刁庆辉 童俊 姚广芝
龙口市龙蓬精密铜管有限公司 山东龙口 265700
摘要：文中对游动芯头圆盘拉拔工艺原理进行了介绍，对精密铜管拉拔的分类、工艺特点、拉拔设备以及多道次拉拔的现实意义进行了详细介绍及分析，在此基础上对铜管材加工的常用方法以及TP2紫铜管多道次盘拉过程也进行了相关阐述。
关键词：精密铜管；多道次拉拔；工艺研究
1精密铜管拉拔的分类
按拉拔时金属的温度分，在再结晶温度以下的拉拔是冷拔，在再结晶温度以上的拉拔是热拔，在高于室温低于再结晶温度的拉拔是温拔。
1.1冷拔
冷拔是精密铜管、线生产中应用最普遍的拉拔方式。
1.2热拔
热拔时，精密铜管进入模孔前要加热，主要用于高熔点金属如钨、钼等精密铜管的拉拔。
1.3温拔
温拔时，精密铜管也需要通过加热器加热到指定范围的温度才进入模孔进行拉拔，主要用于锌丝、难变形的合金丝如高速钢丝、轴承钢丝的拉拔。
1.4单道次和多道次拉拔
按拉拔过程中金属丝同时通过的模子数分，只通过一个模子的拉拔是单道次拉拔，依次连续通过若干(2～25)个模子的拉拔是多道次连续拉拔。单道次拉拔的线速低，生产力及劳动生产率低，常用于大丝径、低塑性及异形丝、线的拉拔。多道次拉拔的线速高，机械化自动化程度高，生产力及劳动生产率高，是精密铜管、线生产的主要方式。它又分非滑动式连续拉拔及滑动式连续拉拔。按拉拔时采用的润滑剂状态分，使用液态润滑剂的是湿拉拔，使用固态润滑剂的是干拉拔。按拉拔精密铜管的断面形状分，有圆形丝拉拔及异形丝拉拔。按作用于被拉拔精密铜管上的拉力分，有正拉力拉拔及反拉力拉拔。还有特种拉拔，如辊模拉拔等。
2精密铜管拉拔工艺特点
精密铜管拉拔的应力状态为二向压应力一向拉应力的三向主应力状态，它与三向都是压缩应力的主应力状态相比，被拉拔的精密铜管较易达到塑性变形状态。拉拔的变形状态为二向压缩变形一向拉伸变形的三向主变形状态，该状态对发挥金属材料的塑性不利，较容易产生和暴露表面缺陷。精密铜管拉拔过程的道次变形量受其安全系数限制，道次变形量较小则拉拔道次较多，因此在精密铜管的生产中常采用多道次连续高速拉拔。
3精密铜管拉拔设备
拔丝机（拉丝机）金属拉丝机属于标准件等金属制品生产预加工设备，目的是为了把由钢材生产厂家生产运输至标准件等金属制品生产企业的线材或棒材经过拉丝机的拉拔处理，使线材或棒材的直径、圆度、内部金相结构、表面光洁度和矫直度都达到标准件等金属制品生产需要的原料处理要求。因此拉丝机对线材或棒材的预处理质量直接关系到标准件、等金属制品生产企业的产品质量。拉丝机属于金属制品设备行业金属线材拉丝机，拉丝机广泛应用于钢丝、制绳丝、预应力钢丝、标准件等金属制品的生产和预加工处理。拔丝机（拉丝机）的分类：大型连罐拔丝机，大水箱拔丝机，小水箱拔丝机（俗称双胞胎拔丝机）国的拉丝机形成了以老式滑轮拉丝机为主，兼有双卷筒式、直进式、活套式、调谐辊直线式、组合式及各种水箱拉线机并存的现状。滑轮式拉丝机是一种可积线的无滑动干式连续拉丝机;在拉拔过程中，在卷筒圆周方向钢丝与卷筒表面沿卷筒圆周方向没有相对滑动，两者表面磨损量相对较小，并且当中间某一卷筒临时停车时，其后面的卷筒仍可依靠各自的积线量照常工作一段时间。该机型具有结构简单，操作、维护方便，制造成本低等优点。
4铜管拉拔工艺的现实意义
因铜具有良好的导电、导热及耐腐蚀性能,所以在众多行业中都有着广泛的应用。其中，铜管作为众多铜加工产品的一种，近年来产量稳步增长，2017年国内铜管材产量为260万余吨，对比2016年增加6.1%，而2010年国内铜管材产量仅为176万余吨，即近七年产量增加约为84万余吨。中国虽为世界上最大的铜加工生产国，但仍然存在中低端的铜加工产品产能剩余，生产高端铜加工产品技术不成熟等问题，很多高端产品要依赖进口，距离制造强国还有一段路要走。未来中国铜加工市场主要发展方向应为具备生产高端产品的成熟技术，并且可以实现一定的规模。事实上，高端产品的定义不仅仅是停留在生产制造层面，更应该了解后续产品在使用过程中性能是否稳定。例如铜管行业中，近年来就发现沿海城市空调在安装使用一段时间后铜管易发生由腐蚀而引起的泄露，对客户和厂家都造成一定的不良影响。因此，对铜管拉拔工艺进行优化与腐蚀情况探究显得尤为重要。
5铜管材加工常用方法
铜管加工过程中，常用工艺有轧制、挤压、联合拉拔、铜盘管拉拔等，不同工艺有其不同的特点。根据所需成品管的尺寸、力学性能、外观结构等不同选取适合的工艺，可能用到上述一种，也可能需要上述几种工艺结合。
5.1轧制工艺
主要靠轧轮与管材之间的摩擦力将管材带进轧辗，管材在轧轮带动下沿周向有转动，沿直径方向受到压缩而获得一定形状尺寸的成品管。其特点为初始管坯直径数值较大，壁厚数值较大。轧制工艺通常作为铜管加工的前道工序，同时可消除铸造铜管的气孔，金属分布不均匀等现象。
5.2挤压工艺
挤压工艺是将加热的金属初始管坯放入挤压桶内，从而产生横断面收缩和长度伸长的塑性变形过程。特点为尺寸精度高，成形管材组织细密，受到强烈的三向应力，金属塑性可发挥到极致。同时废料的损耗比较高，偏心率较难控制，且长度有要求，挤压工艺国外应用相对较多。
5.3管材联合拉拔
拉拔工艺是指在拉伸力作用下将嵌入游动芯头的管材拉过外模而获得一定形状尺寸管材的一种工艺，而联合拉拔即两次或三次配合使用。特点为管材长度不受限，为直条拉伸，管材不受弯曲应力。
5.4铜盘管拉拔
铜盘管拉拔工艺与直条拉拔原理相似，但铜盘管拉拔的送料和收料皆是是圆盘驱动。主要成形部分与联合拉拔相似，与联合拉拔不同的是铜盘管拉拔对进料铜管外径壁厚有一定要求，以方便缠绕，铜盘管拉拔速度也远大于直条拉拔凹。
6 TP2紫铜管多道次盘拉过程
对某公司的p30×1.4mm的TP2紫铜管多道次盘拉过程的组织和力学性能进行分析，给出盘拉过程各道次的金相显微组织，绘制各道次应力-应变曲线并给出加工过程中抗拉强度与硬度变化规律。结果表明:第О道次横断面不同区域晶粒尺寸不同，经过第1道次盘拉后不同区域晶粒尺寸趋于一致（加工率30.22%);随着道次的增加，不同道次相同区域乎均晶粒尺寸整体呈逐渐减小趋势，由21um(第О道次）减少至6um（第5道次)，同时横断面逐渐出现细条状品粒，纵截面逐渐形成细长的纤维组织;抗拉强度和硬度整体变化呈增大趋势，抗拉强度在第1和第5道次增加百分比约为10%，硬度值在第1和第4道次增加百分比为10%，其余道次抗拉强度和硬度值变化较小。
由于TP2紫铜管具有良好的导热性，所以广泛应用于蒸发器及冷凝器的连接管中，为获得高精度TP2铜管，同时保证高生产效率，采用游动芯头拉拔技术是最有效的方法。
结论
随着拉拔道次的增加，铜管材的抗拉强度逐渐增加，屈服强度在盘拉3道次之前逐渐增加，在后续的拉拔道次中逐渐下降。盘拉拉拔过程中，铜管的塑性逐渐变差，延伸率呈下降趋势。联拉、盘拉工序生产的产品其抗拉强度与屈服强度要远大于退火后的成品管的强度，而退火成品的延伸率则更大，联拉管的强度较盘拉管的强度要小。
参考文献：
［1］刘劲松，叶能永，张士宏，等．TP2内螺纹铜管滚珠旋压成形缺陷模拟与分析［J］．锻压技术，2011(5):46－50．
［2］唐伟东，张士宏，林涛．游动芯头拉拔模具失效分析［J］．材料科学与工艺，2012(3):141－145．