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(shù)值模擬技術(shù)，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(yōu)工藝參數(shù)。

關(guān)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(shè)計等效拉延筋

本研究采用Dynaform有限元數(shù)值模擬技術(shù)，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(dǎo)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(wǎng)格劃分，消除孔洞和不合理單元網(wǎng)格等缺陷，優(yōu)化單元網(wǎng)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(shù)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(jīng)過有限元數(shù)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(guī)律，發(fā)現(xiàn)板料在X、Y方向上收縮較大、起皺區(qū)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(xiàn)起皺和拉裂等成形缺陷，不僅要設(shè)計合理的拉延筋幾何分布，還需要計算最優(yōu)拉延筋參數(shù)，從而優(yōu)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(shù)值模擬結(jié)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(qū)域占比較大，安全變形區(qū)域占比較小；隨著等效拉延筋阻力增大，起皺區(qū)域占比縮小，安全變形區(qū)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(qū)域為廢料，可以通過切邊去除。在安全成形范圍內(nèi)，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。但當?shù)刃Ю咏钭枇>174.045N/mm時，板料發(fā)生過分減薄或破裂現(xiàn)象，所以等效拉延筋阻力應(yīng)控制在174.045N/mm以內(nèi)。

3 結(jié)束語

通過對成形極限圖（FLD）、板料邊界運動圖和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)表分析可知：在316L不銹鋼板料手機外殼沖壓成形過程中，當?shù)刃Ю咏钭枇<58.015N/mm時，板料發(fā)生起皺現(xiàn)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(nèi)，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。當?shù)刃Ю咏钭枇>174.045N/mm時，板料發(fā)生過分減薄或破裂現(xiàn)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(yōu)等效拉延筋阻力應(yīng)控制在116.030N/mm至174.045N/mm之間。

參考文獻：

[1]汪璞.基于Dynaform的覆蓋件拉深工藝設(shè)計及拉延筋優(yōu)化[D].太原理工大學，2012.

[2]孫琳琳.板料拉深中的拉延筋設(shè)置規(guī)律研究[D].山東大學，2006.

[3]Finite element simulation of stretch forging using a mesh condensation method[J]. Science China（Technological Sciences），2010（01）：227-234.

[4]柯桂顏，路平，石婧，等.拉延筋、壓邊力對沖壓件成形性能的影響研究[J].鍛壓技術(shù)，2016（05）：39-43.

[5]張玉葉，龔偉.基于Pro/E的Nokia6300手機外殼注塑模具設(shè)計[J].科技資訊，2011（34）.endprint