游动芯头拉拔模具受力和温度分布的数值模拟

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1、游动芯头拉拔模具受力和温度分布的数值模拟　　(呼和浩特市生产力促进中心，内蒙古呼和浩特010020) 　　摘要：文章采用非线性有限元软件对铜管游动芯头拉拔工艺进行了数值模拟和分析研究，得出了铜管与模具接触面的法向力和摩擦力的分布规律、拉拔过程中的温度分布，从而推断出了游动芯头发生粘铜和局部崩裂的主要原因。 关键词：模具；游动芯头拉拔；数值模拟 　　中图分类号：TG356文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)22—0092—02 　　铜管是中国铜加工生产中发展最快的产品之一，拉拔是管类件加工的常用的塑性加工方法，游动芯头拉拔的特点是

2、拉拔力小，可提高道次变形量，减少工具的消耗，生产率高、成品率高和管材的内表面质量好，因此在高质量的铜管加工中常用这种拉拔方法。 游动芯头拉拔模具受力和温度分布的数值模拟　　(呼和浩特市生产力促进中心，内蒙古呼和浩特010020) 　　摘要：文章采用非线性有限元软件对铜管游动芯头拉拔工艺进行了数值模拟和分析研究，得出了铜管与模具接触面的法向力和摩擦力的分布规律、拉拔过程中的温度分布，从而推断出了游动芯头发生粘铜和局部崩裂的主要原因。 关键词：模具；游动芯头拉拔；数值模拟 　　中图分类号：TG356文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX

3、)22—0092—02 　　铜管是中国铜加工生产中发展最快的产品之一，拉拔是管类件加工的常用的塑性加工方法，游动芯头拉拔的特点是拉拔力小，可提高道次变形量，减少工具的消耗，生产率高、成品率高和管材的内表面质量好，因此在高质量的铜管加工中常用这种拉拔方法。 　　在实际生产过程中，由于现场条件与观测条件的限制，人们很难实时、定量的把握金属成形过程，确定一个合理的工艺方案，如游动芯头拉拔铜管生产过程中出现的问题，铜管的表面划伤、裂纹、断裂、起皮；模具表面磨损、拉碎等情况，如果依赖于反复的试验、反复的修改找原因，将会严重影响企业的生产效率和经济效益。采用

4、计算机有限元数值模拟技术将为解决这类问题提供理论依据。 1有限元模型的建立 1.1拉拔模具和铜管单元体的建立 　　游动芯头的拉拔过程由于芯头不固定，在变形区中通过芯头与管坯接触面间力平衡使之保持平衡，游动芯头在变形区内的稳定性取决于芯头上作用力的轴向平衡。其受力分布情况，如图1，由于拉拔工艺属于稳态变形，又是轴对称变形过程，故其数值模型可简化二维轴对称模型，单元体用四节点、四边形单元表示，铜管单元体可取长15mm,宽等于实际加工的铜管的初始壁厚1.65mm，将其划分720个四边形、四节点单元，总节点数819。由于模具的外形并不十分规整，在有限元软

5、件中用自动划分面网格和体网格的工具将，外模划分为162个四节点四边形单元，整体总节点数207，游动芯头划分为132个四节点四边形单元，总节点数172。数值模型如图2。 　　740)this.width=740"border=undefined> 1.2模拟分析参数的选择 　　变形体的材料为磷脱氧铜，牌号为TP2，其物理性能与力学性能如表1和表2。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　弹性模量为1.172×1011MPa,泊松比为0.33,密度为8.940g/cm3。 　　为能够得到准确的

6、真实的应力—应变曲线，对直径为38mm，壁厚1.65mm铜管做了真实的应力—应变曲线的实验，真实应力—应变曲线如图3。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　σs为204.46MPa，σb为336.45MPa，拉伸速率为0.3mm/s。 　　模具的材料为硬质合金YG8，其物理性能与机械性能如表3。 　　740)this.width=740"border=undefined> 2模拟分析 　　2.1模具与铜管表面接触部分受的法向力和摩擦力的分布 　　模具与铜管表面接触部分受的法向力如图4所

7、示，模具铜管表面接触部分受的摩擦力如图5所示，图中箭头长短表示力的大小，从图4和图5可看出，对于外模，其圆锥段和圆锥段与定径段过渡圆角附近的法向力和摩擦力都达到最大值，外模在此处容易磨损，这与实际的外模磨损情况相符，其磨损外模如图6所示。摩擦力比较均匀的分布定径段的接触面上。 　　对于游动芯头，接触面主要是定径带和过渡圆角附近锥面，法向力最大值在圆角区域及定径段初始端，因此在此处游动芯头容易被压有环状凹坑，这与实际受损的游动芯头情况相符，环沟芯头如图7。摩擦力最大值在定径段，所以定径段容易受磨损，是芯头破坏的主要区域。其芯头定径段磨损如图8所示，从生

8、产统计的数据看，芯头破坏比外模高一倍，即芯头平均使用寿命只有外模的1/3，所以改