Excel電子表格快捷編制拉絲工藝

康 騁

（廣西柳鋼實(shí)業(yè)有限公司，廣西 柳州 545002）

1 前言

拉拔作為金屬壓力加工的一種方法被廣泛用于金屬制品行業(yè)，是線材生產(chǎn)、線材繩生產(chǎn)不可或缺的重要工序。對(duì)于中小金屬制品加工企業(yè)，一般不具備昂貴的設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)，在此借助Excel電子表格進(jìn)行拉絲工藝設(shè)計(jì)，具有投入成本低即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算便捷、使用方便，且易掌握之顯著特點(diǎn)。

借助Excel電子表格中設(shè)計(jì)說(shuō)明書上大量的數(shù)據(jù)可持續(xù)保存，因此只要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整就能夠的到新的數(shù)據(jù)，形成一個(gè)嶄新的設(shè)計(jì)，減少了繁瑣的計(jì)算工作時(shí)間和工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)計(jì)算便捷性。利用Excel電子表格能夠降低計(jì)算量，并且能夠大量的進(jìn)行運(yùn)算，這種方法在柳鋼實(shí)業(yè)公司金屬制品生產(chǎn)實(shí)際中得到應(yīng)用。

2 利用Excel電子表格拉絲工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用

1）根據(jù)塑性變形原理，線材拉拔過(guò)過(guò)程中金屬總體積保持不變，故從物理角度看，線材拉拔過(guò)程其實(shí)就是金屬材料的體積在分配的過(guò)程，表現(xiàn)為隨著線材橫截面積的逐漸減小其長(zhǎng)度逐漸增大。專業(yè)教科書對(duì)線材拉拔時(shí)的變形程度的描述：（1）延伸系數(shù)，又稱拉伸系數(shù)，它是指線材拉拔后的長(zhǎng)度（Lk）與原始長(zhǎng)度（L0）之比。通常用μ表示。（2）壓縮率，又稱截面減縮率或減面率，通常用Q表示，它是指線材拉拔后截面積（Fk）減小的絕對(duì)量（壓縮量）與拉拔前線材截面積（F0）之比；（3）延伸率，又稱伸長(zhǎng)率，它是指線材拉拔后的絕對(duì)伸長(zhǎng)與原始長(zhǎng)度之比。通常用δ表示；（4）截面減縮系數(shù)，它是指線材拉拔后橫截面積與拉拔前橫截面積之比。

基于線材拉拔過(guò)程金屬總體積不變?cè)恚獭、δ、ψ之間可以互相轉(zhuǎn)換。

表示線材拉拔變形程度最常用的卻是壓縮率，線材連續(xù)拉拔，經(jīng)過(guò)一道拉拔，則一次產(chǎn)生一次變形，即產(chǎn)生一次壓縮率，通常稱其為道次壓縮率或部分壓縮率形，本文用q表示，qi為線材連續(xù)拉拔對(duì)應(yīng)第i道的道次壓縮率，如果連續(xù)拉拔每道次壓縮率相等，則該壓縮率被稱謂平均部分壓縮率，本文用q均表示。將多道次累計(jì)變形用一個(gè)壓縮率表示，該壓縮率稱謂總變形，本文用Q總表示。將直徑d0線材經(jīng)過(guò)k道連續(xù)拉拔至dk，當(dāng)變形程度采用線材直徑表示時(shí)，根據(jù)相關(guān)定義 則有：

qi與Q總、q均與Q總有如下關(guān)系式：

2）進(jìn)行拉絲工藝設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)建模，根據(jù)μ定義有。

對(duì)（5）式、（6）兩邊取自然對(duì)數(shù)有

在此定義延伸系數(shù)的自然對(duì)數(shù)為“建模伸長(zhǎng)”，并用ε表示，即：

故有：

ε和q有如下關(guān)系式

根據(jù)u定義得：

前面分析了按照常規(guī)方法編制線材連續(xù)拉拔工藝，需要多次重復(fù)計(jì)算。采用“建模伸長(zhǎng)”表示線材拉拔變形程度的話，從（10）式看，這時(shí)連續(xù)拉拔總變形程度在數(shù)值上等于各道次變形程度數(shù)值之代數(shù)和，由于采用對(duì)的加法運(yùn)算，相對(duì)采用壓縮率編制線材連續(xù)拉拔工藝就簡(jiǎn)化了許多。

2.3 應(yīng)用說(shuō)明

以d0、dK數(shù)值依次為10mm、2.00mm，k取12為例，如何利用Excel表格完成線材連續(xù)拉拔的工藝計(jì)算。將相關(guān)計(jì)算公式、d0、dK、k及其他需要的運(yùn)算項(xiàng)目列入Excel表格。

根據(jù)d0、dK求得：

初定

則：

根據(jù)（9）式求得：

根據(jù)（10）式求得：

由εmin（10）式求得qmin：

（經(jīng)實(shí)際對(duì)照qmax、qmin大小合適。）

根據(jù)dK、εi根據(jù)（13）式從出線方向求得道次線徑di。

由εi根據(jù)（12）式求得道次壓縮率qi。

如果需要減少拉拔道次，如k取10，在相應(yīng)Excel中刪除2行并將與i等10對(duì)應(yīng)的di得修改為2.00，則自動(dòng)得到新的工藝路線。

由于相關(guān)計(jì)算是在數(shù)學(xué)建模基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)完成，進(jìn)出線徑、拉拔道次可以任意設(shè)置，只需根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，修改qmax直至認(rèn)為qmin、qmax均合適即可得到連續(xù)拉拔工藝路線。

可見，利用Excel電子表格編制線材連續(xù)拉拔工藝的思路和方法具有通用性，方便得到新的工藝路線。

3 結(jié)論

1）用壓縮率表示線材拉拔變形程度雖然相對(duì)常用，其設(shè)計(jì)基于道次壓縮率之和等于拉拔道次與平均道次壓縮率之積的線材連續(xù)拉拔工藝路線制定方法，拉拔道次越多越費(fèi)時(shí)，可見通常的工藝設(shè)計(jì)人工計(jì)算編制效率低。

2）通過(guò)數(shù)學(xué)建模，將數(shù)學(xué)建模和相關(guān)計(jì)算公式（參數(shù)）植入Excel表格，即可便捷編制線材連續(xù)拉拔工藝，具有速度快、易掌握之顯著特點(diǎn)。

3）由柳鋼自主研發(fā)的簾線鋼盤條（5.5毫米），經(jīng)柳鋼實(shí)業(yè)桂龍金屬制品廠通過(guò)大拉、中拉兩次拉拔成1.6毫米的鋼絲，再通過(guò)熱處理爐及水箱拉絲機(jī)成功拉拔單絲直徑0.3毫米的簾線鋼絲，總變形率高達(dá)99.7%，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，是廣西工業(yè)線材產(chǎn)品生產(chǎn)方面的一次突破。