CN110457824B - 一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，涉及铜管管材拉拔成形技术领域。该方法首先确定管坯拉伸次数及拉伸道次的平均硬化值，并计算各道次管坯抗拉强度的乘积、各拉伸道次管坯延伸系数及各拉伸道次管坯壁厚；然后计算管坯的径差和、管坯外径公差及各拉伸道次管坯径差；最后计算各拉伸道次管坯外径。本发明方法在铜管材多道次拉拔成形过程中，考虑到金属在加工过程中的拉拔硬化与温度升高引起的软化现象，将抗拉强度参与在其中来完成变形量的设计，符合金属拉拔成形变形规律。

Description

一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法

技术领域

本发明涉及铜管管材拉拔成形技术领域，尤其涉及一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法。

背景技术

传统铜管材的多道次拉拔成形过程中，管坯尺寸的变化主要是根据双递减法、ZBL法与K系数法进行计算。这些方法仅仅是从几何关系进行设计，没有考虑金属管坯拉拔过程中产生的加工硬化现象，也没有考虑摩擦热与变形热导致的管坯软化现象，同时对设计人员的经验要求强，径差分配容易出现不合理现象，需要反复多次调试，适用范围存在很大局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，根据管坯拉拔过程抗拉强度的变化计算管坯尺寸的变化情况。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，包括以下步骤：

步骤1：计算管坯拉伸次数，如下公式所示：

其中，n为从管坯到成品管的拉伸次数，

为设定平均道次延伸系数，其取值范围为1.45-1.75，λ_∑为总延伸系数，对于铜管材：

其中，D₀、S₀分别为管坯外径及壁厚，Dn、Sn分别为成品管外径及壁厚；

步骤2：计算拉伸道次的平均硬化值Δσ_b，如下公式所示：

Δσ_b＝(σ_bn-(σ_bn-σ_br)/n-σ_b1)/(n-1)

其中，σ_b1为第一道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_br为拉拔过程管坯最高温度在100℃-200℃时的材料抗拉强度，σ_bn为第n道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_b1、σ_br、σ_bn通过拉伸实验测得；

步骤3：计算各道次管坯抗拉强度的乘积k，如下公式所示：

其中，i为拉拔道次；

步骤4：计算各拉伸道次管坯延伸系数λ_i，如下公式所示：

λ_i＝λ_i-1*σ_b1/(σ_b1+i*Δσ_b) (2≤i≤n)

步骤5：计算各拉伸道次管坯壁厚S_i，如下公式所示：

S_i＝S_i-1-(S₀-S_n)*λ_i/λ_∑  (1≤i≤n)

步骤6：计算管坯的径差和C_z，如下公式所示：

步骤7：计算管坯外径公差P，如下公式所示：

P＝2*(n*1.5*C_z/n-C_z)/(n*(n-1))

步骤8：计算各拉伸道次管坯径差C_i，如下公式所示：

C₁＝1.5*C_z/n

C_i＝C_i-1-P  (2≤i≤n)

步骤9：计算各拉伸道次管坯外径d_i，如下公式所示：

d_i＝d_i-1-2*S_i-1-C_i (1≤i≤n)。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，在铜管材多道次拉拔成形过程中，考虑到金属在加工过程中的拉拔硬化与温度升高引起的软化现象，将抗拉强度参与在其中来完成变形量的设计，符合金属拉拔成形变形规律；本发明设计方法效率高、计算结果可靠，与实际工艺更加吻合。

附图说明

图1为本发明实施例提供的金属管坯示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法的流程图。

图中：1、管坯壁厚；2、管坯外径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以如图1所示的紫铜管金属管坯为例，使用本发明的一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法计算该管坯在多道次拉拔过程中的管坯尺寸。

本实施例中，紫铜管拉拔初始管坯为Φ30×1.4，成品管材为Φ9.52×0.75，第一道次拉拔后管子材料抗拉强度445MPa，拉拔过程管坯最高温度在100℃-200℃时的材料抗拉强度492MPa，最后一道次拉拔后管子材料抗拉强度548MPa。

一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：计算管坯拉伸次数，如下公式所示：

其中，n为从管坯到成品管的拉伸次数，

为设定平均道次延伸系数，其取值范围为1.45-1.75，λ_∑为总延伸系数，对于铜管材：

其中，D₀、S₀分别为管坯外径及壁厚，Dn、Sn分别为成品管外径及壁厚；

本实施例中，设定平均道次延伸系数

取1.45.计算得到管坯拉伸次数n为：

步骤2：计算拉伸道次的平均硬化值Δσ_b，如下公式所示：

Δσ_b＝(σ_bn-(σ_bn-σ_br)/n-σ_b1)/(n-1)

其中，σ_b1为第一道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_br为拉拔过程管坯最高温度在100℃-200℃时的材料抗拉强度，σ_bn为第n道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_b1、σ_br、σ_bn通过拉伸实验测得；

本实施例中，σ_b1＝445Mpa，σ_br＝492Mpa，σ_bn＝548Mpa，计算的拉伸道次的平均硬化值Δσ_b为：

Δσ_b＝(548-(548-492)/5-445)/(5-1)＝22.95Mpa步骤3：计算各道次管坯抗拉强度的乘积k，如下公式所示：

其中，i为拉拔道次；

本实施例中，计算得到的各道次管坯抗拉强度乘积K为：

步骤4：计算各拉伸道次管坯延伸系数λ_i，如下公式所示：

λ_i＝λ_i-1*σ_b1/(σ_b1+i*Δσ_b) (2≤i≤n)

本实施例中，计算得到的各拉伸道次管坯延伸系数λ_i为：

λ₂＝1.72149*445/(445+2*22.95)＝1.55887

λ₃＝1.55887*445/(445+3*22.95)＝1.28978

λ₄＝1.28978*445/(445+4*22.95)＝0.98235

λ₅＝0.98235*445/(445+5*22.95)＝0.69313

步骤5：计算各拉伸道次管坯壁厚S_i，如下公式所示：

S_i＝S_i-1-(S₀-S_n)*λ_i/λ_∑ (1≤i≤n)

其中，S₁表示第一拉拔道次的管坯壁厚；

本实施例中，计算得到的各拉伸道次管坯壁厚S_i为：

S₁＝1.4-(1.4-0.75)*1.72149/4.438＝1.22mm

S₂＝1.22-(1.4-0.75)*1.55887/4.438＝1.06mm

S₃＝1.06-(1.4-0.75)*1.28978/4.438＝0.92mm

S₄＝0.92-(1.4-0.75)*0.98235/4.438＝0.82mm

S₅＝0.82-(1.4-0.75)*0.69313/4.438＝0.75mm

步骤6：计算管坯的径差和C_z，如下公式所示：

本实施例中，计算得到的管坯的径差和C_z为：

步骤7：计算管坯外径公差P，如下公式所示：

P＝2*(n*1.5*C_z/n-C_z)/(n*(n-1))

本实施例中，计算得到的管坯外径公差P为：

P＝2*(5*1.5*9.628/5-9.628)/(5*(5-1))＝0.4814mm

步骤8：计算各拉伸道次管坯径差C_i，如下公式所示：

C₁＝1.5*C_z/n

C_i＝C_i-1-P (2≤i≤n)

本实施例中，计算得到的各拉伸道次管坯径差C_i为：

C₁＝1.5*9.628/5＝2.8884mm

C₂＝2.8884-0.4814＝2.407mm

C₃＝2.407-0.4814＝1.9256mm

C₄＝1.9256-0.4814＝1.4442mm

C₅＝1.4442-0.4814＝0.9628mm

步骤9：计算各拉伸道次管坯外径d_i，如下公式所示：

d_i＝d_i-1-2*S_i-1-C_i (1≤i≤n)。

本实施例中，计算得到的各拉伸道次管坯外径d_i为：

d₁＝30-2*1.4-2.8884＝24.31mm

d₂＝24.31-2*1.22-2.407＝19.46mm

d₃＝19.46-2*1.06-1.9256＝15.42mm

d₄＝15.42-2*0.92-1.4442＝12.13mm

d₅＝12.13-2*0.82-0.9628＝9.52mm

本实施例中，通过以上计算，得到该紫铜管的如表1所示的各拉拔道次管坯尺寸艺表：

表1各拉拔道次管坯尺寸工艺参数表

(直径、壁厚单位为mm)

道次	管坯直径*壁厚
		0	Φ30*1.4
1	Φ24.31*1.22
		2	Φ19.46*1.06
3	Φ15.42*0.92
		4	Φ12.13*0.82
5	Φ9.52*0.75

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算管坯拉伸次数，如下公式所示：

其中，n为从管坯到成品管的拉伸次数，

为设定平均道次延伸系数，λ_∑为总延伸系数，对于铜管材：

其中，D₀、S₀分别为管坯外径及壁厚，Dn、Sn分别为成品管外径及壁厚；

步骤2：计算拉伸道次的平均硬化值Δσ_b，如下公式所示：

Δσ_b＝(σ_bn-(σ_bn-σ_br)/n-σ_b1)/(n-1)

其中，σ_b1为第一道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_br为拉拔过程管坯最高温度在取值范围时的材料抗拉强度，σ_bn为第n道拉拔后管坯材料的抗拉强度，σ_b1、σ_br、σ_bn通过拉伸实验测得；

步骤3：计算各道次管坯抗拉强度的乘积k，如下公式所示：

其中，i为拉拔道次；

步骤4：计算各拉伸道次管坯延伸系数λ_i，如下公式所示：

λ_i＝λ_i-1*σ_b1/(σ_b1+i*Δσ_b)    (2≤i≤n)

步骤5：计算各拉伸道次管坯壁厚S_i，如下公式所示：

S_i＝S_i-1-(S₀-S_n)*λ_i/λ_∑       (1≤i≤n)

步骤6：计算管坯的径差和C_z，如下公式所示：

步骤7：计算管坯外径公差P，如下公式所示：

P＝2*(n*1.5*C_z/n-C_z)/(n*(n-1))

步骤8：计算各拉伸道次管坯径差C_i，如下公式所示：

C₁＝1.5*C_z/n

C_i＝C_i-1-P        (2≤i≤n)

步骤9：计算各拉伸道次管坯外径d_i，如下公式所示：

d_i＝d_i-1-2*S_i-1-C_i          (1≤i≤n)。

2.根据权利要求1所述的一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，其特征在于：步骤1所述平均道次延伸系数

的取值范围为1.45-1.75。

3.根据权利要求1所述的一种基于抗拉强度的多道次拉拔铜管管坯尺寸计算方法，其特征在于：步骤2所述拉拔过程管坯最高温度取值范围为100℃-200℃。

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