黄铜棒拉拔锥形模的模角数值模拟设计.doc

铜陵学院毕业设计目 录第一章 概 述11.1 拉拔的分类11.1.1实心材拉拔11.1.2 空心材拉拔11.2 拉拔法的优缺点11.3 拉拔的历史及发展趋向11.3.1 拉拔的发展史11.3.2 拉拔技术的发展趋势11.4 数值模拟在拉拔中的应用及发展现状21.4.1 数值模拟在拉拔中的应用21.4.2 数值模拟的发展现状21.4.3 DEFORM-3D软件的简介2第二章 实验方案设计32.1 方案设计32.1.1 实验题目.32.1.2 实验目的.32.1.2 实验方案.32.2 工艺流程设计32.3 拉拔设备选择32.4 实验步骤.4第三章 拉拔模的设计53.1 拉拔工具的材料及其加工53.2 锥形模的结构和尺寸的确定63.2.1 润滑带的确定63.2.2 压缩带的确定63.2.3定经带的确定73.2.4出口带的确定83.3 拉拔模厚度83.4 拉拔模外圆直径83.5 模孔的加工9第四章 棒材拉拔工艺参数设计104.1 拉拔配模的设计104.1.1 拉拔配模的选择104.1.2 拉拔配摸设计的原则104.1.3 拉拔配模的设计内容104.2 棒材的拉伸工艺104.2.1 拉伸工艺流程104.2.2制夹头104.2.3 拉伸114.3 拉拔温度及速度的确定114.4 拉拔时的润滑和润滑种类的确定11第五章 Deform模拟过程145.1 创建三维造型145.2 前处理145.2.1设置模拟控制145.2.2 设置对象信息145.2.3 设置对象间关系与模拟控制信息145.2.4生成数据库文件145.3 多任务生成与分析求解145.4 后处理155.4.1 输出拉拔力155.4.2 输出破坏系数15第六章 结果分析176.1 分析拉拔力与拉拔模模角的关系176.2 分析破坏系数与拉拔模模角的关系176.3 寻找最佳模角18小 结19参考文献20致 谢22 铜陵学院毕业设计黄铜棒拉拔锥形模的模角数值模拟设计摘 要本次黄铜棒拉拔锥形模的模角数值模拟设计，设计的主要目的是寻求拉拔的最佳模角。本次设计的主要内容有：实验方案设计、拉拔工模具设计、拉拔工艺参数设计、DEFORM模以及结果分析。本次设计是运用DEFORM软件对拉拔过程进行数值模拟，并在后处理中，对拉拔力和破坏系数的数值进行提取和分析，综合拉拔力和破坏系数得到拉拔的最佳模角。本次黄铜棒拉拔的最佳模角。运用DEFORM软件进行数值模拟实验，就是通过对变形过程的模拟，分析对金属流动状态、应力、应变、变形力及破坏性等方面的规律及机理。然后以模拟所得的规律和机理指导实际生产，对于获得高质量和高性能的制品、提高生产率、提高工具使用寿命、降低生产成本等具有十分重要的意义。关键字：拉拔；DEFORM；数值模拟；实际生产 The Design Of Brass Rod Angle Numerical Simulation Of drawing Conical Die AbstractThe brass rod angle numerical simulation of drawing conical die design, designs primary objective is to seek the best angle to pull. The main elements of the design are: drawing mould design, experimental design, parameter design of drawing process, DEFORM mode and result analysis. This design is using the DEFORM software for numerical simulation of drawing process and post process, pulling force and undermine the values of coefficients for the extraction and analysis, comprehensive drawing and failure factors are drawing the best angle.Drawing the best angle of the brass rods.Using DEFORM software for numerical simulations, is through the simulation of deformation process, analysis of metal flow, stress, strain, deformation force and destructive aspects of regularity and mechanism.Then proceeds to simulate rule and mechanism to guide the actual production for products of high quality and high performance, improved productivity, increased tool life, lower production costs, are of great significance.Key words: drawing; DEFORM; Numerical simulation; Actual production 插表清单表2-1 链式拉拔机系列.4表3-1 拉伸工具的材质和使用范围.5表 3-1 硬质合金的牌号、成分和性能.5表3-3管棒拉伸时合理模角的区间.7表3-4不同拉伸时定径带长度与定径带直径的关系.7表3-5 拉伸定径带长度范围.8表3-6 不同方案锥形模的尺寸参数.8表3-7 拉拔模的主要结构 .9表4-1 制夹头后坯料尺寸 .11表4-2 拉拔棒材时的平均摩擦系数.11表4-3有色金属拉拔时常用的润滑剂.13表4-4加工黄铜的物理性能和工艺性能.13表5-1 各个方案的拉拔力与破坏系数.16插图清单图2-1 铜合金棒材拉伸工艺流程.3图3-1 拉拔模示意图.6图3-2 锥形模示意图.6 图6-1 拉拔力与拉拔模模角的关系.17图6-2 拉拔模角度与破坏系数的关.系.18III 铜陵学院毕业设计第一章 概 述拉拔，即在外加拉力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法，拉拔是管材、棒材、型材及线材的主要生产方法之一。1.1 拉拔的分类按制品截面形状分为：实心材拉拔与空心材拉拔。1.1.1实心材拉拔实心材拉拔主要包括棒材、型材及线材拉拔。本次黄铜棒拉拔实验即为实心材拉拔。1.1.2 空心材拉拔空心材拉拔主要包括管材及空心异型材的拉拔。对于空心材拉拔，有空拉、长芯竿拉拔、固定短芯头拉拔、游动芯头拉拔、顶管法及扩径拉拔等基本拉拔方法。1.2 拉拔法的优缺点 拉拔法与其他压力加工方法相比具有以下一些优、缺点：1) 拉拔制品的尺寸精确、表面光洁。2) 拉拔生产的工具与设备简单，维护方便，在一台设备上可生产多种品种与规格的制品。3) 拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受拉拔应力的限制，一般道次加工率在20%60%。4) 最适于连续高速生产端面非常小的长制品。1.3 拉拔的历史及发展趋向1.3.1 拉拔的发展史拉拔具有悠久的历史，在公元前世纪，就出现了把金块锤煅后，通过小孔，用手工拉制成细丝，在同一时期发现了类似拉拔模的东西。公元12世纪，拉线工的出现，标志着拉拔加工的正式确立。公元13世纪中叶，德国首先制造了水力拉拔机，并逐渐在世界推广。20世纪20年代，萨克斯和西贝尔两人以不同的观点，第一次确立了拉拔理论，之后在此基础之上，拉拔理论得到不断发展。1955年，强制润滑拉拔法和超声波拉拔法的研制成功，使得拉拔模寿命显著延长，拉拔力显著减小。近几十年来，在研究许多新的拉拔方法的同时，展开了高速拉拔的研究，成功制造了多模高速连续拉拔机，多线链式拉拔机和圆盘拉拔机。拉拔制品的产量在逐年增加，产品的规格和品种也不断增加，拉拔制品被广泛的应用在国民经济的各个领域。1.3.2 拉拔技术的发展趋势根据拉拔技术的发展与现状，目前仍围绕下列问题展开研究：1) 拉拔设备的自动化、连续化与高速化。2) 扩大产品的品种、规格，提高产品的精度，减少制品缺陷。3) 提高拉拔工具寿命。4) 新的润滑技术的研究。5) 发展新的拉拔技术与新的拉拔理论的研究，达到节能，节材、提高产品质量和生产率的目的。1.4 数值模拟在拉拔中的应用及发展现状1.4.1 数值模拟在拉拔中的应用金属塑性成形过程的数值模拟是建立在塑性成形过程力学分析的基础上的，其中成形过程的分析方法有近似的解析计算方法和数值方法。数值方法又包括有限元法、边界元法和限差分法。其中有限元数值模拟方法可以获得金属塑性成形过程中的温度、破坏性、应力和应变的大小与分布，并且可以用于非常复杂的塑性成形过程的模拟。拉拔是金属塑性成形的一种方法，对拉拔过程进行有限元数值模拟，既能直观的模拟拉拔过程中金属的变形过程及流动状态，又能够客观地展示拉拔变形区应力、应变、温度、破坏性的大小与分布，在便于我们对拉拔过程的拉拔力与破坏系数分析的同时也为产品工艺的制定和拉拔工具结构的设计提供了科学的依据与指导，对实际的拉拔生产以及拉拔工艺的优化具有一定的参考性与指导性。1.4.2 数值模拟的发展现状关于金属塑性成形过程的数值模拟，各国学者已做了大量的研究工作，并取得了可喜的成绩，特别是20世纪80年代以来，CAD/CAE/CAM技术在各类工程问题中取得的巨大成功。目前，一些通用的有限元分析软件已引进我国，主要应用于材料、机械、汽车和航空领域，极大地提高了产品质量、降低了产品的开发成本、缩短了产品的生产时间，进而增加了产品的竞争力。但是，有限元数值模拟技术还不能完全满足实际生产的需要，它的本身还存在一定的缺陷，需要进一步发展完善以提高计算精度和效率以及结果的可靠性。1.4.3 DEFORM-3D软件的简介在众多的有限元分析软件中，DEFORM是最适合用来做金属塑性成形仿真分析的一种专门用于分析塑性成形过程的分析软件。其中DEFORM-3D是一个基于工艺模拟系统的有限元系统，专门针对各种复杂金属成形过程的三维金属流动分析，适用于热、冷、温成形，提供成形过程中温度和材料流动的分布情况以及其他极有价值的工艺分析数据。DEFORM-3D是模拟3D材料流动的理想工具，它的图形界面强大而灵活，它的稳定性好并且容易使用，既可以生成优化的网格系统，也可以使网格划分得更加细密以降低运算量、提高计算效率。DEFORM-3D是在一个集成的环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性从而进行仿真模拟分析其计算精度和结果的可靠性被公认为国际成形模拟领域第一。 第二章 实验方案设计2.1 方案设计2.1.1 实验题目黄铜棒拉拔锥形模的模角数值模拟设计。2.1.2 实验目的根据实验任务书，本次设计的目的是找出黄铜棒拉拔至过程中的最佳模角值。2.1.3 实验方案拉拔模中压缩带的模角是拉模的主要参数之一。角过小，坯料与模壁的接触面积增大；角过大，将导致附加剪切变形增大，继而拉拔力和非接触变形增大。因为，破坏系数与拉拔力呈正相关关系，其与模角的关系和拉拔力与模角关系大致相同。故而模角存在着一个最佳区间，在此区间内，拉拔力和破坏系数均为最小。要寻求最佳模角，即在保证除模角外其他一切条件相同的情况下，根据模拟实验中数据的分析，来确定最佳模角值设计了九组对比试验，即九个拉拔成型模拟试验方案，其中，方案一模角值=2、方案二模角值=3、方案三模角值=4、方案四模角值=5、方案五模角值=6，方案六模角值=7，方案七模角值=8，方案八模角值=9，方案九模角值=10继而进行三维造型和数值模拟实验，并对五个实验中得到的数值进行数据分析，寻找相同条件下黄铜棒拉拔的最佳模角。2.2 工艺流程设计常见的黄铜棒材生产的工艺流程如图2-1所示。图2-1 铜合金棒材拉伸工艺流程包装入库成品检查性能检测成品退火矫 直锯 切棒材胚料制夹头酸 洗拉 伸中间退火制夹头2.3 拉拔设备选择 管棒材拉拔机有各种各样的形式，可以拉拔装置分类，也可以按拉拔管棒材同时拉拔的根数分类。下面介绍两种应用广泛的棒材拉拔机。1) 链式拉拔机，结构和操作简单，适应性强，管、棒、型材皆可在同一台设备上拉拔，它是目前应用最为普遍的拉拔设备。目前常用的链式拉拔机系列如表2-1所示。2) 联合拉拔机，对于的棒材，趋向于将拉拔、矫直、切断、抛光以及探伤等组合在一起形成一机列。它在提高棒材生产效率及制品质量方面有较大优越性。由于联合拉拔机列在抛光和矫直部分不易调整，运转中存在漏油等不可避免的缺点，故而本次黄铜棒拉拔实验选择链式拉拔机，链式拉拔机。 表2-1 链式拉拔机系列种 类 拉 伸 机 性 能拉 拔 机 能 力 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.75 1.00 1.50管材拉伸机拉拔速度范围/额定拉拔速度/拉拔最大直径/拉拔最大长度/小车返回速度/主电机功率/648 648 648 648 625 612 612 6940 40 40 40 40 12 9 620 30 55 80 130 175 200 3009 9 9 9 9 9 960 60 60 60 60 60 60 6021 55 100 160 250 200 200 200棒材拉伸机拉拔速度范围/额定拉拔速度/拉拔最大直径/拉拔最大长度/小车返回速度/主电机功率/ 635 635 635 635 635 25 25 25 25 25 35 65 80 80 110 9 9 9 9 9 60 60 60 60 60 55 100 160 160 1602.4 实验步骤 先进行拉拔模设计（包括材质和尺寸的确定），然后进行拉拔工艺设计（包括拉拔机选择，润滑剂的选择，拉拔速度和温度的确定等），再进行数值模拟实验（包括三维造型和数值模拟），最后进行试验结果分析。 第三章 拉拔模的设计 本次课题设计是寻求f6mm黄铜棒拉拔锥形模的最佳模角数值。黄铜棒拉拔所用的工具主要有拉拔模，它的形状、尺寸、表面质量和材质对拉拔制品的质量、拉拔力、能耗、生产率以及工具的使用寿命等都有很大的影响。因此，正确地设计、加工制造模具和合理选择拉拔模材料对拉拔生产是很重要的。3.1 拉拔工具的材料及其加工在拉拔过程中，拉拔模受到较大的摩擦，对拉模有很大的磨损，因此要求拉模的材料具有高的硬度，高的耐磨性和足够的强度。以下为常见的拉模材料：1) 金刚石是目前世界上已知物质中硬度最高的材料，并且具有高的耐磨性和耐腐蚀性。但金刚石非常脆且仅在模孔很小时才能承受住拉拔金属的压力。因此，一般用金刚石摸拉拔直径的细线；2) 硬质合金具有较高的硬度，足够的韧性、耐磨性和耐蚀性。硬质合金模的寿命很高，且价格便宜。一般在拉制2.5mm以上，2540mm以下的制品，拉模多用硬质合金制造。3) 钢材，对于中、大规格的制品广泛采用钢制拉拔模。 拉伸工具的材质和使用范围见表3-1所示。表3-1拉伸工具的材质和使用范围材 质特 性使 用 范 围 硬质合金：含钴碳化钨1、 具有高硬度2、 具有高耐磨性3、 制造方便用于以上各种规格的管棒型材优质钢：、1、 经济2、 制造、修模容易3、 硬度与耐磨性差、寿命短1、 小批量生产直径大于的棒材2、 端面大于的实心棒材3、 的管材合金钢：、 表3-2 硬质合金的牌号、成分和性能拉模所用的硬质合金适宜碳化钨为基，用钴为粘结剂经高温烧结而成的合金。为了提高硬质合金的使用性能，有时在碳化钨硬质合金中加一定量的钽、铌和钛等元素，或添加一些稀有金属的碳化物，提高硬质合金的强度和硬度，如表3-2所示。合金牌号成分，%比重性能WC Co抗弯强度，MPa硬度，HRAYG397314.915.3103089.5YG694614.615.0132488.5YG892814.014.8142288.0YG10901014.214.6YG15851513.914.1171686.0拉模用的硬质合金多选用。硬质合金模抗张和抗冲击性能较低，在拉拔过程中，拉模需要承受很大张力，故而需要在硬质合金模的外侧镶一个钢制外套，给予它一定的预应力，减少或抵消拉模在拉拔是所承受的工作应力，增强它的强度。综上 ，本次试验所用拉拔模为硬质合金模芯外镶一个钢制外套。如图3-1所示。图3-1 拉拔模示意图（斜线阴影部分为钢制外套）3.2 锥形模的结构和尺寸的确定 锥形模的模孔可分四个带，即润滑带，压缩带，定径带，出口带，详情如图3-2所示。图3-2 锥形模示意图(润滑带；压缩带；定经带；出口带)3.2.1 润滑带的确定润滑带的作用是在拉拔时使润滑剂容易进入模孔，减少拉拔过程中的摩擦，带走金属变形和摩擦产生的热量，还可以防止划伤坯料。润滑锥角大小要适合，角度过大，润滑剂不易储存，润滑不良；角度过小，易造成制品表面刮伤、夹灰、拉断等缺陷。润滑带长度一般取制品直径的倍。对于管、棒品拉模，润滑锥常用48mm的圆弧代替。本次试验拉拔模的润滑锥取的圆弧代替，润滑带长度。3.2.2 压缩带的确定压缩带是金属实现塑性变形的主要部分，并获得所需形状与尺寸。本次试验采用的是锥形模，其压缩带长度可用下式确定： (3-1)式中 坯料可能最大的直径。 不同心系数，等于，细制品用上限。 一般情况下，对于棒材拉拔，压缩带长度，用此式确定压缩带长度，取。压缩带的模角是拉模的主要参数之一。角过小，将使坯料与模壁的接触面积增大；角过小大，将导致附加剪切变形增大，继而拉拔力和非接触变形增大。因此，模角存在着一最佳区间。见表3-3。拉伸种类拉棒拉管一般小规格小直径薄壁管规格较大的空拉管材模角/（）612107815表3-3 管棒拉伸时合理模角的区间 本次设计的目的是找出黄铜棒拉拔锥形模的最佳模角，设计的九个方案分别为方案一模角值、方案二模角值、方案三模角值、方案四模角值、方案五模角值、方案六模角值=7、方案七模角值=8、方案八模角值=9、方案九模角值=10。最终根据9个方案的拉拔力、破坏系数确定最佳模角（保证除模角外的其他一切条件相同）。3.2.3定经带的确定定径带的作用是使制品进一步获得准确的形状和尺寸，它可以是拉模免于磨损而很快超差，提高了拉模的使用寿命。定径带的合理形状是圆柱形。制造小规格的模子用金属进行研磨和抛光时，可以得到圆柱形定径带。定径带的直径是根据制品规格确定的。由于考虑到制品的公差、弹性变形和模子的使用寿命，其实际尺寸比模子的名义尺寸要小。用于拉青铜的模子的模孔，对同一成品规格而言，比拉制紫铜的要小得多，而拉制黄铜的模孔介于两者之间。本次黄铜棒拉拔实验取定径带的直径等于制品直径。表3-4 不同拉伸时定径带长度与定径带直径的关系定径带最适宜的长度应保证制品尺寸精确、模子耐磨、寿命长、拉断次数少和拉拔能耗低。若定径带太长，由于摩擦力增大，则使能耗增高；若定径带太短，则难以保证制品尺寸精度，同时模子寿命缩短。对于不同的制品其定径带长度各有不同的数值范围。可参照表3-4和表3-5。拉拔方式拉棒拉管采用芯头拉拔空拉关系式 棒材拉模模孔直径51515.12525.14040.160定径带长度3.554.56.56810管材拉模模孔直径32020.14040.16060.1100101400定径带长度11.51.52233456 表3-5 拉伸定径带长度范围 单位： 本次黄铜棒拉拔实验中，取模孔直径等于制品直径，根据表2-4中关系式，取拉模定径带长度。3.2.4出口带的确定出口带又名出口喇叭，其作用是防止金属出模孔时被划伤和模子定径带出口端因受力而引起的脱落。出口带制作成锥形，其锥角为，。本次实验，取出口锥角，。 注：上述拉模四部分的交接处应研磨光滑，特别是定径带与出口带的交接处要加工良好。否则制品在拉伸后因弹性变形或拉伸方向不正将制品划伤。在模拟过程中可将各交接处设置成圆弧倒角。 表3-6 不同方案锥形模的尺寸参数以下为锥形模设计小结。 锥形模润滑带压缩带定径带出口带润滑锥模角锥角方案一 的圆弧 7.224.56 1.51.5方案二 3方案三 4方案四 5方案五6方案六7方案七8方案八9方案九103.3 拉拔模厚度如上图2-2所示，拉拔模的总厚度为拉拔模各区域厚度之和，即： (3-2)本次试验为拉拔模为硬质合金模，其组成为硬质合金模芯外加钢制模套。其结构如图2-1所示。故。拉拔模的总厚度H可参考表2-6，所以取，而。本次黄铜棒拉拔实验，硬质合金模芯厚度为，钢制模套厚度为。3.4 拉拔模外圆直径在确定拉拔模外圆直径时要考虑以下几个方面：1) 保证模子有足够的强度，当制品直径大时，其外圆直径也应当相应增大；2) 节约模子材料；3) 便于生产管理。由于要加工的制品规格与尺寸繁多，所以在实际生产中可以将模子的外圆直径制成几种规格，以实现系列化。在确定拉拔模外圆直径时，通常用制品尺寸以及经验公式计算： (3-3)式中， 拉模外圆直径/mm。 拉拔制品直径/mm。 系数，当D60mm时，K=13；当D60mm时，K=0.50.8。使用硬质合金制模时，考虑到硬质合金比较脆，价格较为昂贵，故而本次黄铜棒拉拔 表3-7 拉拔模的主要结构 单位：实验使用的拉拔模为硬质合金模芯外镶钢制模套，参照图2-1。拉拔模直径可参考表3-7。 材质硬质合金模36452010201312.556.11545301925181.52.5515.127604532302424527.138906044353024.55 参照表3-7，取，。3.5 模孔的加工 以前模孔加工方法最常用的就是机械振动冲模打孔法，这种加工方法不仅时间长而且效率低，所以多用于模子的修复上。目前，常用电火花打孔、超声波打孔以及激光打孔等方法对模孔进行加工，它们均具有质量好、效率高、速度快等特点，是比较常用和好用的打孔方法。第四章 棒材拉拔工艺参数设计整个拉伸过程就是逐渐改变制品形状、尺寸、使之从坯料达到成品的过程。确定棒材拉伸工艺就是根据制品的要求和设备性能及生产能力，确定依次变化的模具形状和尺寸，确定拉伸的加热速度、拉伸速度等拉伸参数。4.1 拉拔配模的设计拉拔配模设计又称为拉拔道次的计算，为了获取形状、尺寸、表面质量和力学性能都符合要求的制品，就要根据制品的要求来确定拉拔道次以及各道次所需要的模孔尺寸与形状。4.1.1 拉拔配模的选择拉拔配模可分为单模拉拔配模和多模连续拉拔配模。1) 单模拉拔配模：坯料每次只通过一个模子的拉拔而确定每道次拉拔所需拉模尺寸、形状的工作称单模拉拔配摸。单模拉拔主要用于管棒型材的生产。2) 多模连续拉拔配模：在一台拉拔机上，坯料每次同时连续通过数个或几十个模子的拉拔而确定所需拉模尺寸和形状的工作。多模连续拉拔主要用于线材的拉拔。本次黄铜棒拉拔实验采用单模拉拔。4.1.2 拉拔配摸设计的原则 简言之，拉拔配摸设计在材料强度和塑性允许的条件下，保证产品产量和质量的情况下，尽可能的增大每道次的延伸系数。4.1.3 拉拔配模的设计内容拉拔配模的设计内容有：坯料尺寸的确定、拉拔道次的确定、中间退火次数的确定以及道次延伸系数的分配。对于本次设计，黄铜棒单道次拉拔成型求最佳模角的实验，无需进行配摸设计。综上，本次设计中，坯料的尺寸为、材质为、单模单道次拉拔成型。4.2 棒材的拉伸工艺4.2.1 拉伸工艺流程黄铜棒拉伸工艺流程见上述2-2节图2-1。 本次黄铜棒拉拔实验，为单模单道次拉拔求最佳模角，故而只需考虑制夹头和拉伸两个步骤。4.2.2制夹头为了实现拉伸，必须将制品的一端断面减少，以便通过模孔，这个过程被称为制夹头（又称打头）。制作夹头时，对于挤压棒胚的夹头应做在配料的尾部；管胚夹头应壁厚偏差较大的一端；中断后的管胚，夹头应分别做胚料原来的头尾上，这样对制品的质量能起一定的保护作用。经计算，本次试验打头长度定为，打头后断面直径为。各方案坯料经打头后尺寸如表4-1所示。 表4-1 制夹头后坯料尺寸 单位：mm坯料模角锥角区方案一5.38214.3210.3方案二10.1639.5410.3方案三12.5547.1510.3方案四13.9855.7210.3方案五14.9464.7610.3方案六15.6374.0710.3方案七16.1483.5610.3方案八16.5493.1610.3方案九16.86102.8410.34.2.3 拉伸本次试验中，拉伸在deform软件中模拟完成，需要进行三维造型和数值模拟。 4.3 拉拔温度及速度的确定一般拉伸是在冷状态下进行的，然而对一些在常温下塑性较差、强度较高的金属材料如某些合金钢和铍、钼、钨等，则采用温拉或热拉来进行拉拔。故本次黄铜棒拉拔实验的拉拔温度定为室温。拉拔速度对拉拔力是有影响的，当变形速度在5m/min以下的低速拉拔时，拉拔力会随拉拔速度的增加而增大；当变形速度增加到650m/min时，由于拉拔过程中产生的变形热还来不及扩散到周围的介质中，因而提高了金属变形温度，进而加工硬化程度减少、拉拔力下降；当拉拔速度继续增大时，拉拔应力反而变化不大。上一节叙述中，选择链式拉拔机，参照表4-2，拉拔速度范围在。考虑到拉拔的经济效应和拉拔的顺利进行，设定拉拔速度为，即。4.4 拉拔时的润滑和润滑剂种类的确定表4-2 拉拔棒材时的平均摩擦系数 在拉拔过程中，坯料与拉拔模之间的摩擦系数对拉拔力有着很大的影响，拉拔棒材时的平均摩擦系数可见表4-2。拉伸材料使用条件拉模材料钢硬质合金钻石铜及铜锌合金软化0.080.070.06硬化0.070.060.05青铜、铜镍合金软化0.070.060.05硬化0.060.050.04由表4-3可知，拉拔材料铜及铜锌合金与拉模材料硬质合金在硬化的使用条件下的摩擦系数为0.06。在棒材拉伸时使用润滑剂或润滑液是为了降低坯料与拉拔模之间的摩擦力，同时还起到了冷却工具的作用，防止坯料粘结拉拔模、冷却拉拔模、避免拉拔模工作是过热。它可以改变制品的表面质量，提高工具的使用寿命，降低能耗，允许采用较大的延伸系数，有利于提高拉伸生产率。 金属拉拔所使用的润滑剂主要有固体润滑剂、粉状润滑剂、油类、皂溶液、乳液和润滑脂等，而在铜与黄铜的拉拔中使用的润滑剂有乳液、润滑脂、油和皂溶液。乳液的价格便宜，可循环利用，对模具以及管材外表面具有较强的冷却和润滑作用，；润滑脂的润滑性、防锈性以及粘附性很好，其抗磨和润滑性质还可以通过添加其他物质来改变，可在有色金属管棒材低速拉拔时使用；油主要有植物油、动物油和矿物油，植物油可食用，应当少用，动物油润滑性能很好，但价格昂贵，故一般用的不多，矿物油价格便宜，来源广泛，主要用于棒材的拉伸，纯矿物油只适合用于有色金属线材的拉拔；皂溶液的冷却作用和过滤性都很好。金属拉拔常用润滑剂参见表4-3。铜及其合金的拉拔润滑选择受拉拔速度、棒材直径及模具等诸多因素影响。一般来说，铜棒低速拉拔时，使用润滑脂或高粘度润滑油；铜棒高速拉拔时几乎广泛使用水基润滑剂高皂/低脂肪乳化液。本次拉拔实验设置的拉拔速度为，属于高速拉拔。故而拉拔时采用低脂肪乳化液来进行润滑，参照表4-4可知黄铜棒HPb59-1在润滑条件下的摩擦系数为 0.0135。 制 品金属与合金润 滑 剂 成 分管 材铝及铝合金紫铜、黄铜青铜、白铜镍及镍合金(1) 机油 （2)重油1%肥皂+4%切削油+0.2%火碱+水同上1%肥皂+4%切削油+0.2%火碱+适量油酸+水棒 材紫 铜、机油+洗油机油切削油线 材紫铜、铝及其合金铌钨、钼（1) 机油 （2）切削油 （3）切削油水溶液 （4）菜油 同上 11号或38号气缸油（1） 蜂蜡 （2）石蜡 石墨乳表4-3 有色金属拉拔时常用的润滑剂 代号弹性模量抗拉强度端面收缩率伸 长 率布氏硬度摩 擦 系 数软态硬态软态硬态软态硬态有润滑剂无润滑剂10.542055044455751490.01350.1710.528052055404581480.0130.4510.6350580706210481420.0080.3010.545076045980170表4-4 加工黄铜的物理性能和工艺性能 注: 1.硬态的一般变形程度为50%。 2.软态一般为退火的状态。综上，本次拉拔实验选用润滑剂为低脂肪乳化液，摩擦系数为0.0135。 第五章 Deform模拟过程5.1 创建三维造型本次实验设计拉拔模为硬质合金模芯外镶钢制模套，由于在数程模拟中不需要考虑钢制模套的作用，故而只需硬质合金模芯与坯料直接作用。由上述拉拔模设计可知，所用器具均为中心对称，因此可利用中旋转关系，得到夹头、坯料和凹模的实体图，并以STL格式输出，分别命名为：jiatou.stl、piliao.stl、aomo.stl。5.2 前处理5.2.1设置模拟控制打开DEFORM软件，进入DEFORM主界面，新建文件，设置模拟控制初始条件。5.2.2 设置对象信息首先 ，在对象信息区导入坯料，设置轧件类型为Plastic、温度为20，并将轧件的材料设置为DIN-CuZn40Pb21050-1400F(550-750)；对坯料进行初始网格划分，选择绝对划分，最小网格设为0.5，而后对棒料进行局部网格细化；再对坯料进行边界条件和体积补偿设置。其次，在对象信息区导入夹头，将轧件的类型设置为Rigid、温度为20，并选中Primary Die；随后对夹头的驱动条件进行定义：设置夹头的运动方向为X轴，定义夹头的运动速度为300mm/s。最后，在对象信息区导入拉拔模，定义轧件类型为Rigid、温度为20。5.2.3 设置对象间关系与模拟控制信息本次对黄铜棒拉拔锥形模模角的数值模拟涉及到棒料与拉拔模之间的热传导和变形过程，所以还需要对棒料与拉拔模的关系进行定义：定义棒材与拉拔模间摩擦系数为0.0135、设置传热系数为1，采用系统默认的触容差值，再生成对象间的接触点。设置模拟控制信息，将开始第一步设置为-1、模拟步骤的数量为200步，每隔10步保存一次，选中夹头为主动模，定义夹头在Z轴方向运动25mm后终止整个模拟过程。5.2.4生成数据库文件首先检查数据库的文件能否生成，若可以生成，则设置符合条件，即可生成“lb-1.DB”数据库文件。5.3 多任务生成与分析求解多任务生成