| 隨著加工工業(yè)的不斷發(fā)展以及加工產(chǎn)品向著高精度、高質(zhì)量和高難度的方向發(fā)展，板料的多次成型及特殊成型方法正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電機(jī)殼體是一種表面質(zhì)量和精度要求較高的零件，其內(nèi)外圓壁都需要進(jìn)行變薄拉深。但是，變薄拉深在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題：在變薄量一定的情況下，由于模具參數(shù)選擇不合理，拉深時(shí)很容易將筒壁拉裂或拉斷；或需要再增加一道變薄拉深工序，造成模具成本的提高。實(shí)踐證明：在其他條件諸如材料、摩擦、變薄量一定的情況下，半錐角的大小是一個(gè)關(guān)鍵的因素。（見(jiàn)圖1）
圖1 凹模半錐角a
關(guān)于半錐角的選取，目前尚無(wú)準(zhǔn)確的公式、曲線或表格，一些專業(yè)書籍和相關(guān)的手冊(cè)也只給出了半錐角的大致范圍，且各不一致。例如有些文獻(xiàn)給出半錐角為10—30度，而有些為12—25度。錐角過(guò)小，變薄成形趨近于擠壓變薄，增大了摩擦阻力；錐角過(guò)大，使變薄拉深的難度加大，增大了總成形力。因此如何在一定的條件下推出了最佳半錐角問(wèn)題，有人曾采用功平衡法，在作了相當(dāng)?shù)募僭O(shè)和簡(jiǎn)化的條件下推出了最佳半錐角的顯示表達(dá)式，但并未做詳細(xì)、深入的研究討論。
通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用，本文就半錐角對(duì)總成形力的影響做了研究，從而在電機(jī)殼的變薄拉深成形中選擇合適的半錐角，保證了拉深成形的合理性，同時(shí)為模具設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
1. 產(chǎn)品分析
電機(jī)殼體平面尺寸圖及零件圖如圖2、3所示：
 
圖 2 電機(jī)殼體尺寸圖3 電機(jī)殼體成品件
由圖1可以看出，該電機(jī)殼體成型較復(fù)雜，主要工藝是內(nèi)圓的正拉深和外圓的反拉深，制件內(nèi)外殼及底部壁厚不同，因此需要變薄拉深成形。且側(cè)壁變薄量大，底部圓角較小，要求表面質(zhì)量良好，精度較高，沒(méi)有變形、劃痕、起皺等缺陷。其結(jié)構(gòu)是軸對(duì)稱的筒型件，因此可以利用筒型件的拉深成型方法來(lái)處理。這里主要研究外圓壁變薄拉深工藝。電機(jī)殼體所用的材料為37號(hào)鋼（DQSK），材料厚度t=1.6mm。
2. PRO/E三維建模及數(shù)值模擬
2.1 三維建模
如圖4為電機(jī)殼體半成品變薄拉深模具示意圖：
圖4 變薄拉深成形示意圖
圖中凹模半錐角一般采用導(dǎo)角形式而不用圓角，采用圓角增大成形摩擦力，對(duì)模具損耗很大，不利于變薄成形。
2.2 Dynaform拉深數(shù)值模擬和結(jié)果分析
采用Dynaform模擬軟件對(duì)變薄成型過(guò)程進(jìn)行分析，求解器采用LS-DYNA，基于增量法有限元理論，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。該軟件所有的缺省參數(shù)設(shè)置都是應(yīng)用于沖壓成形分析的。運(yùn)用DYNAFORM進(jìn)行分析之前，首先需要將PRO/E產(chǎn)生的文件轉(zhuǎn)換成該軟件可識(shí)別的igs格式，再將文件導(dǎo)入，如果導(dǎo)入后的文件信息有缺陷則可以用DYNAFORM軟件自身的功能進(jìn)行修復(fù)，以達(dá)到模擬的要求。
1） 確定模擬參數(shù)
拉延類型: Inverted Draw；
接觸類型：Forming_One_Way_Surface_To_Surface ；
毛坯: 材料Type 37（板金成形模擬中一個(gè) 3-參數(shù)的理想模型，平面應(yīng)力狀態(tài)，各向異性材料)，屬性: BELYTSCHKO_TSAY SHELL，厚度方向積分點(diǎn)NIP:5；
凸模: 剛體，靜摩擦系數(shù): 0.125，動(dòng)摩擦系數(shù): 0.1，移動(dòng)速率：8000mm/sec；NIP:3；
凹模：剛體，靜摩擦系數(shù): 0.125，動(dòng)摩擦系數(shù): 0.1；NIP:3；
壓邊圈: 剛體，靜摩擦系數(shù): 0.125，動(dòng)摩擦系數(shù): 0.1；NIP:3；
2） 變薄拉深的模擬結(jié)果
通過(guò)對(duì)坯料形狀、壓邊圈及模具半錐角等參數(shù)的控制，使模擬結(jié)果盡量趨近實(shí)際情況，從而得到質(zhì)量高的合格產(chǎn)品。另外在變薄拉深過(guò)程中存在著凹模半錐角和一次變薄率的影響。半錐角一般在10-15度間，本文選擇15度，而如果變薄率超過(guò)材料的臨界變薄率，就會(huì)使制件產(chǎn)生拉裂，必須分多次變薄拉深。一般臨界變薄率為0.25-0.30之間。就該殼體的變薄率(t-t’)/t=(1.6-1.45)/1.6=0.09遠(yuǎn)小于臨界值，所以一次拉深不會(huì)產(chǎn)生裂紋，下面的模擬結(jié)果圖也說(shuō)明了其正確性。
圖5
3. 半錐角對(duì)總成形力的影響
在變薄拉深中，半錐角對(duì)最終的外圓壁成形質(zhì)量影響不大，但是對(duì)于模具總成形力有較大影響。因此選擇最佳的半錐角結(jié)構(gòu)有利于降低總成形力，降低產(chǎn)品對(duì)設(shè)備的要求。
分別將凹模半錐角a定為5º、10º、15º、20º、25º及30º。在凹模建模時(shí)可利用PRO/E的零件族命令只改變錐角角度，這樣可以省去很多重復(fù)建模的過(guò)程。在變薄厚度不變的情況下，利用模擬研究不同錐角下對(duì)總成形力大小的影響，找到電機(jī)變薄成形中的半錐角。通過(guò)數(shù)值模擬得出不同錐角時(shí)總成形力的值如表1所示：
表1 凹模半錐角對(duì)總成形力的影響
|
半錐角 |
5º |
10º |
15º |
20º |
25º |
30º |
|
總成形力（KN） |
38.0 |
38.4 |
38.5 |
39.0 |
41.3 |
41.8 | 由表可知，總體上看，在50～300范圍內(nèi)總成形力的變化不是很大，但是仍然存在著小的區(qū)別，詳見(jiàn)圖6：
圖6 半錐角與總成形力圖
從圖可以看出，半錐角在50～300間總成形力呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但在5º～15º間總成形力變化很小，考慮到小的角度會(huì)使凹模與材料摩擦增大，故電機(jī)殼變薄拉深中最終選取15º作為半錐角。
4.結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)電機(jī)殼體的變薄拉深成型過(guò)程做了分析，并對(duì)半錐角對(duì)總成形力的影響做了研究。通過(guò)有限元數(shù)值模擬對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行分析。由分析結(jié)果可知，對(duì)凹模半錐角的優(yōu)化，可以明顯降低總成形力，降低了生產(chǎn)設(shè)備的要求，并且產(chǎn)品也達(dá)到了實(shí)際生產(chǎn)的要求。另外利用數(shù)值模擬技術(shù)可以縮短模具研制周期，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。 |
