五金冲压件中定位柱的成形研究

刘军

摘 要：五金冲压件广泛应用于社会生活的各个领域，而且冲压件是五金件中应用最多的，在一定的温度压力条件下，通过压力机及模具的成型加工制造，将黑色金属或有色金属材料在模具中压制成所需要的形状，就是五金冲压件的具体应用。在五金冲压件的生产中，表面具有定位柱的五金零件的冲压成形具有典型意义。下面，本文结合有限元模拟和实验，对具有定位柱的五金件冲压成形工艺及模具设计进行了具体探讨，进而给出了优化冲压成形设计方案的建议与对策。

关键词：定位柱；五金冲压件；冲压成形设计；优化方案

0 引言

在生活中，电子元器件、汽车配件以及机械的外壳零件等都大量应用了各种五金冲压件，而且在主支架零件的连接过程中，为了满足连接的需要，往往对每个核心冲压件中设置定位柱。在过去，往往在各个冲压件上焊接上加工好的轴，从而实现定位功能，近年来随着技术的发展和进步，能够实现金属拉伸变形使其直接成形的技术来一次完成。下面，笔者通过有限元模拟及实验，对低碳钢板材中定位柱的成形工艺进行深入探索。

1 五金冲压件简介

在室温条件下，金属材料通过冷冲压、热冲压、滚压、挤压、焊接、切削等工艺，经过机械加工生产出所需的零件。冲压件的加工一般包括冲裁、弯曲、拉深、成形、精整等工序。而冲压加工为了便于实现自动化生产提高效率，所使用的材料多数是一些金属卷、带材料，如碳钢板、合金钢板、弹簧钢板、镀锌板、镀锡板、不锈钢板、铜及铜合金板、铝及铝合金板等。此外，五金冲压件的设计必须遵循标准原则；设计冲压件时必须在保证产品的使用要求和技术性能的情况下，尽可能的提高金属材料的利用率和生产效率，尽可能的使用相同规格的同种材料，减少材料规格、种类，从而尽可能的减少因材料多品种、小批量造成的采购及库存的浪费。其次，设计出的冲压件在保证正常使用的前提下应该尽可能使冲模的结构简单化，并适当考虑工序的分散与集中，选用最经济的冲压生产流程来完成整个零件的加工，努力实现冲压零件的自动化生产，以提高劳动生产率。

2 零件工艺分析及初步工艺方案

对于数码相机、汽车配件等等产品，其主支架零件的定位柱都是由一个突起的空心柱组成，这种定位柱往往就充当齿轮的传动轴的作用。在定位柱的加工中，传统的生产工艺是通过车床精加工空心定位柱之后再焊接在冲压零件上而完成。随着冲压、模具技术的不断进步，现阶段的生产加工可以通过冷冲压技术来一步到位完成，而且冷冲压技术的自动化水平及生产效率也比较高，所需要的人力资源也比较少，而且与传统的生产加工技术相比，该技术操作还大大降低了生产成本。在零件加工时，由于冷轧钢板的厚度较小，所以最大的难点就是定位柱的拉伸成形，而且要求定位柱表面要足够光滑，而且顶部不能有一点损坏，所以其加工难度大大增加。

根据金属材料塑性成形的流动性规律，设计了多个成形方案，但是经过具体的实验操作，发现有几种方案根本不能适用，主要由于卸料困难以及对拉伸油要求过高难以满足要求等等，而且由于生产过程中有些负荷较为集中，容易导致一些定位柱顶部出现了不同程度的破口现象。初步确定了四步的成形定位柱后，在局部体积成形这一环节，应该保证材料准确流动到预期的部位，此外还需要控制好凸、凹模的设计参数，这是防止工件内部的拉应力超出其自身抗拉应力极限的有效措施。最后，为了验证初步方案的可行性，采用有限元模拟技术进行具体的成形条件分析，并且在工艺环节中结合调整的工艺参数，这不仅可以节约模拟时间，而且使产品的生产周期大大缩短，进一步优化了工艺方案。

3 有限元模拟环节

3.1 有限元原理分析

在局部体积的成形过程中，定位柱的塑性变形程度会明显高于弹性变形，且两部分之间的差异也比较大，所以可以只建立塑性材料模型，忽略了弹性变形的过程，这在计算过程中不仅大大减少了许多步骤，而且还使得有限元列式大大简化。再者，在金属流动性的作用下，材料晶体网格很容易发生变形，这是其网格单元畸变的重要原因，所以在后继增量分析中应该以此为参考构型。

3.2 有限元模拟结果分析

对定位模型进行详细的分析，通过累计不同时刻的速度场以及金属材料在不同时刻的等效应力场，进而观察定位后的各个区域的金属填充程度。若整个填充结果饱满平滑且无颈部断裂现象发生，且无金属相互折叠缺陷出现，则表明模拟环节满足要求。随着时间的推移，如果该模型的初始变形速度基本等于凸模的压下速度，且差异不大，在被挤压毛坯外层与模具型腔边缘之间摩擦力的作用下，中间层难以与凸模接触，则外层的金属流动会慢于中间层，由此导致中间凹陷的发生。为了保证材料中间凹陷得以完全填充，在整个成形过程中，只有控制好毛坯各节点流动速度，并且保证均匀的矢量变化，避免出现速度突变或变化范围较大的现象，才能使得金属填充更加顺利，而且从根本上也提高了产品及模具设计的合理性，避免成形缺陷现象的发生。

4 结语

在五金冲压件中定位柱的冲压成形研究过程中，为了更好的优化冲锻过程中的各种工艺系数，应该根据实际情况采取有限元模拟，并且结合具体实验，获得更为理想的凸模、凹模设计参数。

参考文献

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（作者单位：江门市大光明电力设备厂有限公司）