精密接插件凸包成形的数值模拟

承善

摘 要：通过UG建立某不锈钢制精密接插件成形零件参数化模型，利用板料冲压模拟专用软件Dynaform对接插件凸包的成形过程进行了有限元仿真，在此基础上确定成形零件参数，为成形模具设计提供依据。

关键词：数值模拟 凸包成形 接插件

中图分类号：TH165 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-0-01

某精密接插件的材料为SUS304，零件上有多处凸包，起接触导电的作用。凸包是不规则形状，高度为1 mm，有精度要求。整个成形过程主要由精密级进模上的拉深、整形两个工位完成。由于产品具有尺寸小，精度高的特点，因此在UG建立的零件参数化模型的基础上，利用Dynaform先对凸包的整个成形过程进行数值模拟，较好地确定成形零件参数，这样可以有效地减少试验次数，缩减模具开发成本。

1 凸包拉深成形有限元模型的建立

凸包外形为不规则形状，比较复杂，通过理论计算方法难以获得坯料尺寸。而且，理论计算方法不考虑材料性能、模具几何参数等因素，展开后的尺寸精确度不够高。Dynaform具有初始坯料估计功能即逆算法，因此文章将利用其这一特征来获得初始坯料形状尺寸。

从零件实体选取中间层片体，把片体的网格划好，并消除单元的一些缺陷，如重叠、交叉、缝隙及小空洞等，然后在DYNAFORM中选择Blank Size Estimate功能，输入材料参数，板料的厚度等，软件可自动对其进行计算，可得到初始坯料的展开轮廓。

通过计算可算出此零件拉深成形仅需1次即可。通过软件UG对凸、凹模、推件块和浮料器进行三维建模，会产生igs文件，将文件导入hypermesh软件中进行网格划分和修补，提高数值模拟的精度，最后，将生成的nas文件，再导入Dynaform中进行模拟计算。在级进模加工的数值模拟过程中，为了准确地传递各个工位的变形历史，便将各个工位模拟后产生的dynain文件导入到下一个工位的模拟中。

1.1 边界条件约束设置

单工序拉深模中坯料不受任何边界约束，与之相比，级进模单个工位的毛坯只是整个条料中的一部分，在送料过程中就会受到其他工位材料及导料销等的共同约束，因此坯料的边界材料在板料平面上的自由度受到限制。对拉深成形有限元模型进行边界约束设置时，约束板料中与Y方向平行的两短直边关于当前坐标系统的X方向对称约束，固定与X方向平行的长直边的XY自

由度。

1.2 推件块和浮料器几何模型

影响送料通畅的一个重要原因是：条料上的坯件在送进过程中经各个工位冲压后由平面状逐渐变成了立体状，因此，经常会使用到推件块和浮料器。浮料器使条料在送进过程中，浮离下模平面一定高度，这样就能自动送料。

1.3 材料模型

选取Dynaform材料库里面的Material Type 36材料模型，这种模型适用于厚向异性的弹塑性强化材料。

1.4 有限元模型的建立

选取Dynaform软件材料库里面的SS304材料。在拉深成形中，考虑到良好润滑，板料和凸模、凹模、推件块、浮料器之间的摩擦系数都设为0.125。浮料力设为100 N，卸料力设为1 N。因为显式动力算法受到速率的影响不明显，一般要提高计算效率的话，都是采用放大冲压速度的方法，但如果速率超过一定临界值后，计算系统中的惯性效应将显示出来，这样仿真结果的可信度和数值计算的稳定性将会受到影响。在实际模拟过程中，冲压速度在一定范围内都不会对数值模拟结果造成太大的影响，这里规定冲压速度是

2000 mm/s。

2 拉深成形模拟结果分析

拉深模拟通过自动设置进行，lsdyna求解器成功求解终止后将生成dynain文件，其包含毛坯的节点位置和成形后应力应变的全部信息，以供后续工序使用。经调整优化成形工艺参数后，将凸凹模间隙设c=0.2 mm，取凹模圆角，模拟结果显示凸包拉深成形非常安全，仅稍微起皱，如图1所示。

从凸包拉深成形后厚度分布来看，拉深结束时板料在底部最高圆角侧最薄，约为0.16 mm，最大减薄率仅为20%。拉深时凸缘部分的板料受到切向压力而增厚，出现起皱现象。但随着后续工序的剪裁，可忽略起皱问题。从拉深成形模拟结果来看，零件的成形质量较好。

3 整形数值模拟

在拉深成形加工后凸包已基本成形，但圆角半径还太大且高度尺寸还没达到产品的要求，这样就需要借助于整形模使凸包产生局部的塑性变形，以达到提高精度的目的。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，将凸凹模间隙c设为0.18～0.20。

从凸包整形后厚度分布图可以看出整形后零件底部圆角减薄了0.01 mm，约为0.15 mm，但总减薄率仅达到25%，成形非常安全。

4 结语

采用壳单元进行有限元仿真，对精密接插件凸包成形变形情况通过数值模拟计算进行定性分析，以最佳的工艺参数来完成精密接插件上凸包的整个成形过程，为精密接插件凸包成形工艺及模具设计提供了重要参考

参考文献

[1] 吴春明，阮锋，夏琴香，等.基于有限元分析的级进模拉深工序优化设计[J].机床与液压，2006（2）：29-31.

[2] 黄祥煜，吴伯杰，曾攀.薄壁紫铜零件多次拉深成形的数值模拟[J].锻压技术，2005（1）：16-18.