本课题主要研究内容有以下几个方面：

（1）建立管材旋转挤压有限元分析模型；

（2）借助Deform软件研究芯棒旋转速度、凸模压下速度、摩擦因子、挤压比、模具锥角等对管材旋转挤压后等效应变、载荷等场量的影响，掌握各因素的影响规律；

（3）借助Deform软件研究管材旋转挤压与常规正挤压的差异。

第二章 管材旋转挤压成形过程的数值模拟

2.1有限元数值模拟的介绍

由于计算机科学的飞速发展，以及对材料成形规律日益深入的研究，近十几年来，计算机数值模拟技术在材料成形过程的运用取得了很大的进展。计算机数值模拟是指在具体材料成形问题中，通过数值计算的方法利用微分方程，边值问题条件，如工件和模具的速度场、位移场、应变场、应力场以及温度场等未知量，来推测工件中组织性能的变化以及可能出现的缺陷，并利用计算机图形技术将这些分析结果直观的、动态的呈现，使研究人员能通过虚拟的材料加工过程来了解以及检验材料的最终尺寸和性能是否满足设计要求，最终达到优化改进工艺方案的目的。

利用计算机数值模拟技术，可以在材料成形工艺设计和模具设计初步完成后立即进行检验，检测其是否为最优设计方案，然后根据模拟结果完成详细设计然后进行模具制造。因此，在进行新产品开发时，就可以同时展开产品设计、工装模具设计和制造等相关工作，即实现并行工程和虚拟制造。增加了产品和工程的可靠性，缩短产品投向市场所需要的时间。目前，有限元法（FEM）是金属塑性成形过程模拟的最流行的方法。有限元分析方法的核心思想是结构离散化，即将实际结构假想的离散为有限数目的组合体单元，通过分析离散体而获得实际结构物理性能的近似解[11]。它能解决那些需要分析但是又无法求解的复杂困难问题。因此，有限元分析方法得到越来越多的重视。它在汽车、机械制造、土木建筑、材料加工、国防军工、电器电子等各个领域得到广泛的应用，让现在工程人员的设计水平得到了质的飞跃。

当前有限元软件的分析功能几乎覆盖了全部的工程领域，而且它的使用也很方便。目前，比较流行而且应用广泛的有限元分析软件有：ABAQUS、ANSYS、AutoForm、DynaForm、Deform、MARC等。

2.2有限元软件Deform

数值解法中应用较广泛的方法为有限元法。材料成形中常用的软件有Deform、Autoform和Moldflow等，分别用于体积成形、板料冲压和注塑成形过程的模拟与设计。本文中采用的有限元分析软件为Deform。Deform是一套基于有限元的工艺仿真模拟系统，它是由美国BattelleColumbus实验室于20世纪80年代开发的，主要用于分析金属的塑性成形、刚塑性成形和热处理等数值模拟分析。Deform-2D主要用于分析平面应变问题或轴对称问题[16]，可以简化模型，缩短运算时间，提高模拟效率。Deform-3D用于分析热力耦和非等温形变问题及三维变形，而且它具有业内领先的网格重划分技术，在模拟的过程中能够自动进行网格重划分。在形状比较复杂或精度要求高的区域，能够进行局部网格细化，对某些部位的材料进行精准模拟，得到更加准确的结果。工作体受外加载荷均匀对称时，Deform允许选取部分工作体，比如工作体的1/16，利用边界条件生成整个工作体，运算过程中只需要计算工作体的1/16，大大缩短模拟时间，提高效率。Deform是非常专一的金属材料板料成形、体积成形以及刚塑性成形方面的有限元分析软件，所以它的用户图形界面非常友好，用户可以快速而方便地掌握Deform并进行模拟分析。管材转挤压变形的受力状态是变形中沿坯料高度方向施加压力，同时沿坯料横截面方向施加扭矩的变形工艺。管材旋转挤压变形的特殊性是环向位移不为零。因此，在分析圆形管材旋转挤压变形时，无法采用环形单元进行二维计算，必须采用三维模拟。因此，本文使用Deform-3d单元进行模拟。