拉延筋對316L不銹鋼手機外殼沖壓成形性能的影響研究

高孝書

摘 要：本研究主要探討拉延筋對316L不銹鋼手機外殼沖壓成形性能的影響。利用Dynaform有限元數值模擬技術，對0.8mm厚的316L不銹鋼板料進行手機外殼沖壓成形模擬試驗，確定等效拉延筋的幾何分布和最優工藝參數。

關鍵詞：316L不銹鋼；手機外殼；拉延筋

中圖分類號：TG386 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0080-02

1 設計等效拉延筋

本研究采用Dynaform有限元數值模擬技術，對0.8mm厚的316L不銹鋼板料進行手機外殼沖壓成形試驗。利用UG建立手機外殼三維模型，手機外殼的長L=158.2mm，寬W=77.9mm，高H=7.3mm，凸模圓角半徑Rp=1.0mm，凹模圓角半徑Rd=0.8mm，拐角半徑Rc=8.0mm。將手機外殼三維模型導入Dynaform有限元分析軟件中，建立尺寸較大、能夠容納拉延筋分布試驗的毛坯板料（blank），建立沖壓工具凹模（die）、凸模（punch）、壓邊圈（binder），對沖壓工具進行有限元網格劃分，消除孔洞和不合理單元網格等缺陷，優化單元網格。凸模、凹模、壓邊圈與板料之間采用“From one way S to S”類形接觸，接觸摩擦系數為0.125。虛擬沖壓速度s=2000.0mm/s（梯形加載），壓邊力F=200kN。沖壓工序完成后對板料進行切邊、三維沖孔、回彈補償和整形工序。

經過有限元數值模擬計算，從圖1板料成形極限圖（FLD）中可以看出，在無拉延筋作用下觀察金屬流動規律，發現板料在X、Y方向上收縮較大、起皺區域較多、板料拉深成形不足。因此本研究采用四線阻力式等效拉延筋，拉延筋分布在XY平面上收縮較大的四個方向，具體分布如圖2中紅色線條所示。

2 拉延筋對沖壓成形影響分析

在316L不銹鋼板料手機外殼沖壓成形過程中，為了有效防止板料出現起皺和拉裂等成形缺陷，不僅要設計合理的拉延筋幾何分布，還需要計算最優拉延筋參數，從而優化沖壓工藝方案。

本研究中，等效拉延筋阻力分別取F=928.241N/mm（6.25%、12.5%、18.75%、25%、31.25%）進行計算，板料成形極限（FLD）見圖3-圖7，板料邊界運動見圖8-圖12，數值模擬結果見表1。

從板料成形極限圖（FLD）可以看出，等效拉延筋阻力較小時，起皺區域占比較大，安全變形區域占比較小；隨著等效拉延筋阻力增大，起皺區域占比縮小，安全變形區域占比增大，過分減薄或破裂缺陷。

從板料邊界運動圖（PBM）可以看出，隨著等效拉延筋阻力不斷增大，板料邊界運動位移逐漸變小，減少了板料邊緣的流動變形量，有效解決了板料在XY平面上收縮幅度過大的問題。

由表1可以看出，隨著等效拉延筋阻力不斷增大，最大邊界運動、最大增厚率、起皺情況均不斷減小，板料成形效果得到改善，手機外殼有效部分成形更加充分，邊緣成形不足區域為廢料，可以通過切邊去除。在安全成形范圍內，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。但當等效拉延筋阻力F>174.045N/mm時，板料發生過分減薄或破裂現象，所以等效拉延筋阻力應控制在174.045N/mm以內。

3 結束語

通過對成形極限圖（FLD）、板料邊界運動圖和數值模擬數據表分析可知：在316L不銹鋼板料手機外殼沖壓成形過程中，當等效拉延筋阻力F<58.015N/mm時，板料發生起皺現象，板料邊緣收縮幅度較大，成形精度也較低；在安全成形范圍內，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。當等效拉延筋阻力F>174.045N/mm時，板料發生過分減薄或破裂現象。綜合以上影響因素得出316L不銹鋼手機外殼沖壓成形的最優等效拉延筋阻力應控制在116.030N/mm至174.045N/mm之間。

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