拉拔模具是線(xiàn)材、管材加工中一種高效率、高效益的加工模具。廣泛應(yīng)用于鋼、銅、鎢等金屬及合金材料的拉拔加工。拉拔后的線(xiàn)材常具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、機(jī)械性能易等特點(diǎn)。但由于材料塑性、變形性能及拉拔機(jī)能力的限制，線(xiàn)材拉拔常分多道次進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)率，在線(xiàn)材質(zhì)量及模具壽命的前提下，對(duì)線(xiàn)材拉拔的道次優(yōu)化是非常必要的。
多道次拉拔中，材料的冷塑性變形常被認(rèn)為是單道次拉拔變形的簡(jiǎn)單疊加。但實(shí)際中，若考慮到線(xiàn)材拉拔后殘余應(yīng)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)線(xiàn)材、管材的多道次拉拔進(jìn)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(duì)銅材的多道次拉拔過(guò)程進(jìn)行仿真，并將實(shí)際生產(chǎn)中的多道次拉拔工藝與優(yōu)化后的工藝進(jìn)行模擬比較，通過(guò)對(duì)道次拉拔銅材的等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、道次模具等效應(yīng)力及拉拔后銅材的各向殘余應(yīng)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(duì)實(shí)際多頭拉絲機(jī)生產(chǎn)效率的提高及拉拔后線(xiàn)材質(zhì)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(xiàn)材拉拔中，考慮到材質(zhì)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(shù)是呈遞減關(guān)系變化的。雙遞減法確定多道次配模的設(shè)計(jì)過(guò)程為：首先，根據(jù)線(xiàn)材總延伸系數(shù)及由材料和加工方式?jīng)Q定的平均道次延伸系數(shù)確定拉拔道次；然后，由拉拔道次及延伸系數(shù)增量計(jì)算出各拉拔道次的直徑減縮系數(shù)；，利用成品線(xiàn)材直徑及各道次的直徑減縮系數(shù)得到各道次的線(xiàn)材拉拔直徑，進(jìn)而設(shè)計(jì)各個(gè)道次的模具尺寸。
2.模擬結(jié)果分析
多道次銅材拉拔中，拉拔后銅材質(zhì)量主要取決于道次的拉拔。銅材拉拔過(guò)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(dǎo)致銅材內(nèi)部的變形及應(yīng)力分布不均，終將影響拉拔后銅材的組織性能和機(jī)械性能。四道次拉拔時(shí)銅材局部的等效應(yīng)變?yōu)?/span>1.674，而五道次拉拔時(shí)銅材的局部等效應(yīng)變?yōu)?.768，且五道次拉拔時(shí)銅材的等效應(yīng)變梯度較大。這種大的等效應(yīng)變梯度將使銅材拉拔中出現(xiàn)變形集中，從而使銅材提前達(dá)到塑性變形的極限，影響銅材的拉拔質(zhì)量。由銅材的網(wǎng)格單元變形也可知，與四道次拉拔相比，五道次拉拔時(shí)銅材的網(wǎng)格單元變形較大。較大的網(wǎng)格單元變形將引起銅材內(nèi)部的各種應(yīng)力集中，從而大大影響銅材的加工塑性及拉拔后的質(zhì)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(yīng)。由于道次間疊加效應(yīng)的存在，五道次拉拔雖有小的道次延伸系數(shù)，但與四道次拉拔相比，它更容易造成銅材拉拔后的質(zhì)量缺陷。
兩種工藝模具的等效應(yīng)力都發(fā)生在工作錐與定徑帶的過(guò)渡位置。四道次拉拔時(shí)，模具的等效為895.61MPa，而五道次拉拔的等效應(yīng)力為1092MPa，拉拔中，模具上較小的等效應(yīng)力分布將會(huì)減少模具的磨損，延長(zhǎng)模具壽命。
在總延伸系數(shù)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(dòng)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(qiáng)度、韌性等機(jī)械性能。
3.銅材殘余應(yīng)力分析
銅材拉拔中的不均勻塑性變形是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因。銅材拉拔后，表面有少許殘余壓應(yīng)力將有利于銅材后續(xù)的加工。但若表面殘余壓應(yīng)力過(guò)大，為獲得平衡銅材內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生較大的殘余拉應(yīng)力，這將使銅材內(nèi)部晶格畸變，甚至產(chǎn)生微裂紋。同時(shí)具有較大殘余應(yīng)力的銅材在承受載荷時(shí)，內(nèi)部起作用的應(yīng)力將是所有應(yīng)力的代數(shù)疊加。因此導(dǎo)致銅材內(nèi)應(yīng)力分布極不均勻，甚至使銅材發(fā)生塑性變形或斷裂。在銅材中心線(xiàn)處，四道次拉拔銅材的徑向、軸向殘余應(yīng)力較小。由銅材中心線(xiàn)到外表面方向。四道次拉拔銅材的各向殘余應(yīng)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(zhì)量及其后續(xù)拉拔加工。
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