异型钢管因其具有合理的经济断面、壁薄质轻、金属利用率高等特点,在经济与社会发展中发挥了重要的作用。由于成形过程的复杂性,传统理论在对异型钢管成形过程的研究上显得明显不足,而计算机模拟技术则是近年来发展起来的一门新的研究方法,它已成为提高成形质量、设计成形工艺和模具优化设计的有力工具。 本文以十字形钢管为研究对象,开展对异型钢管拉拔成形过程研究,首先结合挤压流线理论,设计了“流线型”拉拔速度场模型,这为改善金属流动状态、降低能耗创造了良好条件;紧接着以“流线型”速度场为理论依据,对十字形管拉拔模具的凹模轮廓进行了合理设计。为验证“流线型”拉拔速度场模型的适用性与优越性,本文采用有限元软件MARC和SUPERFORM对十字形异型管在“直线型”和“流线型”两种模具型腔中的成形过程,分别进行了二维和三维数值模拟,得到了变形过程中的应力、应变分布规律,并对模拟结果从曲线分布和数值上进行了对比分析;讨论了拉模锥角、断面缩减率、摩擦、拉拔速度等对拉拔过程的影响;本文还从模拟的角度,对异型管实际生产中易出现的许多问题,如钢管横裂、纵裂、尾部不平整等,提出了相应的解释。 研究表明,采用“流线型”速度场模型对异型管拉拔过程进行分析更接近于真实情况;同时,以此作为模具设计基础得到的“流线型”模腔,较大程度地改善了金属的流动状态,在拉拔稳定性、能量消耗及模具磨损上,比普通“直线型”模腔具有一定的优势。