基于Dynaform散熱片成型仿真分析與實踐

沈玲 劉竹林 劉甘霖

摘?要：本文基于Dynaform 軟件對SPCC 0.6和DCO3 0.6冷軋板的沖壓過程進行仿真分析和對照，發(fā)現(xiàn)其差異性，通過工藝參數(shù)的修改，快速實現(xiàn)了DC03 0.6油汀散熱片材質(zhì)的可靠替換，材料成本降低20%。

關(guān)鍵詞：散熱片;沖壓; SPCC 0.6; DCO3 0.6

中圖分類號：TP391.9?文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-8153（2019）01-0078-03

0?引言

油汀散熱片為多空間的自由曲面，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油包處拉伸系數(shù)大，因此對材質(zhì)的要求比較高，普通的SPCC冷軋鋼板很難滿足其使用需求。目前該零件都采用DC03以上牌號的冷軋板。由于鋼材的全面漲價，產(chǎn)品的成本持續(xù)高升，為降低成本，希望在現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備及模具下采用低牌號的SPCC冷軋板替代DC03鋼板。

在加工制造時，薄壁零件的成形過程比較復(fù)雜，其在成形過程中，會有起皺、損壞等現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的制造依靠設(shè)計者的經(jīng)驗，通過反復(fù)試模、修改模具、定型及實際試產(chǎn)等一系列復(fù)雜過程，這個過程耗費大量的人力、物力和財力，不能滿足企業(yè)經(jīng)營的需求和市場發(fā)展的要求。本文通過對油汀散熱片沖壓成型進行模擬分析， 分析SPCC和DCO3材質(zhì)的成型性、減薄率、應(yīng)力和應(yīng)變等，以期對實際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1?沖壓過程仿真分析

薄板沖壓成型包含了多個復(fù)雜的物理過程，如板料的彈塑性變形過程，板料與模具的摩擦磨損過程，摩擦生熱及熱傳導(dǎo)過程，沖擊聲波的傳輸過程等。

本文假定材料對各向同性的硬化條件已滿足，同時在反向加載條件下，不會有包辛格效應(yīng)出現(xiàn)，采用BWC單元與Hill屈服準(zhǔn)則[1]對板材進行模擬和分析，其步驟為：

通過對沖壓過程建立力學(xué)模型→在此基礎(chǔ)上建立有限元的分析模型→按照薄板的變形特性選取其元的類型及相關(guān)參數(shù)，同時對彈塑性的本構(gòu)關(guān)系和參數(shù)進行選定→按照材料與沖壓模具表面的特性及潤滑條件對摩擦定律和參數(shù)進行選擇→進行其產(chǎn)生的剛體運動及彈性塑性變形進行計算和求解→結(jié)果整理匯總。材料的性能參數(shù)如表1所示：

2?仿真過程及結(jié)果

使用三維軟件建模后，用Dynaform軟件導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型，自動曲面網(wǎng)格劃分，定義坯料后，設(shè)置工藝參數(shù)，對部件之間添加接觸設(shè)置，壓邊圈壓緊力及沖壓速度選用現(xiàn)有DCO3的工藝參數(shù)，壓緊力為20KN，沖壓速度為5 000 mm/s。設(shè)置分析參數(shù)，啟動分析計算，比較兩種材料，分別得到成型極限分析圖、拉伸力分析圖，材料流入量分析圖，如下所示：

2.1?成型極限分析

從圖1和圖2可以看出，DC03和SPCC板料成形后，均為安全區(qū)域，未出現(xiàn)Crack（破裂）區(qū)域以及Risk of Crack （有破裂風(fēng)險的區(qū)域）。DC03實際生產(chǎn)的產(chǎn)品的合格率均達到99.8%以上，經(jīng)過充油長運也未出現(xiàn)漏油滲油現(xiàn)象，說明板料經(jīng)過成型后在其內(nèi)部未產(chǎn)生明顯的裂紋或者隱裂紋。最大減薄區(qū)域也是出現(xiàn)在相同的位置，均為油包圓弧處。所不同的是DC03板料成形后為紅色區(qū)域11.324%;SPCC板料成形后最大減薄率為紅色區(qū)域13.408%，較DC03有所升高。

2.2?拉伸力

從圖3和圖4可以看出，兩種不同材料所需要的拉伸力變化不大，利用DC03材料進行拉深成形仿真分析，凸模上所需要的總壓力（拉深力）最大值為100.725 KN;SPCC材料凸模上所需要的總壓力（拉深力）最大值為127.438 KN，比DC03材料所需要的拉伸力提升。這是因為SPCC材料的屈服強度為224 Mpa，抗壓強度為330 Mpa，比DC03材料的屈服強度156 Mpa，抗壓強度為300 Mpa要高，因此其抵抗變形的能力更強，所需要的拉伸力更大，但是其最大拉伸力并未超出設(shè)備的能力，因此仍然可以在現(xiàn)有沖壓設(shè)備上進行。

2.3?材料流入量

從圖5和圖6可以看出，從表觀上看，兩種不同材料在油包周圍均有一定的起皺，SPCC材料起皺得更明顯。從數(shù)據(jù)分析，各方向板料流入量比較均勻，DC03材料最大流入量為9.766 ，SPCC材料最大值為10.187，比DC03的流入量要大，也就是說SPCC 材料更容易起皺，因此成型需要更大的壓邊力。

2.4?實驗結(jié)果

經(jīng)過上述仿真結(jié)果分析可知，散熱片采用SPCC具有較好的工藝性，采用SPCC材料替代DC03材料在理論上可行，仿真結(jié)果未出現(xiàn)破裂或者破裂風(fēng)險區(qū)。但是由于材料的強度變大，其極限拉伸力需提升20%左右，容易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。

3?結(jié)語

通過上述仿真計算及改進，經(jīng)分析統(tǒng)計在保證產(chǎn)品性能，不增加新的設(shè)備投入及人工成本的情況下，散熱片采用上述的SPCC材料替代DC03材料，可降低材料成本，大幅提升產(chǎn)品競爭力。

[參考文獻]

[1] R Hill. ?A theory of the yielding and Plastic flow of anisotropic metals[J].Proe.R.Soc.Lond.1948，193：270-301.

[2] 鐘志華，等.薄板沖壓成型過程的計算機仿真與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998：80-96.