劉軍

摘 要：五金沖壓件廣泛應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，而且沖壓件是五金件中應(yīng)用最多的，在一定的溫度壓力條件下，通過壓力機(jī)及模具的成型加工制造，將黑色金屬或有色金屬材料在模具中壓制成所需要的形狀，就是五金沖壓件的具體應(yīng)用。在五金沖壓件的生產(chǎn)中，表面具有定位柱的五金零件的沖壓成形具有典型意義。下面，本文結(jié)合有限元模擬和實(shí)驗(yàn)，對具有定位柱的五金件沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體探討，進(jìn)而給出了優(yōu)化沖壓成形設(shè)計(jì)方案的建議與對策。

關(guān)鍵詞：定位柱；五金沖壓件；沖壓成形設(shè)計(jì)；優(yōu)化方案

0 引言

在生活中，電子元器件、汽車配件以及機(jī)械的外殼零件等都大量應(yīng)用了各種五金沖壓件，而且在主支架零件的連接過程中，為了滿足連接的需要，往往對每個(gè)核心沖壓件中設(shè)置定位柱。在過去，往往在各個(gè)沖壓件上焊接上加工好的軸，從而實(shí)現(xiàn)定位功能，近年來隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬拉伸變形使其直接成形的技術(shù)來一次完成。下面，筆者通過有限元模擬及實(shí)驗(yàn)，對低碳鋼板材中定位柱的成形工藝進(jìn)行深入探索。

1 五金沖壓件簡介

在室溫條件下，金屬材料通過冷沖壓、熱沖壓、滾壓、擠壓、焊接、切削等工藝，經(jīng)過機(jī)械加工生產(chǎn)出所需的零件。沖壓件的加工一般包括沖裁、彎曲、拉深、成形、精整等工序。而沖壓加工為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提高效率，所使用的材料多數(shù)是一些金屬卷、帶材料，如碳鋼板、合金鋼板、彈簧鋼板、鍍鋅板、鍍錫板、不銹鋼板、銅及銅合金板、鋁及鋁合金板等。此外，五金沖壓件的設(shè)計(jì)必須遵循標(biāo)準(zhǔn)原則；設(shè)計(jì)沖壓件時(shí)必須在保證產(chǎn)品的使用要求和技術(shù)性能的情況下，盡可能的提高金屬材料的利用率和生產(chǎn)效率，盡可能的使用相同規(guī)格的同種材料，減少材料規(guī)格、種類，從而盡可能的減少因材料多品種、小批量造成的采購及庫存的浪費(fèi)。其次，設(shè)計(jì)出的沖壓件在保證正常使用的前提下應(yīng)該盡可能使沖模的結(jié)構(gòu)簡單化，并適當(dāng)考慮工序的分散與集中，選用最經(jīng)濟(jì)的沖壓生產(chǎn)流程來完成整個(gè)零件的加工，努力實(shí)現(xiàn)沖壓零件的自動(dòng)化生產(chǎn)，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2 零件工藝分析及初步工藝方案

對于數(shù)碼相機(jī)、汽車配件等等產(chǎn)品，其主支架零件的定位柱都是由一個(gè)突起的空心柱組成，這種定位柱往往就充當(dāng)齒輪的傳動(dòng)軸的作用。在定位柱的加工中，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是通過車床精加工空心定位柱之后再焊接在沖壓零件上而完成。隨著沖壓、模具技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)階段的生產(chǎn)加工可以通過冷沖壓技術(shù)來一步到位完成，而且冷沖壓技術(shù)的自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率也比較高，所需要的人力資源也比較少，而且與傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工技術(shù)相比，該技術(shù)操作還大大降低了生產(chǎn)成本。在零件加工時(shí)，由于冷軋鋼板的厚度較小，所以最大的難點(diǎn)就是定位柱的拉伸成形，而且要求定位柱表面要足夠光滑，而且頂部不能有一點(diǎn)損壞，所以其加工難度大大增加。

根據(jù)金屬材料塑性成形的流動(dòng)性規(guī)律，設(shè)計(jì)了多個(gè)成形方案，但是經(jīng)過具體的實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)有幾種方案根本不能適用，主要由于卸料困難以及對拉伸油要求過高難以滿足要求等等，而且由于生產(chǎn)過程中有些負(fù)荷較為集中，容易導(dǎo)致一些定位柱頂部出現(xiàn)了不同程度的破口現(xiàn)象。初步確定了四步的成形定位柱后，在局部體積成形這一環(huán)節(jié)，應(yīng)該保證材料準(zhǔn)確流動(dòng)到預(yù)期的部位，此外還需要控制好凸、凹模的設(shè)計(jì)參數(shù)，這是防止工件內(nèi)部的拉應(yīng)力超出其自身抗拉應(yīng)力極限的有效措施。最后，為了驗(yàn)證初步方案的可行性，采用有限元模擬技術(shù)進(jìn)行具體的成形條件分析，并且在工藝環(huán)節(jié)中結(jié)合調(diào)整的工藝參數(shù)，這不僅可以節(jié)約模擬時(shí)間，而且使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期大大縮短，進(jìn)一步優(yōu)化了工藝方案。

3 有限元模擬環(huán)節(jié)

3.1 有限元原理分析

在局部體積的成形過程中，定位柱的塑性變形程度會明顯高于彈性變形，且兩部分之間的差異也比較大，所以可以只建立塑性材料模型，忽略了彈性變形的過程，這在計(jì)算過程中不僅大大減少了許多步驟，而且還使得有限元列式大大簡化。再者，在金屬流動(dòng)性的作用下，材料晶體網(wǎng)格很容易發(fā)生變形，這是其網(wǎng)格單元畸變的重要原因，所以在后繼增量分析中應(yīng)該以此為參考構(gòu)型。

3.2 有限元模擬結(jié)果分析

對定位模型進(jìn)行詳細(xì)的分析，通過累計(jì)不同時(shí)刻的速度場以及金屬材料在不同時(shí)刻的等效應(yīng)力場，進(jìn)而觀察定位后的各個(gè)區(qū)域的金屬填充程度。若整個(gè)填充結(jié)果飽滿平滑且無頸部斷裂現(xiàn)象發(fā)生，且無金屬相互折疊缺陷出現(xiàn)，則表明模擬環(huán)節(jié)滿足要求。隨著時(shí)間的推移，如果該模型的初始變形速度基本等于凸模的壓下速度，且差異不大，在被擠壓毛坯外層與模具型腔邊緣之間摩擦力的作用下，中間層難以與凸模接觸，則外層的金屬流動(dòng)會慢于中間層，由此導(dǎo)致中間凹陷的發(fā)生。為了保證材料中間凹陷得以完全填充，在整個(gè)成形過程中，只有控制好毛坯各節(jié)點(diǎn)流動(dòng)速度，并且保證均勻的矢量變化，避免出現(xiàn)速度突變或變化范圍較大的現(xiàn)象，才能使得金屬填充更加順利，而且從根本上也提高了產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的合理性，避免成形缺陷現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語

在五金沖壓件中定位柱的沖壓成形研究過程中，為了更好的優(yōu)化沖鍛過程中的各種工藝系數(shù)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況采取有限元模擬，并且結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)，獲得更為理想的凸模、凹模設(shè)計(jì)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張金寶，劉全坤，王可勝.銅散熱片沖鍛復(fù)合成形工藝參數(shù)優(yōu)化[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，（3）：47-50.

[2]夏敏，向華，莊新村，等.基于伺服壓力機(jī)的板料成形研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].鍛壓技術(shù)，2013，（2）：1-5.

[3]惠文，薛克敏，李萍，等.航空連接件沖鍛成形數(shù)值模擬及優(yōu)化[J].精密成形工程，2011，（1）：83-86.

[4]夏巨諶，胡國安，王新云，等.多層杯筒形零件流動(dòng)控制成形工藝分析及成形力的計(jì)算[J].中國機(jī)械工程，2004，（1）：91-93.

（作者單位：江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司）