专减壁厚拔管拔制力的研究

所谓专减壁厚拔管，就是管坯在不减径的条件下，实现直接减壁拔制。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精密冷拔钢管创造了有利条件。对于减少多余功、节约能源和原材料、提高缸筒制品的生产效率，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。但是前人繁多的拔制力计算公式，都是在减径减壁的受力状态条件下推导的，而且经验半经验公式较多，不适用于计算专减壁厚拔管的拔制力。
1.拔制变形力分析
在专减壁厚拔管拔制过程中，拔模与芯棒和金属的接触表面分为塑性变形区和弹性变形区两个区域。拔管前，固定芯棒和拔模分别直接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。由于没有周向应变，故可视为平面应变问题。但在变形区受到变形结束之后的金属，进入定径带内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。根据以上分析，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。
2.定径带金属移动阻力计算
经过变形区变形之后的钢管，进入定径带内不再承受塑性变形。但这部分金属仍处于弹性变形状态下作整体移动，力图在径向涨大，因而受到定径带拔模与芯棒的径向压力。
3.理论计算与实测拔制力比较
用20号钢、27SiMn钢热轧管，拟定成两组，分别在1470kN和2450kN高刚度预应力液压冷拔机上进行正常拔管测压试验。其实测拔制力数据与公式计算出的拉拔应力、移动阻力及总拔制力数据比较。数据表明，公式计算出的拔制力与实测值比较，计算结果平均大于实测值1%左右，可见计算公式有足够的计算精度，其误差的主要原因与摩擦系数值选取、测压表读数误差有关；金属在变形区的拉拔应力与定径带中的移动阻力之比，约为9:1的关系，即钢管通过定径带所需的拉力约占整个拔制力的10%左右，其值的大小与定径带长度、拔管壁厚关系极大，而定径带长度的选取，则与钢管拔后的公差精度、直线度相关。
在通常情况下，影响拔制力大小的因子较多。其中如拔模角和变形率等工艺参数的设计选择，均与拔后钢管的尺寸精度、粗糙度值及综合力学性能关系密切。因此，在拔制能力富余时，并非主要考虑对象。