流体管广泛应用于石油、化工、天然气等行业,由于要求运用在极寒极热等恶劣地区,导致现代流体管的生产正在向“大口径、高压输送、高钢级管材”趋势发展,冷拔流体管使用越来越多,质量要求也越来越高。传统生产流体管方法通常采用固定短芯头冷拔模具,其单道次冷拔精度为:外径尺寸偏差为D2级,壁厚尺寸偏差为S2级。若需进一步提高其尺寸精度,多采用多道次冷拔,这将影响生产效率并增加冷拔成本。针对这一问题,本文以冷拔流体管为例,设计了一种双径冷拔模具,旨在单次拉拔中,能达到高的冷拔成形精度。文章利用有限元软件ABAQUS对其拉拔过程进行仿真模拟分析,通过对固定短芯头单径模具和双径模具的冷拔成形精度、拉拔力和等效残余应力等方面进行分析和比较,以验证双径冷拔模具的可行性,并对双径冷拔模具的结构参数进行优化分析。在同等条件下(同批次的管坯、相同预处理工艺以及相同冷拔模具结构参数等)利用有限元软件ABAQUS,分别对固定短芯头单径模具和双径模具冷拔过程进行有限元仿真模拟分析,其结果表明:(1)对于两种模具其冷拔变形规律相同:坯料外径尺寸越大,其外径变形量越大,外径尺寸偏差也越大;坯料壁厚尺寸越大,其内壁变形量越小,成品壁厚尺寸偏差越小。(2)冷拔成形精度:固定短芯头单径模具外径偏差等级可达D2级,壁厚偏差等级可达S3A级;而双径模具成品外径偏差等级可达到D3级,壁厚偏差等级可达到S3C级。说明双径模具比固定短芯头单径模具冷拔出的外径精度能提高一个等级,壁厚偏差可减小约50%。(3)检验了固定短芯头单径模具和双径模具的拔制力,其中单径模具仿真结果与国内常用计算拔制力公式基本一致,双径模具的拔制力比单径模具要大11%左右。(4)等效残余应力分析表明:两种模具的残余应力最大值发生在内模入口角与定径带交界处,且两者数值相差不大,此分析结果与实际中模具磨损最大位置相符。采用正交实验法对双径模具的主要工艺参数(入口角α、前后道次定径带长度h以及前后道次定径带相对位置L)进行仿真优化设计,运用极差分析法进行处理,结果表明:(1)工艺参数对双径模具冷拔外径成形精度和等效残余应力的影响次序为:入口角α>前后道次定径带相对位置L>前后道次定径带长度h;壁厚成形精度的影响次序为:前后道次定径带长度h>前后道次定径带相对位置L>入口角α。(2)综合考虑成形精度和等效残余应力等影响,仿真优化得到的最佳工艺参数组合为:入口角α=11°,前后道次定径带长度h=22mm,前后道次定径带相对距离L=19mm。在此优化模具结构条件下,其拉拔成形精度的外径偏差等级为D3级;壁厚偏差为S4A级,与传统单径模具相比,可提高一个等级,虽然等效残余应力和拔制力提高不大,但足以满足成品质量要求。