1、金屬學(xué)原理

冷拔鋼管工藝屬于冷加工范疇，因?yàn)榘沃茣r(shí)的溫度遠(yuǎn)低于金屬的再結(jié)晶溫度。

由Baily_Hirsch關(guān)系式可知，流變應(yīng)力

式中G———切變彈性模量，MPa；

b———位錯(cuò)強(qiáng)度，A；

ρ———平均位錯(cuò)密度；

a———常數(shù)，a≈0.5。

金屬的流變應(yīng)力即強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的平方根成正比，它反映了形變時(shí)加工硬化的實(shí)質(zhì)。加工硬化是指由塑性變形引起的強(qiáng)度升高，塑性降低的現(xiàn)象。冷拔加工鋼管正是發(fā)生了加工硬化。冷拔時(shí)金屬發(fā)生塑性變形，晶體內(nèi)部有多個(gè)滑移系啟動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)彼此攔截，許多位錯(cuò)被釘扎住，造成位錯(cuò)塞積，同時(shí)位錯(cuò)源停止動(dòng)作。上述一系列過(guò)程導(dǎo)致了位錯(cuò)的可動(dòng)性降低，晶體中的位錯(cuò)密度顯著增加。當(dāng)塑性變形進(jìn)一步發(fā)生，應(yīng)力增加并足以使釘扎的位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，螺位錯(cuò)交滑移，刃位錯(cuò)不能交滑移，這樣發(fā)生位錯(cuò)交截，使不動(dòng)階數(shù)增加。

所以，通過(guò)冷拔加工金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)可動(dòng)性降低，既難于產(chǎn)生位錯(cuò)又難于移動(dòng)位錯(cuò)，因而金屬材料硬度、強(qiáng)度提高。這就是冷拔加工的金屬學(xué)原理。

2、力學(xué)原理

冷拔時(shí)鋼管在力的作用下通過(guò)一定形狀、尺寸的模具，發(fā)生塑性變形。在生產(chǎn)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(nèi)壁拔管，冷拔時(shí)，鋼管在拉拔力、正壓力和摩擦力的作用下，發(fā)生相應(yīng)的變形，大都經(jīng)過(guò)縮徑、減壁和定徑3個(gè)階段，而且變形區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，其中軸向?yàn)槔瓚?yīng)力，徑向和周向?yàn)閴簯?yīng)力，拔管過(guò)程中金屬處于一向拉和兩向壓應(yīng)力狀態(tài)[2]，這是冷拔管變形過(guò)程的基本力學(xué)特征。拔制的最大主應(yīng)力是拉應(yīng)力，最小主應(yīng)力是壓應(yīng)力，兩者符號(hào)相反。根據(jù)塑性方程式σ1-σ3=βσ5。

式中σ1———最大主應(yīng)力，MPa；

σ3———最小主應(yīng)力，MPa；

β———中間主應(yīng)力σ2的影響系數(shù)，取β=1～1.5；

σ5———單向拉伸時(shí)的屈服極限，MPa。

可知變形過(guò)程中任一方向的主應(yīng)力，其絕對(duì)值都不會(huì)大于βσ5，所以冷拔的變形抗力較低，同時(shí)應(yīng)力狀態(tài)中存在拉應(yīng)力，變形時(shí)金屬塑性較差，對(duì)于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(zhì)、規(guī)格、質(zhì)量的選取合適與否直接影響著拔制進(jìn)行和成品質(zhì)量。

選材時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在選材時(shí)一般在強(qiáng)度保證的情況下，選取硬度低、塑性好的材料；（2）鋼管規(guī)格應(yīng)根據(jù)成品的規(guī)格選定，保證其延伸率在20%～ 40%；延伸率過(guò)小，成品表面的強(qiáng)度不能保證，過(guò)大，使拔制難以進(jìn)行；（3）材料表面不能有凹坑、裂紋、裂縫、折疊、結(jié)疤、橢圓等嚴(yán)重缺陷；（4）最好選取熱軋后放置0.5～2a的鋼管，時(shí)間過(guò)短，鋼管表面銹蝕淺薄，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼管表面銹蝕過(guò)深，這些都會(huì)導(dǎo)致鋼管表面前處理不充分，從而影響成品表面質(zhì)量。

2、前處理

未經(jīng)前處理的鋼管，冷拔時(shí)因鋼管表面與模具之間摩擦系數(shù)過(guò)大而使拔制不能進(jìn)行；只有經(jīng)過(guò)前處理工序，使鋼管先進(jìn)行除銹，并通過(guò)磷化、皂化等處理，使其內(nèi)、外表面形成一種致密的金屬皂膜，以減小鋼管與模具之間的摩擦，從而保證拔制的順利進(jìn)行。同時(shí)，通過(guò)前處理還可以減少模具的損耗率，提高成品率和工作效率，并且使加工后的成品表面光滑均勻，防銹效果好。

鋼管前處理應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）酸洗除銹要徹底，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)未除凈的銹，則需重新酸洗。（2）生產(chǎn)中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)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(chǎn)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)達(dá)不到指標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)配。（3）要嚴(yán)格控制處理液的溫度與操作時(shí)間。

3、模具的設(shè)計(jì)

冷拔管是在力作用下，通過(guò)一定形狀、尺寸的模具拔制而成的，模具尺寸精度、表面質(zhì)量直接影響成品的尺寸精度和質(zhì)量。模具設(shè)計(jì)要注意以下幾個(gè)方面：（1）內(nèi)、外模具定徑尺寸的確定應(yīng)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(jí)；（3）模具材料選用高強(qiáng)耐磨材料，常用的有GCr₁₂、GCr₁₅和Cr₁₂MoV等。

高精度冷拔管處于開(kāi)發(fā)階段，掌握其拔制原理和拔制中的關(guān)鍵因素，對(duì)研究、開(kāi)發(fā)不同材料和形狀的冷拔產(chǎn)品，提高冷拔管質(zhì)量，拓寬冷拔管市場(chǎng)，具有重要的意義和作用。

高精度冷拔鋼管技術(shù)在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于煤礦單體液壓支柱缸筒及工程機(jī)械油缸的制造中，由于油缸的機(jī)械加工不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且還浪費(fèi)材料和能源，因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究、應(yīng)用高精度冷拔鋼管技術(shù)，并使其產(chǎn)品在我國(guó)的煤礦和工程機(jī)械等行業(yè)推廣應(yīng)用。

拔模是對(duì)模具或鑄件的面做錐度調(diào)整。一個(gè)用于成型或鑄造的零件必須被正確設(shè)計(jì)和適當(dāng)拔模，以便取出模具。拔模角被應(yīng)用在一個(gè)擴(kuò)展分型線相反的方向，如圖1所示。