基于DYNAFORM 的电器支架翻边工艺优化分析*

2021-01-24黄欢斌金华军

科技创新与应用 2021年4期

黄欢斌，金华军

（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡 214121）

继电器用钣金支架结构简单，生产批量大；还兼作导体使用，需要高的导电率，一般采用纯铜材料制作。支架与其它零件有装配关系，所以精度要求较高。由于纯铜材料价格贵，所以在试模及生产时，原材料的节省是各个厂家需要重点考虑的问题。DYNAFORM 软件在板料成形数值模拟方面功能强大，准确率较高，主要用于冲压模具的设计和开发，可帮助用户减少模具开发的时间和试模周期，降低了生产高质量冲压件的成本[1，2]。

本文使用DYNAFORM 软件模拟支架冲压工序中重要的翻边工序，得到的工艺参数值，不仅能供前期设计使用，也能为生产过程中验证工艺方案的合理性提供参考。

1 零件分析及排样

图1 为支架零件简图，要求翻边孔边缘不开裂，弯曲回弹小于1°，材料为T2。Y2 态的纯铜冲压性能良好，冷加工变形后，产生加工硬化现象，其强度指标增加，塑性指标降低，对电性能影响不大[3]，符合继电器结构件的使用要求。由于生产批量大，采用生产效率高的级进模；排样方式采用错位双排，中间载体，料宽为30，步距为9，材料利用率约为56%；为了提高送料精度，采用侧刃和导正销定位，见图2。可以看出翻边工序和弯曲工序较难控制成形质量，本文只讨论翻边工序。

图1 支架简图

2 翻边工艺分析

圆孔翻边工序的难点是圆孔边缘易开裂，影响翻边工艺的因素很多，对于生产来说，材料往往是客户要求，不容改变。本文主要从冲压工艺考虑，模具间隙、压边力、预制孔直径等对翻边成形质量的影响，采用正交实验的方式，找出最优化的工艺参数组合。

图2 排样图

表1 翻边工艺参数正交实验及结果

表2 纯铜材料力学性能参数

图3 压边力对减薄率的影响

根据经验公式估算预制孔直径、模具间隙及压边力，设计正交实验表，见表1。为了提高模拟精度，工具和板料的网格最大尺寸0.2，最小尺寸0.1，弦高误差0.05，工具合模速度采用较低的200mm/s。采用37#材料模型，表2 为T2 的材料参数。

制件减薄率见表1，预制孔直径为ø1.6（前三组）时的减薄率与其它尺寸相比最低；再比较模具单边间隙可知，当间隙为0.8 时，各组别的减薄率值都最小，而表中压边力则对减薄率的变化无明显规律。可知，预制孔直径采用ø1.6，模具单边间隙采用0.8 较为合适，在此基础上分析压边力从2000N 变化到5500N（间隔500N）对翻边工艺的影响。由图3 分析结果可知，当压边力为4500N时，减薄率最少。故最终确定翻边工艺参数为预制孔直径ø1.6，模具单边间隙 0.8，压边力在 4000～5000N 之间较为合适。

图4 为预制孔直径ø1.6，模具单边间隙0.8，压边力在4500N 时的FLD 图，由于翻边间隙偏大，所以材料受到的拉应力不足够，导致凸缘变形区有起皱趋势。但材料整体处于安全区域，其它区域的材料对其有支撑、减轻作用，实际生产时未见此处起皱。

图4 翻边工序FLD 图

图5 翻边力预测

图6 翻边模具

3 翻边模具设计

翻边系数m=d0/D=1.6/3.48=0.46>极限翻边系数mmin=0.22，可以一次翻边成形。使用模拟结果的reforc 文件查看凸模在冲压方向上的受力约为7000N，见图5。根据物体间相互作用力原理，凸模对板料的作用力，即翻边力约为7000N[4]。图6 为翻边模具装配图，采用圆弧形凸模，则材料变形时最大等效应力和引起破裂的最大周向应力都会减小，有利于材料变形[5-6]。