钢丝拉拔杯锥状裂纹扩展条件的判别.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.02.014 第16卷第2期北京科技大学学报 Vol.16 No.2 1994年4月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Ar.1994 钢丝拉拔杯锥状裂纹扩展条件的判别余万华韩观昌袁康北京科技大学压力加工系，北京100083 摘要本文计算了防止杯锥状裂纹产生的安全区图，并提出了防止锥状裂纹产生的途径和方法，关键词拉拔，钢丝，杯锥状裂纹中图分类号TG351 Criterion for Central Bursting in Wire During Drawing Yu Wanhua Huan Guanchang Yuan Kang Department of Metal Forming,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Central bursting,one of defects can occur in steel wire during drawing.This arti- cle analyses the cause of central bursting,and provides method for preventing occurrence of central bursting.Criterion for central bursting can guide practical production. KEY WORDS wire,drawing,central bursting 钢丝实际生产过程中，其中心有时会产生一种杯锥状裂纹，裂纹的一端呈杯状，另一端呈锥状.这种缺陷一且产生，必然使钢丝的承载能力降低，造成拉拔断丝，形成杯锥状断口，更多情况下，这种杯锥状裂纹缺陷存在于钢丝心部，造成钢丝使用过程中或以后的加工工序如捻制时断丝，因此，防止拉拔过程中钢丝内杯锥状裂纹形成具有现实意义· 1杯锥状裂纹的形成机理已有的研究成果表明2)：拉拔过程中，由于金属内部的变形不渗透，表层金属的变形比心部大，使得钢丝在轴线方向，表层金属产生压应力，心部产生拉应力，逐步在中心线上形成速度不连续点.同时，由于拉拔时金属秒流量相等，出口速度V,应大于进线速度V。, 从而引起内部金属的相互牵制，并在中心轴上产生很大的拉应力，最后以裂纹的产生来满足速度、应力的变化· 由于表层金属既沿轴向运动，又向心部运动，以及模子的摩擦阻力，使表层金属沿轴向流动始终滞后于心部金属，致使中心裂纹形成杯锥状，如图1所示· 一旦杯锥状裂纹形成后，心部金属的拉应力和表层金属的压应力均得到松驰，变形区内 1993-01-12收稿第一作者男27岁硕士

第卷第期，年月北京科技大学学报。声钢丝拉拔杯锥状裂纹扩展条件的判别余万华韩观昌袁康北京科技大学压力加工系，北京呢摘要本文计算了防止杯锥状裂纹产生的安全区图，并提出了防止锥状裂纹产生的途径和方法关键词拉拔，钢丝，杯锥状裂纹中图分类号彻众】刀，，吻侧粥，月哈 “ 泊明血】万巧忿，兔允以枉℃ 月七七溉姗，坦 ℃ 伽月，俪，明钢丝实际生产过程中，其中心有时会产生一种杯锥状裂纹，裂纹的一端呈杯状，另一端呈锥状这种缺陷一旦产生，必然使钢丝的承载能力降低，造成拉拔断丝，形成杯锥状断口更多情况下，这种杯锥状裂纹缺陷存在于钢丝心部，造成钢丝使用过程中或以后的加工工序如捻制时断丝因此，防止拉拔过程中钢丝内杯锥状裂纹形成具有现实意义杯锥状裂纹的形成机理已有的研究成果表明 ’ ，， ’ 拉拔过程中，由于金属内部的变形不渗透，表层金属的变形比心部大，使得钢丝在轴线方向，表层金属产生压应力，心部产生拉应力，逐步在中心线上形成速度不连续点同时，由于拉拔时金属秒流量相等，出口速度应大于进线速度，从而引起内部金属的相互牵制，并在中心轴上产生很大的拉应力，最后以裂纹的产生来满足速度、应力的变化由于表层金属既沿轴向运动，又向心部运动，以及模子的摩擦阻力，使表层金属沿轴向流动始终滞后于心部金属，致使中心裂纹形成杯锥状，如图所示一旦杯锥状裂纹形成后，心部金属的拉应力和表层金属的压应力均得到松驰，变形区内卯一一收稿第一作者男岁硕士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．02．014

第卷第期，年月北京科技大学学报。声钢丝拉拔杯锥状裂纹扩展条件的判别余万华韩观昌袁康北京科技大学压力加工系，北京呢摘要本文计算了防止杯锥状裂纹产生的安全区图，并提出了防止锥状裂纹产生的途径和方法关键词拉拔，钢丝，杯锥状裂纹中图分类号彻众】刀，，吻侧粥，月哈 “ 泊明血】万巧忿，兔允以枉℃ 月七七溉姗，坦 ℃ 伽月，俪，明钢丝实际生产过程中，其中心有时会产生一种杯锥状裂纹，裂纹的一端呈杯状，另一端呈锥状这种缺陷一旦产生，必然使钢丝的承载能力降低，造成拉拔断丝，形成杯锥状断口更多情况下，这种杯锥状裂纹缺陷存在于钢丝心部，造成钢丝使用过程中或以后的加工工序如捻制时断丝因此，防止拉拔过程中钢丝内杯锥状裂纹形成具有现实意义杯锥状裂纹的形成机理已有的研究成果表明 ’ ，， ’ 拉拔过程中，由于金属内部的变形不渗透，表层金属的变形比心部大，使得钢丝在轴线方向，表层金属产生压应力，心部产生拉应力，逐步在中心线上形成速度不连续点同时，由于拉拔时金属秒流量相等，出口速度应大于进线速度，从而引起内部金属的相互牵制，并在中心轴上产生很大的拉应力，最后以裂纹的产生来满足速度、应力的变化由于表层金属既沿轴向运动，又向心部运动，以及模子的摩擦阻力，使表层金属沿轴向流动始终滞后于心部金属，致使中心裂纹形成杯锥状，如图所示一旦杯锥状裂纹形成后，心部金属的拉应力和表层金属的压应力均得到松驰，变形区内卯一一收稿第一作者男岁硕士

北京科技大学学报第卷拉拔安全区图及应用由于式计算结果冗长、复杂，不便于分析及应用，需要将式编程，计算机求解、计算计算过程作如下说明程序采用泊编程摩擦系数的确定采用种方式采用直接给定的方式，摩擦系数的取值范围一采用文献【中给出关于计算拉拔过程的摩擦系数公式导出由现场实验、计算，得到在某厂水箱拉丝的具体情况下，，硬化系数口采用直接给定的方式计算安全区，采取在模角、压缩率取值范围内，反复循环计算，找出最逼近的模角、压缩率计算结果表明对应于一个确定的摩擦系数、硬化系数刀组合，就存在一条曲线该曲线的左边为安全区，如果模角和压缩率的组合落人该区域，则拉拔过程中钢丝内部不会形成杯锥状裂纹右边为杯锥状裂纹形成区，如果模角和压缩率的组合落人该区域，则拉拔过程中钢丝内部可能形成杯锥状裂纹硬化系数不同时的安全区图刀时的安全区图钢丝在拉拔的最后道次，加工硬化程度已很严重，这时钢丝的硬化系数趋近于零从图可知，当硬化系数刀二时，钢丝内部形成锥状裂纹的可能性较大如刀的钢丝通过假设摩擦系数的模子时，当压缩率为，半模角为 ” 时会产生微裂纹如把压缩率提高到，半模角仍为。，则不会产生微裂纹若保持压缩率不变，半模角需减小到 “ ，也可保证不产生微裂纹刀时安全区图卜裂纹歹移成区哥织田罗芦，。。振成区】」哥雾媲田 “ 图吞二时安全区图乓均比山扣伽。习七目施浏吨，刀图刀仪巧时安全区图瑰祝污刃阮伙川功】恤喇吨，刀川巧

第2期余万华等：钢丝拔杯锥状裂纹扩展条件的判别 ,165. 从图4可以看出，当半模角小于或等于10°，可以保证在任何压缩率情况下，钢丝内部都不会形成杯锥状裂纹；当半模角大于10°，则钢丝内部存在形成杯锥状裂纹的可能，由此可以看出，模角对杯锥状裂纹形成影响较大. 3.2m=0.09时安全区图 0 测量、计算得到某厂水箱拉拔条件下，钢丝 50 与模子之间的摩擦系数m=0.09,因此，分析这类安全区图，具有现实意义· 40 从图5可得以下结论： (1)在压缩率为20%、30%、40%下，实测 00 测的最佳模角为7°8°、9°.在这种情况下即使拉 20 拔硬化系数B=0的钢丝，也可保证不产生内裂纹. 10 从而证明，采用最佳模角的模子拉拔钢丝，其内部不会形成裂纹， 0 10 2030 4050 a/() (2)随着硬化系数减小，钢丝内实际形成杯锥状裂纹的可能性加大，即拉拔的最后道次易形图5m=0.09时安全区图成杯锥状裂纹， Fig.5 Criterion for central bursting,m=0.09 3.3钢丝中夹杂对杯锥状裂纹形成的影响由于冶炼技术的限制，钢丝内不可避免地存在夹杂，夹杂与金属基体之间的结合力较弱，进人变形区后，在变形参数不合理而产生的中心拉应力和由于夹杂存在而产生的应力集中的联合作用下，金属与夹杂之间很快产生间隙，促进中心裂纹的形成和发展，钢丝内部形成杯锥状裂纹大致要经历两个阶段：)钢丝内部微裂纹的形成，夹杂缺陷会促进裂纹形成；2)裂纹的起动和发展，裂纹起动和发展都必须遵循临界条件式，即(2) 式. 因此，由(2)式所推导的安全区图，也同样适合防止钢丝内有夹杂物时杯锥状裂纹的形成和发展. 4结论 (1)杯锥状裂纹的产生和发展有4个影响因素，即材料的硬化系数、材料与拉拔模之间的摩擦系数、拉拔模的模角、压缩率，由于这些因素配合不合理，导致钢丝内部变形不渗透和中心轴上较大的内应力从而使裂纹形成与扩展， (2)利用上界定理推导，计算了杯锥状裂纹扩展的条件，计算结果和由此制定的安全区图可以用于指导拉拔工艺设计，防止钢丝内杯锥状裂纹的产生· (3)钢丝内夹杂物对杯锥状裂纹形成和发展起促进作用· (下转第170页)

第期余万华等钢丝拔杯锥状裂纹扩展条件的判别从图可以看出，当半模角小于或等于 “ ，可以保证在任何压缩率情况下，钢丝内部都不会形成杯锥状裂纹当半模角大于。，则钢丝内部存在形成杯锥状裂纹的可能，由此可以看出，模角对杯锥状裂纹形成影响较大二伪时安全区图哥咨岁出测量、计算得到某厂水箱拉拔条件下，钢丝与模子之间的摩擦系数，因此，分析这类安全区图，具有现实意义从图可得以下结论在压缩率为、、下，实测测的最佳模角为气气在这种情况下即使拉拔硬化系数刀的钢丝，也可保证不产生内裂纹从而证明，采用最佳模角的模子拉拔钢丝，其内部不会形成裂纹随着硬化系数减小，钢丝内实际形成杯锥状裂纹的可能性加大，即拉拔的最后道次易形成杯锥状裂纹钢丝中夹杂对杯锥状裂纹形成的影响。买图二朋时安全区图沈污刃伙功】恤浏吨，爪伪由于冶炼技术的限制，钢丝内不可避免地存在夹杂夹杂与金属基体之间的结合力较弱进人变形区后，在变形参数不合理而产生的中心拉应力和由于夹杂存在而产生的应力集中的联合作用下，金属与夹杂之间很快产生间隙，促进中心裂纹的形成和发展钢丝内部形成杯锥状裂纹大致要经历两个阶段钢丝内部微裂纹的形成夹杂缺陷会促进裂纹形成裂纹的起动和发展裂纹起动和发展都必须遵循临界条件式，即式因此，由式所推导的安全区图，也同样适合防止钢丝内有夹杂物时杯锥状裂纹的形成和发展结论杯锥状裂纹的产生和发展有个影响因素，即材料的硬化系数、材料与拉拔模之间的摩擦系数、拉拔模的模角、压缩率由于这些因素配合不合理，导致钢丝内部变形不渗透和中心轴上较大的内应力从而使裂纹形成与扩展利用上界定理推导，计算了杯锥状裂纹扩展的条件，计算结果和由此制定的安全区图可以用于指导拉拔工艺设计，防止钢丝内杯锥状裂纹的产生钢丝内夹杂物对杯锥状裂纹形成和发展起促进作用下转第页