3铜盘管拉伸的基本原理与受力分析
3.1 管材拉仲的基本概念
3.1.1 管材拉伸
管材在外加拉力的作用下,通过模孔产生横断面形状和尺寸变化的塑性加工过程称为拉伸。
3.1.2管材拉伸的基本方法
管材拉伸的基本方法有:
(1)空拉。拉伸时管内不放置芯头,管材通过模孔后外径减小,壁厚自由变化。管材的内表面变得粗糙,壁厚不精确。
(2)固定芯头拉伸。芯头由芯杆固定,管材通过模孔同时实现减壁和减径,管材的长度受到芯杆限制。
(3)长芯杆拉伸。芯杆与管材一同拉出模孔,实现减壁与减径。‘芯杆长度必须大于拉伸后管材的长度,可以实现较大的减壁,但由于拉伸时管材与芯杆之间无相对踅动,管材内表面的光洁度下降。
(4)游动芯头拉伸。由于游动芯头的特殊形状,能稳定地保持在拉模中,不需要芯杆固定。可以拉制极长的管材,实现圆盘拉伸。
(5)扩径拉伸。采用比管坯内径大的芯头,拉伸后管材的直径扩大。
现代管材拉伸生产中,综合利用以上方法可以取得良好的技术经济效果。由于铜具有高塑性,可以承受99%以上加工率的冷加工,不需中间退火,游动芯头拉伸盘管则是中、小规格铜管摄先进的生产方法,空拉和长芯杆拉伸作为辅助方法也常采用。
3.1.3 管材拉伸的变形指数
3.1.3.1 延伸系数
管材拉伸前、后断面积之比称为延伸系数。
式中——延伸系数;
——分别为拉伸前、后管材的断面积;
D、T——分别为拉伸前管材的外径和壁厚;
d、f——分别为拉伸后管材的外径和壁厚。
多道次拉伸时,总延伸系数等于各道次延伸系数的乘积。
式中 ——1~n道次总的延伸系数;
——各道次的延伸系数。
3.1.3.2 变形程度
拉伸前、后断面积之差与拉伸前断面积的百分数,称为变形程度。
3.1.3.3 变形程度和延伸系数之间的关系为:
3.1.4拉伸应力
拉伸力与拉伸后管材断面积之比称为拉伸应力。
式中——拉伸应力,MPa;
P——拉伸力,N;
F——拉伸后管材的断面积,mm2。
拉伸应力应当小于拉伸后管材的变形抗力,否则管材会被拉断。
拉伸后管材的屈服强度与拉伸应力之比称为安全系数。
安全系数越接近于l,说明材料的塑性利用得越充分。然而,由于管材自身的缺陷和工艺条件等多种原因,K值总是大于1。
3.1.5 塑性材料的屈服条件
3.1.5.1 Von Mises屈服条件
Von Mises屈服条件为:
式中 K——常数;
——分别为最大、中间及最小主应力。
单向拉伸材料开始屈服时,。
(3-7)变为其常见形式;
式中 ——单向拉伸时的屈服强度。
上述公式表明,在不同的应力状态下,材料开始屈服时的最大应力是不同的口单向拉伸时,拉应力等于材料的屈服强度时,材料屈服q而纯剪切时(),最大拉应力仅为0. 577
.时材料就已屈服。
在拉伸变形时,若旌加横向压应力,在最大拉应力相同的情况下,最大切应力将大于单向拉伸时。材料有更佳的机会产生塑性变形而不断裂。因此管材通过由拉模和芯头形成的环形空间变形,由于模具产生的横向压应力,材料能发挥出比单向拉伸时更大的塑性。,于是通过模具拉制管、棒、线材成为十分普遍的生产方法。
3.L 5.2Tresca标准
当最大切应力达到单向拉伸屈服的切应力时,材料屈服,即:
该公式比Von Misea公式简单,因此在工程计算和分析中经常引用,其缺点在于它未表达中闻主应力的影响。