某棒料拉拔过程模拟【字数：9809】
近年来，在计算机领域迅速发展的时代下，有限元模拟技术也逐渐成熟起来，其中塑性成形计算机辅助工程（CAE）在现代有限元技术领域中使用十分广泛。本文首先利用UG软件建立了棒料、凹模、夹钳的实体模型。然后在DEFORM软件中对2014铝棒拉拔过程进行了数值模拟，其中包括凹模锥角的角度、定径区长度对拉拔应力的数值模拟以及关于拉拔过程中等效应力、等效应变的分布规律。最后得出当凹模锥角为15°以及定径区长度为2mm时，此时在X、Y、Z方向上的拉拔应力最小的结论。
目录
1.绪论 1
1.1 拉拔成形技术概述 1
1.1.1 拉拔的基本概念 1
1.1.2拉拔方法 1
1.1.3拉拔的特点 2
1.1.4影响拉拔的主要因素 2
1.2 金属塑性成形技术 3
1.3 DEFORM3D软件介绍 4
1.5 本课题的内容和意义 4
2.拉拔成形模拟过程 6
2.1参数的相关设置 6
2.2创建三维模型 6
2.3 DEFROM前处理过程 7
2.4 生成多任务 12
2.5 批量队列分析求解 12
2.6 DEFROM后处理 12
3.拉拔成形模拟分析 15
3.1 凹模锥角对拉拔成形的影响 15
3.1.1凹模锥角对拉拔应力的影响 15
3.1.2凹模锥角对等效应力的影响 16
3.1.3凹模锥角对等效应变的影响 17
3.2 定径区长度对拉拔应力的影响 19
3.3 工件等效应力的分布规律 20
3.4 工件等效应变的分布规律 21
3.5 小结 22
4.总结 23
参考文献 24
致谢 25
1.绪论
1.1 拉拔成形技术概述
1.1.1 拉拔的基本概念
拉拔是对金属坯料施加一定的外加拉拔力，使之通过直径比坯料小的模孔，从而得到与模孔直径相同、形状相同、长度增加的制品的塑性加工的方法。拉拔主要应用于管材、棒材、型材和线材等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
金属制品生产当中。由于大部分金属都在常温下进行拉拔，因此称为冷拉拔（碳化钨、钼等材料要在热态下进行拉拔）[1]。
1.1.2拉拔方法
拉拔根据所用的金属材料可以将拉拔分为实心拉拔（截面为实心）和空心材拉拔（截面为空心）两种[2]。
实心材拉拔包含棒材、线材、型材的拉拔；空心材拉拔包含管材、空心异型管材的拉拔[3]。
空拉：在拉拔时管坯内部不放置芯头，而在拉拔后，管材的壁厚略微变化，但外径变小，其主要目的是减径，因此又称为减径拉拔[4]。
固定短芯头拉拔：在拉拔时管坯内部不放置芯头，并且用芯杆固定，从而实现减径以及减壁（该方法广泛应用在管材拉拔之中，但在细管、长管、圆盘管中难以应用）[5]。
游动芯头拉拔：在拉拔时管坯内部放置芯头，但芯头不用固定（因为芯头会自动地稳定在变形区当中）。其可用于长管、细管、圆管的拉拔[6]。
长芯杆拉拔：在拉拔前，管坯中装一根长芯杆，在拉拔的时候，长芯杆随着管坯同时穿过模孔，从而实现减径和减壁变形[7]。
顶管法：在拉拔之前，将芯杆套入前端带底的管坯当中，依靠外力将芯杆和管坯一起定出模孔[8]。
扩径拉拔：利用小直径管坯生产大直径制品的一种加工方法。可分为压入扩径和拉拔扩径[9]。
六种空心拉拔示意图如图11
/
图11 空心拉拔
（a）空心拉拔（b）长芯拉拔（c）固定短芯头拉拔（d）游动芯头拉拔（e）顶管法（f）扩径拉拔
1.1.3拉拔的特点
拉拔的优点：a)拉拔制品的形状和尺寸十分精确，表面十分光滑，表面强度也高
b)投资较小，生产的工具和设备十分简单，并且操作维护比较方便
c)很适用于生产小断面的长线制品，生产可实现连续化和高速化
拉拔的缺点：a)金属坯料会受到较大的拉力以及摩擦力
b)成型道次多，酸洗、退火工序较多，成材率较低
c)退火间的总变形量不能太大，否则会拉断所需的制品[10]
1.1.4影响拉拔的主要因素
凹模：它是影响拉拔最主要的因素[11]。分为有孔式和辊式两种。拉拔的凹模工作部分一般要选用钢、超硬合金、金刚石等不同的材料。
孔式凹模拉拔：变形主要在模孔的压缩区域内[12]。对于质地比较硬的材料进行拉拔时，采用α角较小或者曲率半径R较大的模具；而对于质地相对比较软的材料来说，在拉拔时模具的α角要大一些或曲率半径R要小一些。
辊式凹模拉拔：凹模当中的辊轮没有驱动力[13]。
两种拉拔凹模的示意图，如图12所示。
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图12 两种拉拔凹模的示意图
a)孔式 b)辊式
润滑：利用适合的润滑方式能够保证拉拔的质量。其中，润滑包括干式和湿式两种。在一般情况下都会采用干式润滑，只有在直径很小的时候才会选用湿式润滑（例如铜、铜合金、铝、铝合金）[14]。
压尖：在拉拔前，需要能够让坯料的一端能够穿过凹模孔，并且要用夹头将其夹劳（不然不能进行拉拔），因此必须将坯料的一端制成相对细小的一个断面，这断面即为压尖。尖端部分的抗拉强度会影响拉拔断面的收缩率的大小，在拉拔操作过程当中是十分重要的因素，必须要对它进行一定的控制[15]。
1.2 金属塑性成形技术
利用金属材料在外力作用下所产生的塑性变形，获得所需产品的加工方法称为塑性成形，由于这种外力大多数情况下是压力的形式，因此也称为压力加工。金属塑性成形的方法有：锻造、挤压、轧制、拉拔、冲压等[16]。
金属塑性成形技术的特点：
成形得到的材料利用率很高。金属塑性成形是靠金属的塑性变形，通过体积的转移的方式改变坯料的形状以及尺寸，不会产生切屑，对原材料的消耗比较少，因此对材料的利用率很高[17]。
成形得到的力学性能好。材料经过塑性变形之后，它的组织、性能会的都显著提高：会使其组织更加致密；破碎粗大的晶粒并细化其晶粒；并使其显微组织合理的分布。因此会显著提高材料的力学性能[18]。
目录
1.绪论 1
1.1 拉拔成形技术概述 1
1.1.1 拉拔的基本概念 1
1.1.2拉拔方法 1
1.1.3拉拔的特点 2
1.1.4影响拉拔的主要因素 2
1.2 金属塑性成形技术 3
1.3 DEFORM3D软件介绍 4
1.5 本课题的内容和意义 4
2.拉拔成形模拟过程 6
2.1参数的相关设置 6
2.2创建三维模型 6
2.3 DEFROM前处理过程 7
2.4 生成多任务 12
2.5 批量队列分析求解 12
2.6 DEFROM后处理 12
3.拉拔成形模拟分析 15
3.1 凹模锥角对拉拔成形的影响 15
3.1.1凹模锥角对拉拔应力的影响 15
3.1.2凹模锥角对等效应力的影响 16
3.1.3凹模锥角对等效应变的影响 17
3.2 定径区长度对拉拔应力的影响 19
3.3 工件等效应力的分布规律 20
3.4 工件等效应变的分布规律 21
3.5 小结 22
4.总结 23
参考文献 24
致谢 25
1.绪论
1.1 拉拔成形技术概述
1.1.1 拉拔的基本概念
拉拔是对金属坯料施加一定的外加拉拔力，使之通过直径比坯料小的模孔，从而得到与模孔直径相同、形状相同、长度增加的制品的塑性加工的方法。拉拔主要应用于管材、棒材、型材和线材等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
金属制品生产当中。由于大部分金属都在常温下进行拉拔，因此称为冷拉拔（碳化钨、钼等材料要在热态下进行拉拔）[1]。
1.1.2拉拔方法
拉拔根据所用的金属材料可以将拉拔分为实心拉拔（截面为实心）和空心材拉拔（截面为空心）两种[2]。
实心材拉拔包含棒材、线材、型材的拉拔；空心材拉拔包含管材、空心异型管材的拉拔[3]。
空拉：在拉拔时管坯内部不放置芯头，而在拉拔后，管材的壁厚略微变化，但外径变小，其主要目的是减径，因此又称为减径拉拔[4]。
固定短芯头拉拔：在拉拔时管坯内部不放置芯头，并且用芯杆固定，从而实现减径以及减壁（该方法广泛应用在管材拉拔之中，但在细管、长管、圆盘管中难以应用）[5]。
游动芯头拉拔：在拉拔时管坯内部放置芯头，但芯头不用固定（因为芯头会自动地稳定在变形区当中）。其可用于长管、细管、圆管的拉拔[6]。
长芯杆拉拔：在拉拔前，管坯中装一根长芯杆，在拉拔的时候，长芯杆随着管坯同时穿过模孔，从而实现减径和减壁变形[7]。
顶管法：在拉拔之前，将芯杆套入前端带底的管坯当中，依靠外力将芯杆和管坯一起定出模孔[8]。
扩径拉拔：利用小直径管坯生产大直径制品的一种加工方法。可分为压入扩径和拉拔扩径[9]。
六种空心拉拔示意图如图11
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图11 空心拉拔
（a）空心拉拔（b）长芯拉拔（c）固定短芯头拉拔（d）游动芯头拉拔（e）顶管法（f）扩径拉拔
1.1.3拉拔的特点
拉拔的优点：a)拉拔制品的形状和尺寸十分精确，表面十分光滑，表面强度也高
b)投资较小，生产的工具和设备十分简单，并且操作维护比较方便
c)很适用于生产小断面的长线制品，生产可实现连续化和高速化
拉拔的缺点：a)金属坯料会受到较大的拉力以及摩擦力
b)成型道次多，酸洗、退火工序较多，成材率较低
c)退火间的总变形量不能太大，否则会拉断所需的制品[10]
1.1.4影响拉拔的主要因素
凹模：它是影响拉拔最主要的因素[11]。分为有孔式和辊式两种。拉拔的凹模工作部分一般要选用钢、超硬合金、金刚石等不同的材料。
孔式凹模拉拔：变形主要在模孔的压缩区域内[12]。对于质地比较硬的材料进行拉拔时，采用α角较小或者曲率半径R较大的模具；而对于质地相对比较软的材料来说，在拉拔时模具的α角要大一些或曲率半径R要小一些。
辊式凹模拉拔：凹模当中的辊轮没有驱动力[13]。
两种拉拔凹模的示意图，如图12所示。
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图12 两种拉拔凹模的示意图
a)孔式 b)辊式
润滑：利用适合的润滑方式能够保证拉拔的质量。其中，润滑包括干式和湿式两种。在一般情况下都会采用干式润滑，只有在直径很小的时候才会选用湿式润滑（例如铜、铜合金、铝、铝合金）[14]。
压尖：在拉拔前，需要能够让坯料的一端能够穿过凹模孔，并且要用夹头将其夹劳（不然不能进行拉拔），因此必须将坯料的一端制成相对细小的一个断面，这断面即为压尖。尖端部分的抗拉强度会影响拉拔断面的收缩率的大小，在拉拔操作过程当中是十分重要的因素，必须要对它进行一定的控制[15]。
1.2 金属塑性成形技术
利用金属材料在外力作用下所产生的塑性变形，获得所需产品的加工方法称为塑性成形，由于这种外力大多数情况下是压力的形式，因此也称为压力加工。金属塑性成形的方法有：锻造、挤压、轧制、拉拔、冲压等[16]。
金属塑性成形技术的特点：
成形得到的材料利用率很高。金属塑性成形是靠金属的塑性变形，通过体积的转移的方式改变坯料的形状以及尺寸，不会产生切屑，对原材料的消耗比较少，因此对材料的利用率很高[17]。
成形得到的力学性能好。材料经过塑性变形之后，它的组织、性能会的都显著提高：会使其组织更加致密；破碎粗大的晶粒并细化其晶粒；并使其显微组织合理的分布。因此会显著提高材料的力学性能[18]。
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