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多道次拉拔管的三维弹塑性有限元分析

钢铁研究学报 2000年第3期12卷 27-30页

作者：黄成江李殿中戎利建李依依中国科学院金属研究所辽宁沈阳110015

借助有限元分析软件模拟了 316 L 不锈钢管的拉拔过程 ,比较了单道次拉拔与多道次拉拔对残余应力场的影响 ,发现在变形量相同的条件下 ,单道次拉拔引发的残余拉应力较小 ,且分布较均匀。通过比较变形区各方向应力场的异同 ,发现减少拉... 详细信息

借助有限元分析软件模拟了 316 L 不锈钢管的拉拔过程 ,比较了单道次拉拔与多道次拉拔对残余应力场的影响 ,发现在变形量相同的条件下 ,单道次拉拔引发的残余拉应力较小 ,且分布较均匀。通过比较变形区各方向应力场的异同 ,发现减少拉拔道次能明显降低拉拔管变形过程的不均匀性 ,有利于改善管材表面质量 ,减小残余应力。

关键词：钢管多道次拉拔弹塑性有限元法残余应力

多道次拉拔对Cu-1Ag合金微细丝线组织及性能研究

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铸造技术 2020年第11期41卷 1020-1023,1029页

作者：冯江宋克兴何季麟程楚张朝民周延军曹军皇涛张学宾河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心河南洛阳471023 河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室河南洛阳471023 郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

采用三室真空熔炼气体保护冷型竖引连铸制备Cu-1Ag合金铸杆,通过多道次拉拔制备Cu-1Ag合金微细线。研究了应变对Cu-1Ag合金微细线的力学性能和导电性能变化规律。结果表明:ф7.8 mm铸杆具有连续纵向柱状晶组织,经多道次拉拔变为纤维状... 详细信息

采用三室真空熔炼气体保护冷型竖引连铸制备Cu-1Ag合金铸杆,通过多道次拉拔制备Cu-1Ag合金微细线。研究了应变对Cu-1Ag合金微细线的力学性能和导电性能变化规律。结果表明:ф7.8 mm铸杆具有连续纵向柱状晶组织,经多道次拉拔变为纤维状组织。Cu-1Ag合金的抗拉强度随着应变的增大而增大。当应变为11.93时,抗拉强度和电导率分别为963 MPa和92.8%IACS。其强度比纯Cu的抗拉强度提高了37.6%,而保持与纯Cu相近或相当的伸长率为2%。Cu-1Ag合金电导率随着应变的增大呈先减小后稳定的趋势,并建立了合金导电率与应变之间的关系。

关键词：竖引连铸 Cu-1Ag合金微丝细线性能多道次拉拔

拉丝模半角和多道次拉拔对附加剪切应变层的影响

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金属制品 2009年第1期35卷 62-62页

拉拔过程中，在钢丝表面产生的硬化层被称为附加剪切应变层，为阐明拉丝模半角对附加剪切应变层的影响以及多道次拉拔过程中附加剪切应变层的变化规律，日本科技工作者对此进行了研究。

关键词：多道次拉拔应变层拉丝模剪切半角拉拔过程科技工作者变化规律

维普期刊数据库评论

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复合丝材制备技术进展

贵金属 2020年第2期41卷 75-81,95页

作者：陈亚戴华赖文发杨丽娟牛海东万吉高刘毅武海军昆明贵金属研究所贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室昆明650106

在复合丝材的制备过程中,界面附近原子互扩散形成具有一定宽度的扩散层,扩散层由金属间化合物和固溶体组成,金属间化合物的种类和数量由热处理温度和时间决定。适当的互扩散对提高复合丝材界面结合强度是有利的,但过多金属间化合物会导... 详细信息

在复合丝材的制备过程中,界面附近原子互扩散形成具有一定宽度的扩散层,扩散层由金属间化合物和固溶体组成,金属间化合物的种类和数量由热处理温度和时间决定。适当的互扩散对提高复合丝材界面结合强度是有利的,但过多金属间化合物会导致复合丝电导率、延伸率下降,甚至引起超细复合丝覆层脱落,严重影响复合丝材的可加工性。因此,界面问题是复合丝材制备过程中的关键问题。系统介绍了复合线材的种类、成型方法及研究现状,重点论述了扩散层界面物相及其对复合线材性能的影响,对开发新型复合线材的成型工艺及性能研究提供参考。

关键词：复合线材界面扩散金属间化合物多道次拉拔

铜管游动芯头拉拔道次优化的弹塑性有限元模拟

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锻压技术 2005年第3期30卷 39-42页

作者：申卫华刘化民张士宏中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016

借助大型非线性有限元软件Marc,应用二维轴对称弹塑性有限元法模拟铜管多道次拉拔过程,对比分析铜管游动芯头5道次拉拔和4道次拉拔对铜管力学性能和质量的影响。模拟结果表明,为了得到同样规格的铜管,优化拉拔道次可改善铜管拉拔中的不... 详细信息

借助大型非线性有限元软件Marc,应用二维轴对称弹塑性有限元法模拟铜管多道次拉拔过程,对比分析铜管游动芯头5道次拉拔和4道次拉拔对铜管力学性能和质量的影响。模拟结果表明,为了得到同样规格的铜管,优化拉拔道次可改善铜管拉拔中的不均匀变形、降低成品铜管中的残余应力,同时提高铜管质量,从而提高生产效率,增加生产效益,这对于铜管游动芯头多道次拉拔配模的选择有着一定的参考价值。

关键词：游动芯头有限元模拟铜管次优化非线性有限元软件弹塑性有限元法不均匀变形多道次拉拔 Marc 拉拔过程力学性能对比分析模拟结果拉拔道次残余应力生产效率生产效益参考价值轴对称质量

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珠光体钢丝冷拉大变形应变路径研究

珠光体钢丝冷拉大变形应变路径研究

作者：杨亚楠沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着汽车和轮胎轻量化的发展趋势,钢帘线需要发展高强度的冷拔钢丝;硅片和蓝宝石晶片切割为减少锯缝和材料损失,也迫切要求发展高强度的细钢丝。然而,通过增加塑性应变量提高钢丝力学性能的方法到达了瓶颈,急需寻找其他的有效途径。本... 详细信息

随着汽车和轮胎轻量化的发展趋势,钢帘线需要发展高强度的冷拔钢丝;硅片和蓝宝石晶片切割为减少锯缝和材料损失,也迫切要求发展高强度的细钢丝。然而,通过增加塑性应变量提高钢丝力学性能的方法到达了瓶颈,急需寻找其他的有效途径。本文利用Abaqus有限元分析软件对钢丝多道次拉拔过程进行模拟仿真运算,并进行了多道次拉拔钢丝的力学性能实验,旨在明确冷拉大变形过程中应变路径的规律,以获得基于应变路径的组织演变和力学性能的理论基础,为通过应变路径控制组织演变开发高强度的钢丝提供一条新思路和新方法。文中首先讨论了应变路径的概念和表征方法,确定了以偏应力张量施密特因子表征应变路径演变的方法。然后针对珠光体钢丝多道次冷拉拔的生产工艺,结合有限元软件的特点,运用场变量传递和网格重划分的技术,实现了对珠光体钢丝多道次拉拔应变路径全纪录有限元模型的建立。并针对拉拔大变形以及钢丝表层到心部力学性能不均匀的问题,基于实验构建和修正了大变形量材料模型。对珠光体钢丝进行多道次拉拔模拟。发现钢丝多道次拉拔过程中,各道次在心部到表层方向上的等效应变分布规律相同,且钢丝心部等效应变值最小,次表层处等效应变值最大。23道次拉拔结束后,钢丝的最大应变值可达到4.360。计算了拉拔过程中的应变路径。结果表明不同位置处的材料经历了不同的应变路径变化:心部和表面材料的应变路径基本保持不变,其余部分在进入定径带前经历了较大的应变路径变化,其中次表层材料经历的应变路径变化程度最大。研究了工艺参数对应变路径变化的影响,发现随着模角增大,材料所经历的应变路径变化程度随之增加;而随着压缩率的增加,材料的应变路径变化程度减小。测试了冷拉拔珠光体钢丝不同半径处的屈服强度。由于钢丝在拉拔过程中经历了不同的应变路径,因此钢丝的屈服强度在半径方向上分布不均匀:表层的屈服强度最高;随着半径的减小,屈服强度先降低后升高;在相对半径0.8处,屈服强度又逐渐下降。

关键词：珠光体钢丝多道次拉拔数值模拟应变路径

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冷拔珠光体钢丝力学性能分析及成形工艺优化

冷拔珠光体钢丝力学性能分析及成形工艺优化

作者：钟海平重庆大学

学位级别：硕士

本文以某钢丝厂生产的冷拔80#高碳钢丝为研究对象，为提高其综合力学性能，对冷拔80#钢丝的力学性能、残余应力及拉拔工艺展开了研究，主要研究内容如下：（1）借助一系列力学性能基础实验及XRD残余应力检测实验，对不同拉拔道次下的... 详细信息

本文以某钢丝厂生产的冷拔80#高碳钢丝为研究对象，为提高其综合力学性能，对冷拔80#钢丝的力学性能、残余应力及拉拔工艺展开了研究，主要研究内容如下：（1）借助一系列力学性能基础实验及XRD残余应力检测实验，对不同拉拔道次下的钢丝力学性能、残余应力进行综合分析，得出在原始盘条相同且生产条件一致时表面轴向残余应力是影响钢丝性能的主要因素。（2）基于MARC平台建立多道次钢丝冷拉拔成形过程的有限元模型，结合XRD残余应力检测计算结果验证了模型的可靠性，对金属流动特点及变形规律进行了阐述，同时分析了拉拔变形后钢丝内部的轴向、周向及径向残余应力分布。（3）基于多道次钢丝拉拔的有限元模拟结果，提出用于评价钢丝变形均匀性的指标（应变均方差θ），分析了不同拉拔道次对钢丝表面轴向残余应力及应变均方差θ的影响，研究了八道次拉拔过程中钢丝轴向残余应力在各个道次的分布规律，得出钢丝表面轴向残余拉应力及心部轴向残余压应力都随拉拔道次的增加而增加。（4）将有限元模拟分析与正交试验设计相结合，选用6个主要拉拔参数（模具半锥角α、定径区长度l、压缩率r、拉拔速度v、擦系数μ及反拉力bt）进行钢丝拉拔模拟分析，以钢丝表面轴向残余应力σz及应变均方差θ为指标，确定了各拉拔参数对σz及θ的敏感程度。（5）引入混合优化方法，将正交试验设计与BP神经网络结合，建立正确描述钢丝表面轴向残余应力与各拉拔参数之间的关系的BP模型，同时以降低钢丝表面轴向残余应力为目的采用遗传算法结合已构建的BP网络模型对钢丝拉拔过程进行优化。得出最佳拉拔参数组合：模具半锥角α=4°、定径带长度l=2mm、压缩率r=5%、拉拔速度v=2200mm/s、摩擦系数μ=0.13、反拉力bt=130MPa。经数值模拟验证，优化后钢丝表面轴向残余应力降低41%，优化效果明显，能显著改善钢丝综合力学性能，对同类钢丝拉拔工艺的制定具有一定的借鉴作用。

关键词：冷拔钢丝力学性能残余应力多道次拉拔拉拔参数

CVD金刚石涂层异型拉拔模具的参数优化仿真与制备应用

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CVD金刚石涂层异型拉拔模具的参数优化仿真与制备应用

作者：边留进上海交通大学

学位级别：硕士

智能电网作为“十二五”规划七大战略新兴产业之一，将促使我国的电线电缆行业飞速地发展。异型线材广泛应用于同心绞架空导线与电磁线，与圆线同心绞架空导线相比，型线绞架空导线具有增大导体截面利用率、降低导线弧垂率、防腐性能好... 详细信息

智能电网作为“十二五”规划七大战略新兴产业之一，将促使我国的电线电缆行业飞速地发展。异型线材广泛应用于同心绞架空导线与电磁线，与圆线同心绞架空导线相比，型线绞架空导线具有增大导体截面利用率、降低导线弧垂率、防腐性能好、断线损害小、自阻尼性能强、减小风载等优点。异型电磁线是用以制造电工产品中的线圈或绕组的绝缘电线，广泛应用于发电机、电动机、变压器、电工电子仪表、电磁铁或其它类似电器设备产品绕组。它必须满足许多使用和制造工艺的要求。异型模具的质量是高质量异型线生产的保证，其材质及孔型结构直接影响着拉拔线材质量、模具寿命及企业的经济效益。目前，拉拔模具的模芯材料以硬质合金为主，拉拔过程中模具磨损严重、消耗量大，拉拔质量差且拉拔精度难以保证，铜等原材料浪费严重，造成生产效率低，工人劳动强度大，严重制约了产品质量的提高和拉拔行业生产效益。此外，生产硬质合金拉拔模具的原材料钨以及粘结剂钴，均为重要的战略资源，大量硬质合金材料模具的消耗，直接导致国家战略资源的浪费。化学气相沉积（Chemical vapor deposition,简称CVD）金刚石薄膜具有许多接近天然金刚石的优异性能，如极高的硬度和耐磨性、高的弹性模量、良好的热导率、较低的摩擦系数和良好的化学稳定性等，因此研究开发具有优异性能的新型CVD金刚石涂层的拉拔模具，不仅可以大幅度提高模具寿命，降低生产成本，提高生产效率和产品质量，而且对减少对战略资源钨、钴的消耗，建设资源节约型社会，实现经济可持续发展战略均具有重要意义。本文根据塑性金属材料的流动性变形规律，采用CAD/CAE技术对异型拉拔模具进行结构设计，并基于弹塑性有限元法，利用非线性有限元分析软件模拟研究了CVD金刚石涂层异型拉拔模具的拉拔过程，得到了拉拔过程中异型线材与模具的应力、应变分布规律以及在一定拉拔条件下CVD金刚石涂层异型拉拔模具的最佳孔型参数。依据最佳孔型参数，在慢走丝电火花线切割机床上加工异型拉拔模具，并设计正交试验提高异型拉拔模具内孔的加工质量及加工效率。然后在异型拉拔模具内孔表面沉积CVD金刚石涂层，并分别对抛光前后的CVD金刚石涂层进行粗糙度测量、拉曼（Raman）分析以及扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,简称SEM）分析。最后通过实际的拉拔试验验证了仿真结果，具体的研究内容如下：（1）利用CAD/CAE软件对矩形及瓦形拉拔模具进行单道次拉拔的结构设计，使模具孔型由圆形逐渐过渡到型线所要求的截面形状，使其既符合金属流动规律，又满足拉丝机的速比参数要求。采用非线性有限元分析软件对矩形铜线、瓦形铝线的单道次拉拔过程进行有限元仿真，得到拉拔过程中铜铝线材及模具的轴向、径向应力分布规律。然后通过正交实验法研究了矩形铜电磁线及瓦形铝导线在压缩率一定的情况下，金刚石涂层异型拉拔模具各参数（工作锥半角、定径带长度L、拉拔速度v）对拉拔过程的影响，得到了异型拉拔模具最佳孔型参数以及各因素对铜铝材表面轴向残余应力和涂层模具最大等效应力的影响规律。（2）按照设定的速比要求，利用CAD/CAE软件对多道次异型拉拔模具进行结构设计，使其符合金属的线性流动变形规律。利用有限元软件仿真分析多道次拉拔对轴向、径向应力分布规律与拉拔力的影响，以及最后道次压缩区半角与拉拔道次对拉拔过程的影响。（3）采用正交试验法，研究了加工硬质合金异型拉拔模具时，慢走丝电火花线切割的加工参数（电流峰值、放电脉宽时间、脉间时间、主电源电压、伺服电压和电解质水压力）对加工效率和表面粗糙度的影响，分别用极差分析法和方差分析法对以上两种性能指标的主要影响因素进行了分析，并得到了最佳的切割加工参数配置。最后在慢走丝电火花线切割机床上验证了所得到的优化参数。（4）在异型拉拔模具内孔沉积CVD金刚石涂层，并采用表面轮廓仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对抛光前后的CVD金刚石涂层表征。最后，进行实际的拉拔试验，试验结果表明：与硬质合金模具相比，孔型参数优化后的CVD金刚石涂层异型拉拔模具的工作寿命可至少提高10倍。

关键词： CVD金刚石涂层异型拉拔模具参数优化有限元分析多道次拉拔慢走丝电火花线切割制备应用

超高强度钢丝拉拔损伤过程模拟分析及扭转性能提升

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超高强度钢丝拉拔损伤过程模拟分析及扭转性能提升

作者：凌必超东南大学

学位级别：硕士

超高强度钢丝通过冷拉拔变形获得了高强度的力学性能,因此被广泛应用于大跨桥梁等大型建筑工程中。但是,冷拉拔过程使得钢丝屈服强度提高的同时也使其塑性和扭转等力学性能降低。多年来随着生产实践中的不断改良,钢丝的综合力学性能得... 详细信息

超高强度钢丝通过冷拉拔变形获得了高强度的力学性能,因此被广泛应用于大跨桥梁等大型建筑工程中。但是,冷拉拔过程使得钢丝屈服强度提高的同时也使其塑性和扭转等力学性能降低。多年来随着生产实践中的不断改良,钢丝的综合力学性能得到了很大的提升,但是扭转性能的改善却一直不尽如人意。本文从考察拉拔损伤出发,探究钢丝冷拉拔过程中的如微孔洞形成及扩展等损伤现象及损伤演化过程;分析冷拉拔过程中材料塑性损伤及残余应力分布,以提升钢丝扭转性能为目标,进行冷拉拔工艺优化分析以提高钢丝成品质量。结合有限元方法、损伤力学理论、多尺度模拟方法,建立超高强度钢丝的拉拔形变过程的数值模型,分别基于单一尺度和多尺度模拟讨论了钢丝的拉拔形变过程的模拟方法与拉拔损伤演化模型的选择;分析阐述钢丝拉拔过程中损伤产生的机理,建立了含损伤钢丝多道次拉拔过程中三维有限元模型,以展现钢丝连续拉拔中塑性大变形与损伤演化的动态过程。本文完成的主要工作有:分析在工业生产中给定的模具顶角、入线直径和道次压缩率参数条件下,超高强度钢丝内部应力的变化规律,以及多道次拉拔过程中金属材料损伤演化的规律、扭转性能变化趋势;提出了损伤评价方法,给出损伤指标,用以工业生产中从损伤的角度评定钢丝性能;分析钢丝在拉拔过程中扭转性能变化、损伤演化规律与材料力学参数及拉拔角度之间的关系;分别建立单一尺度下和多尺度下含损伤钢丝拉拔过程的数值模型,讨论两种方法的差异性,并对数值计算结果进行比较分析,通过多尺度方法着重观察钢丝内部损伤程度较严重区域的损伤演化、应力变化等过程。通过研究发现:超高强度钢丝在经历多道次连续拉拔过程后,损伤集中发展在钢丝中心轴线附近区域;随着道次的增加,扭转性能不断降低;损伤区域各个节点的损伤不断增加,增加程度与道次压缩率关系密切;在单一尺度模型下,第一道次拉拔后钢丝内部有损伤区域的损伤发展水平也较低,从第二道次开始,钢丝中轴线附近区域损伤发展迅速,损伤最值明显集中在中轴线上;研究钢丝的残余应力及损伤分布沿钢丝径向分布的规律发现:Von Mises应力呈现先降低后增加的趋势,损伤随着距离的增加略微上升后急速下降。探讨了钢丝拉拔工艺参数和钢丝胚材的性能参数对钢丝成品力学性能的影响,研究结果表明:在现有拉拔工艺参数及钢丝胚材的性能参数下,增加模具拉拔顶角、降低孔洞形核时的胚材应变平均值参数、提高孔隙率等措施都会使得钢丝拉拔后损伤指标增加,同时对拉拔后的钢丝扭转性能不利,其中扭转性能与损伤指标对孔隙率参数最为敏感,钢丝塑性应变的波动程度受孔洞形核时的胚材应变平均值参数影响最大。通过单一尺度和多尺度两种方法针对钢丝拉拔过程建立数值模型,分析各自得到的模拟结果,它们在总的残余应力、塑性应变分布上大体一致;由于多尺度方法着重考虑了损伤发展严重区域——钢丝中轴线附近,针对损伤沿钢丝径向分布的结果略有不同:钢丝损伤最高值不再是中轴线,而是稍微偏离中轴线的区域,同时损伤指标也有所提升。

关键词：钢丝数值模型延性损伤多尺度模拟多道次拉拔