，其回彈量小，硬度高、變形量大的材料，其回彈量大；（2）模具的表面要有較低的粗糙度要求，一般取值比成品低一到兩級；（3）模具材料選用高強耐磨材料，目前常用的有GCr12、GCr15和Cr12MoV等。

目前，高精度冷拔管處於開發階段，掌握其拔制原理和拔制中的關鍵因素，對研究、開發不同材料和形狀的冷拔產品，提高冷拔管質量，拓寬冷拔管市場，具有重要的意義和作用。