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| 基于有限元仿真的銅材拉拔道次比較 | | 發布者：admin 點擊：4704 | 拉拔模具是線材、管材加工中一種高效率、高效益的加工模具。廣泛應用于鋼、銅、鎢等金屬及合金材料的拉拔加工。拉拔后的線材常具有尺寸精度高、表面質量好、機械性能易等特點。但由于材料塑性、變形性能及拉拔機能力的限制，線材拉拔常分多道次進行。在實際生產中，為提高生產率，在線材質量及模具壽命的前提下，對線材拉拔的道次優化是非常必要的。
多道次拉拔中，材料的冷塑性變形常被認為是單道次拉拔變形的簡單疊加。但實際中，若考慮到線材拉拔后殘余應力的影響，即使道次變形量相同，多道次拉拔與單道次拉拔也有很大差異。目前，國內外學者對線材、管材的多道次拉拔進行研究，并取得了一些研究成果。
利用二維彈塑性有限元法對銅材的多道次拉拔過程進行仿真，并將實際生產中的多道次拉拔工藝與優化后的工藝進行模擬比較，通過對道次拉拔銅材的等效應力、等效應變、道次模具等效應力及拉拔后銅材的各向殘余應力分析，得到一定拉拔條件下，減少銅材拉拔道次的可能性。對實際多頭拉絲機生產效率的提高及拉拔后線材質量改善有重要作用。
1.多道次拉拔配模工藝
雙遞減法確定的銅材多道次拉拔工藝
在線材拉拔中，考慮到材質塑性隨加工道次的增加而逐漸降低，因此希望各道次的延伸系數是呈遞減關系變化的。雙遞減法確定多道次配模的設計過程為：首先，根據線材總延伸系數及由材料和加工方式決定的平均道次延伸系數確定拉拔道次；然后，由拉拔道次及延伸系數增量計算出各拉拔道次的直徑減縮系數；，利用成品線材直徑及各道次的直徑減縮系數得到各道次的線材拉拔直徑，進而設計各個道次的模具尺寸。
2.模擬結果分析
多道次銅材拉拔中，拉拔后銅材質量主要取決于道次的拉拔。銅材拉拔過程中，由于接觸面間的摩擦、模具工作錐的擠壓及金屬加工塑性等因素影響，導致銅材內部的變形及應力分布不均，終將影響拉拔后銅材的組織性能和機械性能。四道次拉拔時銅材局部的等效應變為1.674，而五道次拉拔時銅材的局部等效應變為1.768，且五道次拉拔時銅材的等效應變梯度較大。這種大的等效應變梯度將使銅材拉拔中出現變形集中，從而使銅材提前達到塑性變形的極限，影響銅材的拉拔質量。由銅材的網格單元變形也可知，與四道次拉拔相比，五道次拉拔時銅材的網格單元變形較大。較大的網格單元變形將引起銅材內部的各種應力集中，從而大大影響銅材的加工塑性及拉拔后的質量。因此，多道次銅材的拉拔中，要充分考慮道次間的疊加效應。由于道次間疊加效應的存在，五道次拉拔雖有小的道次延伸系數，但與四道次拉拔相比，它更容易造成銅材拉拔后的質量缺陷。
兩種工藝模具的等效應力都發生在工作錐與定徑帶的過渡位置。四道次拉拔時，模具的等效為895.61MPa，而五道次拉拔的等效應力為1092MPa，拉拔中，模具上較小的等效應力分布將會減少模具的磨損，延長模具壽命。
在總延伸系數相同的條件下，雙遞減法所得的四道次銅材拉拔中，金屬流動較五道次拉拔要均勻，且變形較平緩，這將有利于拉拔中銅材的塑性變形及拉拔后銅材的強度、韌性等機械性能。
3.銅材殘余應力分析
銅材拉拔中的不均勻塑性變形是產生殘余應力的主要原因。銅材拉拔后，表面有少許殘余壓應力將有利于銅材后續的加工。但若表面殘余壓應力過大，為獲得平衡銅材內部將會產生較大的殘余拉應力，這將使銅材內部晶格畸變，甚至產生微裂紋。同時具有較大殘余應力的銅材在承受載荷時，內部起作用的應力將是所有應力的代數疊加。因此導致銅材內應力分布極不均勻，甚至使銅材發生塑性變形或斷裂。在銅材中心線處，四道次拉拔銅材的徑向、軸向殘余應力較小。由銅材中心線到外表面方向。四道次拉拔銅材的各向殘余應力變化平緩，梯度較小。即由遞減法所得銅材四道拉拔將更有利于銅材拉拔質量及其后續拉拔加工。
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