精密接插件凸包成形的數(shù)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(shù)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(jìn)行了有限元仿真，在此基礎(chǔ)上確定成形零件參數(shù)，為成形模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬 凸包成形 接插件

中圖分類號：TH165 文獻(xiàn)標(biāo)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(dǎo)電的作用。凸包是不規(guī)則形狀，高度為1 mm，有精度要求。整個(gè)成形過程主要由精密級進(jìn)模上的拉深、整形兩個(gè)工位完成。由于產(chǎn)品具有尺寸小，精度高的特點(diǎn)，因此在UG建立的零件參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，利用Dynaform先對凸包的整個(gè)成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬，較好地確定成形零件參數(shù)，這樣可以有效地減少試驗(yàn)次數(shù)，縮減模具開發(fā)成本。

1 凸包拉深成形有限元模型的建立

凸包外形為不規(guī)則形狀，比較復(fù)雜，通過理論計(jì)算方法難以獲得坯料尺寸。而且，理論計(jì)算方法不考慮材料性能、模具幾何參數(shù)等因素，展開后的尺寸精確度不夠高。Dynaform具有初始坯料估計(jì)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(shí)體選取中間層片體，把片體的網(wǎng)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(shù)，板料的厚度等，軟件可自動對其進(jìn)行計(jì)算，可得到初始坯料的展開輪廓。

通過計(jì)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(jìn)行三維建模，會產(chǎn)生igs文件，將文件導(dǎo)入hypermesh軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分和修補(bǔ)，提高數(shù)值模擬的精度，最后，將生成的nas文件，再導(dǎo)入Dynaform中進(jìn)行模擬計(jì)算。在級進(jìn)模加工的數(shù)值模擬過程中，為了準(zhǔn)確地傳遞各個(gè)工位的變形歷史，便將各個(gè)工位模擬后產(chǎn)生的dynain文件導(dǎo)入到下一個(gè)工位的模擬中。

1.1 邊界條件約束設(shè)置

單工序拉深模中坯料不受任何邊界約束，與之相比，級進(jìn)模單個(gè)工位的毛坯只是整個(gè)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(dǎo)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(jìn)行邊界約束設(shè)置時(shí)，約束板料中與Y方向平行的兩短直邊關(guān)于當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)的X方向?qū)ΨQ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(gè)重要原因是：條料上的坯件在送進(jìn)過程中經(jīng)各個(gè)工位沖壓后由平面狀逐漸變成了立體狀，因此，經(jīng)常會使用到推件塊和浮料器。浮料器使條料在送進(jìn)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(qiáng)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(shù)都設(shè)為0.125。浮料力設(shè)為100 N，卸料力設(shè)為1 N。因?yàn)轱@式動力算法受到速率的影響不明顯，一般要提高計(jì)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(jì)算系統(tǒng)中的慣性效應(yīng)將顯示出來，這樣仿真結(jié)果的可信度和數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性將會受到影響。在實(shí)際模擬過程中，沖壓速度在一定范圍內(nèi)都不會對數(shù)值模擬結(jié)果造成太大的影響，這里規(guī)定沖壓速度是

2000 mm/s。

2 拉深成形模擬結(jié)果分析

拉深模擬通過自動設(shè)置進(jìn)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(jié)點(diǎn)位置和成形后應(yīng)力應(yīng)變的全部信息，以供后續(xù)工序使用。經(jīng)調(diào)整優(yōu)化成形工藝參數(shù)后，將凸凹模間隙設(shè)c=0.2 mm，取凹模圓角，模擬結(jié)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(jié)束時(shí)板料在底部最高圓角側(cè)最薄，約為0.16 mm，最大減薄率僅為20%。拉深時(shí)凸緣部分的板料受到切向壓力而增厚，出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。但隨著后續(xù)工序的剪裁，可忽略起皺問題。從拉深成形模擬結(jié)果來看，零件的成形質(zhì)量較好。

3 整形數(shù)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(dá)到產(chǎn)品的要求，這樣就需要借助于整形模使凸包產(chǎn)生局部的塑性變形，以達(dá)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(shè)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(dá)到25%，成形非常安全。

4 結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)

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