1、金属学原理

冷拔钢管工艺属于冷加工范畴，因为拔制时的温度远低于金属的再结晶温度。

由Baily_Hirsch关系式可知，流变应力

式中G———切变弹性模量，MPa；

b———位错强度，A；

ρ———平均位错密度；

a———常数，a≈0.5。

金属的流变应力即强度与位错密度的平方根成正比，它反映了形变时加工硬化的实质。加工硬化是指由塑性变形引起的强度升高，塑性降低的现象。冷拔加工钢管正是发生了加工硬化。冷拔时金属发生塑性变形，晶体内部有多个滑移系启动，位错运动彼此拦截，许多位错被钉扎住，造成位错塞积，同时位错源停止动作。上述一系列过程导致了位错的可动性降低，晶体中的位错密度显著增加。当塑性变形进一步发生，应力增加并足以使钉扎的位错开始运动，螺位错交滑移，刃位错不能交滑移，这样发生位错交截，使不动阶数增加。

所以，通过冷拔加工金属内部位错密度增加，位错可动性降低，既难于产生位错又难于移动位错，因而金属材料硬度、强度提高。这就是冷拔加工的金属学原理。

2、力学原理

冷拔时钢管在力的作用下通过一定形状、尺寸的模具，发生塑性变形。在生产中的拔制方法大致可分成3种：缩径拔管、减外壁拔管和减内壁拔管，冷拔时，钢管在拉拔力、正压力和摩擦力的作用下，发生相应的变形，大都经过缩径、减壁和定径3个阶段，而且变形区内部产生相应的应力，其中轴向为拉应力，径向和周向为压应力，拔管过程中金属处于一向拉和两向压应力状态[2]，这是冷拔管变形过程的基本力学特征。拔制的最大主应力是拉应力，最小主应力是压应力，两者符号相反。根据塑性方程式σ1-σ3=βσ5。

式中σ1———最大主应力，MPa；

σ3———最小主应力，MPa；

β———中间主应力σ2的影响系数，取β=1～1.5；

σ5———单向拉伸时的屈服极限，MPa。

可知变形过程中任一方向的主应力，其绝对值都不会大于βσ5，所以冷拔的变形抗力较低，同时应力状态中存在拉应力，变形时金属塑性较差，对于低塑性的或因加工硬化而降低塑性的，拔制比较困难。