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3、拉拔、推挤和滚轧钢管模拟分析
3.1 模拟参数的确定：
压棍直径Dg：500 。
管材直径./壁厚/长度(D/t/L)＝200/10/600。
单道次压下量H:：20 。
压制速度V：400 mm/s 。
摩擦系数μ：0.1～0.2 。
材料：普通碳素钢，
材料的真实应力应变曲线如图3所示，材料参数来自ANSYS/DYNA的材料库
 图3 材料的真实应力-应变曲线 有限元模拟用材料：Piecewise Linear(与应变率相关的分段线性塑性材料模型)
分段线性塑性模型是多线性弹塑性材料模型，可输入与应变率相关的真实应力应变曲线。它是一个非常通用的塑性模型，广泛用于金属的塑性加工。采用这个材料模型也可根据塑性应变来定义失效。
若把材料改为热轧钢管，此模型也同样适用于热轧成形。
3.2模拟的加载方式
对于拉拔工艺的加载：在图2中固定管材的右端面（在图中靠近轧辊的端面）的轴向位移，给定轧辊向左移动800mm。轧辊在移动过程中自行转动。
对于推挤工艺的加载：在图2中固定管材的左端面（在图中远离轧辊的端面）的轴向位移，给定轧辊向左移动800mm。轧辊在移动过程中自行转动。
对于滚轧工艺的加载：在图2中固定轧辊轴线，只允许绕自身轴线转动，管材移动800mm。
3.3 仿真结果分析
3.3.1变形比较与分析
 图4：钢管成形后的几何形状  图4：钢管成形后的几何形状  图6：径向截面图 图中符号的意义：图5中的A截面表示管材由咬入转为稳态过程的开始； B截面表示管材由稳态转为终了的成形过程。
轴向截面a，b，c图中的D,E,F表示从稳态过程截取D,E,F面，对应为图6中的d，e，f三个径向截面图。
分析：
1）从图5中的a，b，c三个轴向截面变形图可以看出，无论哪种工艺下，在空模滚模压制大口径厚方管，均存在不同程度的失稳情况，而且这种情况在咬入端尤为严重。
2) 比较图5中的a，b，c的左端部分，可以看出滚轧截面变形最为严重，进入稳态时间长，也就意味着管头损失大。而拉拔工艺的变形更趋缓和，进入稳态时间短，端面失稳程度也是三者中最小的。
3) 管材轴向伸长量由于其金属内部轴向流动的结果，若是轴向伸长量大则表示其金属内部轴向流动比较顺利。通过上图比较三种工艺的管材轴向伸长量，拉拔过程伸长量最大达到615mm，推挤过程为605mm，滚轧过程则没有伸长量。
3.3.4力参数的比较与分析
3.3.4.1沿管材径向（即压下方向）的压力
该项力是成形过程中最大的作用力，它是滚模的设计及相关机构的强度设计中的重要因素。
 图7：沿轧辊径向的作用力时序图 分析：
1）从图7中可以看出滚轧过程中轧制力最大达到760KN,明显大于其余两种工艺，从变形断面来看滚轧的变形和失稳程度明显大于其他的工艺。
2）比较图7中推挤和拉拔工艺下的径向力，可以看出推挤工艺稳态过程中的径向力比拉拔稳态过程的径向力略大，拉拔最大为354KN,而推挤最大为372KN。拉拔过程径向力的变化率比推挤更缓和，成形效果也较好。
3.3.4.2沿管材轴向的接触面上的作用力分析
该作用力对于拉拔工艺而言是拉拔力，对于推挤而言为推挤力，对于滚轧来说则是单个轧辊所需的扭矩。实际上该力决定了成形过程中的动力输入，是电机及相关动力装置的选取的重要参考因素。
 图8：轴向接触力时序图 说明与分析：
1）如图8所示滚轧对应的曲线是指单个轧辊所受的力，滚轧过程最大轴向力为171.2KN，对应最大扭矩42.8KN·m，而总的动力输入则是包含四个轧辊的驱动扭矩。
2）如图8中拉拔过程轴向力最大为 232.8KN，推挤过程最大轴向力为245.6KN，推挤工艺所需的驱动力要比拉拔的略大。
3)如图8中的0～0.3s左右拉拔和推挤工艺中轴向力就进入稳态成形过程，1.4～1.8s为终了阶段，而滚轧过程直到0.6s左右才进入稳态，而且在1.25s左右就过早的进入终了阶段，这对成形都具有不利的影响
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br>图9：L1示意图 