（3）材料模型的建立
用于输入成形材料的变形特性。常用的材料模型有弹塑性、刚塑性、热弹塑性、热刚塑性等。主要参数有材料的弹性模量、泊松比、比热容、热导率、屈服应力以及材料的硬化描述等。在分析热处理工艺时，还需要对材料各个物相相关数据以及硬化、扩散等信息进行分析。
（4）接触和摩擦问题
接触模型提供有关接触体（变形体和刚体）的运动及接触方式、接触探测参数定义的信息。其常用的方法分三个步骤：自由节点贴模的判断和处理；触模节点位置的修正；触模节点脱模的判断和处理。摩擦问题对金属的流动具有显著的影响。摩擦问题有限元模拟使用的理论最初是经典干摩擦定律，以后在此基础上发展起了以切向相对滑移为函数的摩擦理论和类似于弹塑性理论形式的摩擦理论。目前，应用较成熟的摩擦模型有经典的和修正的Coulomb摩擦、剪切摩擦以及轧制摩擦等。
未来,将模拟和优化软件与CAD/CAE系统有效结合，可以形成一个集计划、设计、生产和质量保证为一体的高效信息系统，以实现有限元软件的专业化和智能化。这也是三文有限元模拟技术发展的一个重要趋势[3]。
1.4选题的目的和意义
1.4.1 铝合金锻件的特色
锻压生产是向各个工业行业提供机械零件毛坯的主要途径之一。锻压生产的优越性在于它不但获得机械零件的形状，而且能改善材料的内部组织、提高力学性能。一般地讲，对于受力大、力学性能要求高的重要机械零件多数采用锻压方法制造毛坯[13]。
铝合金由于密度小、比强度和比刚度高等优点，已大量用在各个工业部门，尤其是铝合金锻压件已成为各个工业部门机械零件必不可少的毛料。铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造，可以自由锻、模锻、顶锻、辊锻和扩孔。尤其是尺寸小、形状简单、尺寸偏差要求不严的铝合金锻件，加工难度小,制造成本低。
铝合金锻件的特性:
（1）密度小，只有钢锻件的34%，铜锻件的30%。
（2）比强度大、比刚度大、比弹性模量大，疲劳强度高，宜用于轻量化要求高的关键受力部件，其综合性能远远优于其他材料。
（3）内部组织细密、均匀、无缺陷，其可靠性远高于铝合金铸件和压铸件，也高于其他金属铸件。
（4）铝合金的塑性好，可加工成各种形状复杂的高精度锻件，零件的机械加工余量小，仅为用铝合金拉伸厚板加工零件的加工量的20%左右。
（5）铝合金锻件有良好的耐蚀性、导热性和非磁性，这些是钢锻件无法比拟的。
（6）表面光洁，表面处理性能良好，美观耐用。铝合金锻件的一系列优良特性为它代替钢、铜、镁、木材和塑料提供了良好的条件。
综上所述，铝合金锻件未来将逐步取代钢铁，成为新一代拥有广大前途的结构材料[4]。
1.4.2 拔长过程的锻透性模拟
使用任何一种锻压设备锻制合金, 都存在锻透性的问题。锻透性是指在坯料的整个横截面上锻造时所能达到的塑性变形深度，较大的锻透性可使锻压截面上的动态再结晶晶粒得到更加充分的细化，坯料心部组织大幅加强。为了定量研究锻透性, 给出锻透性定义如下: 当心部的有效应变值（Strain-Effective）达到一定程度时，可认为坯料被锻透，即此时锻透性(FPE) 为100%。在进行压力加工时，锻透性是应变深度的重要指标[5]。
拔长是锻压的重要形式，其作用是使金属的纤文组织沿着拔长方向得到拉长，并有效提高锻件的组织细化程度，多用于长度较大、应力要求高的零件。其中的变形过程与多数金属塑性加工的变形过程相同，是一个非常复杂的弹塑性大变形过程。其中影响因素众多，如模具形状、毛坯形状、材料性能、温度及工艺参数等[6]。且过程中既有材料非线性，又有几何非线性，再加上复杂的边界接触条件的非线性，这些因素使其变形机理非常复杂，难以用准确的数学关系式来进行描述。传统的“经验法”往往经历反复修正的过程，造成大量的人力、物力及时间浪费。
相对而言，作为一种有效的数值计算方法，目前有限元法已经广泛地应用到金属塑性成形加工过程的数值模拟之中。利用三文有限元数值模拟，可得到金属塑性变形过程的金属流动、应力应变、温度分布等规律，也可以进行模具受力分析，并能预测出可能的缺陷及失效形式[7]。
本课题使用的DEFORM-3D软件，采用三文刚塑性有限元模拟技术，可直观地表现出拔长操作过程中坯料内部截面乃至整体的应力-应变状态。提供真实度高、有效的模拟数据以供实际加工参考。从而保证提供锻透性良好的拔长成品。同时保证经济性能，避免时间、机械的多余损耗[8]。在等效应变场中，可根据等值线距锻件表面的深度与坯料原始半径的比值来判断塑性变形深度, 进而定量确定锻透性的大小。同时在实验模拟中，我们需获得从未锻透至锻透的过渡阶段所对应的砧宽比范围，从而给出能够在获得良好拔长成品同时保证经济性的工作方案并在试验机上实际验证。
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