精密接插件凸包成形的數值模擬

承善

摘 要：通過UG建立某不銹鋼制精密接插件成形零件參數化模型，利用板料沖壓模擬專用軟件Dynaform對接插件凸包的成形過程進行了有限元仿真，在此基礎上確定成形零件參數，為成形模具設計提供依據。

關鍵詞：數值模擬 凸包成形 接插件

中圖分類號：TH165 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-0-01

某精密接插件的材料為SUS304，零件上有多處凸包，起接觸導電的作用。凸包是不規則形狀，高度為1 mm，有精度要求。整個成形過程主要由精密級進模上的拉深、整形兩個工位完成。由于產品具有尺寸小，精度高的特點，因此在UG建立的零件參數化模型的基礎上，利用Dynaform先對凸包的整個成形過程進行數值模擬，較好地確定成形零件參數，這樣可以有效地減少試驗次數，縮減模具開發成本。

1 凸包拉深成形有限元模型的建立

凸包外形為不規則形狀，比較復雜，通過理論計算方法難以獲得坯料尺寸。而且，理論計算方法不考慮材料性能、模具幾何參數等因素，展開后的尺寸精確度不夠高。Dynaform具有初始坯料估計功能即逆算法，因此文章將利用其這一特征來獲得初始坯料形狀尺寸。

從零件實體選取中間層片體，把片體的網格劃好，并消除單元的一些缺陷，如重疊、交叉、縫隙及小空洞等，然后在DYNAFORM中選擇Blank Size Estimate功能，輸入材料參數，板料的厚度等，軟件可自動對其進行計算，可得到初始坯料的展開輪廓。

通過計算可算出此零件拉深成形僅需1次即可。通過軟件UG對凸、凹模、推件塊和浮料器進行三維建模，會產生igs文件，將文件導入hypermesh軟件中進行網格劃分和修補，提高數值模擬的精度，最后，將生成的nas文件，再導入Dynaform中進行模擬計算。在級進模加工的數值模擬過程中，為了準確地傳遞各個工位的變形歷史，便將各個工位模擬后產生的dynain文件導入到下一個工位的模擬中。

1.1 邊界條件約束設置

單工序拉深模中坯料不受任何邊界約束，與之相比，級進模單個工位的毛坯只是整個條料中的一部分，在送料過程中就會受到其他工位材料及導料銷等的共同約束，因此坯料的邊界材料在板料平面上的自由度受到限制。對拉深成形有限元模型進行邊界約束設置時，約束板料中與Y方向平行的兩短直邊關于當前坐標系統的X方向對稱約束，固定與X方向平行的長直邊的XY自

由度。

1.2 推件塊和浮料器幾何模型

影響送料通暢的一個重要原因是：條料上的坯件在送進過程中經各個工位沖壓后由平面狀逐漸變成了立體狀，因此，經常會使用到推件塊和浮料器。浮料器使條料在送進過程中，浮離下模平面一定高度，這樣就能自動送料。

1.3 材料模型

選取Dynaform材料庫里面的Material Type 36材料模型，這種模型適用于厚向異性的彈塑性強化材料。

1.4 有限元模型的建立

選取Dynaform軟件材料庫里面的SS304材料。在拉深成形中，考慮到良好潤滑，板料和凸模、凹模、推件塊、浮料器之間的摩擦系數都設為0.125。浮料力設為100 N，卸料力設為1 N。因為顯式動力算法受到速率的影響不明顯，一般要提高計算效率的話，都是采用放大沖壓速度的方法，但如果速率超過一定臨界值后，計算系統中的慣性效應將顯示出來，這樣仿真結果的可信度和數值計算的穩定性將會受到影響。在實際模擬過程中，沖壓速度在一定范圍內都不會對數值模擬結果造成太大的影響，這里規定沖壓速度是

2000 mm/s。

2 拉深成形模擬結果分析

拉深模擬通過自動設置進行，lsdyna求解器成功求解終止后將生成dynain文件，其包含毛坯的節點位置和成形后應力應變的全部信息，以供后續工序使用。經調整優化成形工藝參數后，將凸凹模間隙設c=0.2 mm，取凹模圓角，模擬結果顯示凸包拉深成形非常安全，僅稍微起皺，如圖1所示。

從凸包拉深成形后厚度分布來看，拉深結束時板料在底部最高圓角側最薄，約為0.16 mm，最大減薄率僅為20%。拉深時凸緣部分的板料受到切向壓力而增厚，出現起皺現象。但隨著后續工序的剪裁，可忽略起皺問題。從拉深成形模擬結果來看，零件的成形質量較好。

3 整形數值模擬

在拉深成形加工后凸包已基本成形，但圓角半徑還太大且高度尺寸還沒達到產品的要求，這樣就需要借助于整形模使凸包產生局部的塑性變形，以達到提高精度的目的。整形模和前工序的成形模相似，只是由于精度和粗糙度要求更高，將凸凹模間隙c設為0.18～0.20。

從凸包整形后厚度分布圖可以看出整形后零件底部圓角減薄了0.01 mm，約為0.15 mm，但總減薄率僅達到25%，成形非常安全。

4 結語

采用殼單元進行有限元仿真，對精密接插件凸包成形變形情況通過數值模擬計算進行定性分析，以最佳的工藝參數來完成精密接插件上凸包的整個成形過程，為精密接插件凸包成形工藝及模具設計提供了重要參考

參考文獻

[1] 吳春明，阮鋒，夏琴香，等.基于有限元分析的級進模拉深工序優化設計[J].機床與液壓，2006（2）：29-31.

[2] 黃祥煜，吳伯杰，曾攀.薄壁紫銅零件多次拉深成形的數值模擬[J].鍛壓技術，2005（1）：16-18.