1、! !基于能量转换的精密级进模多步卷圆成形有限元分析江丙云!蒋宏湘!曾庆勇!陈!炜!江苏大学机械工程学院 江苏 镇江# ! # $ ! %#江苏省精密高速模具工程技术研究中心 江苏 昆山# ! & % ! $摘!要! 结合能量转换理论对多步弯曲成形的卷圆壳件进行设计 应用! ! # $ %软件对其进行有限元分析#& ( ) *+ , * - * ( )! ( . , / 0 0& + !$ 研究%以射频连接器中的卷圆壳件为例 应用能量特征变化曲线 分析每步成形后的合口间隙尺寸及回弹并对整形工序的整形高度作研究 以控制合口间隙%对指导精密级进模设计 提高卷圆壳件成形精度有一定的参考价值%关键词!
2、 能量转换!精密模具!多步卷圆成形!回弹中图分类号!1 2 3 3 45 4! #$ %& ( ) * 6+ ) , -. * / 0 ( , 60 / ( * 1 2! $ / 3 * 1 2$ %4 / , 0 * + * $ 14 / $ 2 / , + + * 5 ,6 * ,7 8 + , 9$ 1 1 , / 2 :; / 8 1 + % $ / 3 8 ) * $ 1( ) *+,- . / 0 1 2 /!( ) *+, 3 4 / 0 5 . 6 / 07 8 +,9 . / 0 1 4 / 0:38 + ; ? 4 4 4 AB ? 6 / . 6 8 / 0 . / C
3、. / 0( . 6 / 0 D 2E / . F C D . G 17 ? / H . 6 / 0# ! # $ ! %:3+& ( . 6 / 0 D 28 / 0 . / C . / 0I ? / 4 4 0 1J D ?: / G C4 AK C . D . 4 /3 . 0 ?LD M NO . P 2 / D ? 6 /# ! & % ! :3+$! 7 0 ) 8 . 9 )!I ? Q 2 G . LD G 6 0 . C 2 C . / 0 A 4 C Q . / 04 AM C . D . 4 /M C 4 0 C D D . F N . R 6 D . / F D G .
4、 0 6 G N . /G ? . DM 6 SM C T : 4 Q U . / . / 0R . G ?/ 2 Q 6 D . Q 2 6 G . 4 /2 D N * - *9E =6 / N / C 0 1G C 6 / D A 4 C Q 6 G . 4 /G 6 V . / 0G C Q . / 6 G 4 CM 6 C G4 A C 6 N . 4A C W 2 1#J X$ 4 / / G 4 C6 D6 / 5 6 Q M 6 / 6 1 Y . / 0A 4 C Q . / 0N . Q VT J D ? 6 M . / 0G ? / 4 4 0 1R 6 DN D . 0
5、 / N6 / ND . Q 2 6 G 4 / G C 4 . / 0G ? H 4 . / G0 6 M0 2 . N . / 0G ? N D . 0 /4 AM C . D . 4 /M C 4 0 C D D . F N . 6 / N . Q M C 4 F . / 0A 4 C Q . / 0M C . D . 4 /4 A G C Q . / 6 G 4 C T: * / ; 8 = 0!8 / C 0 1I C 6 / D A 4 C Q 6 G . 4 /&K C . D . 4 /O . &B 2 G . LD G 2 C . / 0X 4 C Q . / 0&= M C
6、 . / 0 U 6 V高精度冲压模具是一种多工位的级进模 主要应用于电子领域#电子产品功能越来越多 要求精密级进模制造出的电子连接器体积也越来越小 其形状也更为复杂 成形过程中需要进行多次弯曲 必须合理设计弯曲工艺 才能保证零件的质量$!%#特别是针对图!所示的射频&J X 连接器密合口卷圆壳件 体积非常小 内径仅有! Z QQ 由于回弹引起合口张大是难于解决的问题 其外形的圆度在级进模中也较难控制#与一般弯曲件相比 卷圆壳件的成形工艺有两个特点$#%( 其一 卷圆中心角!% $ 材料的变形则遍及一周 在成形过程中的回弹累积较大) 其二 因要保证外形的圆度 卷圆壳件无法采用在弯曲模上预先制作
7、回弹补偿角的方法解决卸载后的回弹#以上两点体现在卷圆成形的口部密合精度上#材料冲压变形的成形性能 特别是成形后回弹角度大小 和材料成形过程的能量交换和能量变化紧密相关$%#从能量守恒的角度结合数值模拟与能量转换的方法 研究冲压弯曲成形及其回弹是可行的#综上所述 本文采用有限元分析技术对卷圆壳件的成形进行数值模拟 并结合能量转换理论 分析各步的成形尺寸及回弹 同时针对合口间隙设计调整工序以提高成形精度#3!特征分析图!所示为射频连接器的卷圆壳件#要求合口部分无间隙 材料为铜合 金: & # ! $ 材 料 厚 度 为$ Z ! &QQ 其弹性模量为! ! !$ % Z ! & !BK 6 泊松比
8、为$ Z %#此卷圆壳件虽然成形工艺简单 皆为弯曲成形 但卷圆弯曲与两侧* 翅膀+ 折弯处相交在一起 使用理论江苏大学科研课题立项项目&$ * ! _ 江苏省科技基础设施建设计划项目&-B # $ $ ! %! !公式对其展开 较为繁琐且困难#采用O 1 / 6 X 4 C Q软件中的一步展开模块 对此卷圆壳件进行展开 钣金中性层及展开外形见图#4!方案设计及模拟4T 3!方案设计考虑到本零件并非仅有卷圆成形 还有两侧$ 翅膀% 的折弯 为避免干涉 首先对翅膀处折弯& 图% 并针对卷圆部分设计了图_所示的&步弯曲成形#4T 4!数值模拟自上世纪 $年代开始 有限元分析技术已经广泛被应用于板料成
9、形领域#它不仅能对板料成形性能进行预测分析 也能够求解出实冲过程中影响成形性能的工艺因素(_)#在卷圆的第&工序成形过程中 合口处板料的两端发生了接触产生作用力#因O 1 / 6 X 4 C Q软件不能模拟板料与板料的自接触 且不能对实体模型进行模拟故使用* - *9E =*= G 6 / N 6 C N软件对以上卷圆工艺进行多步成形模拟#在* - *9E =中直接导入*EI : * O的O a X文件#如图&所示 为减小模型的规模 按照平面应变问题来建模 并取对称结构 针对第&工序在对称中心处设置一个对称面 简化材料两端的自接触 见图& #上模+ 下模+ 弹料块和对称面均设置为解析刚体其单元
10、类型为J # O # 板料的单元类型选择: K 8 _ J#在后一步成形时始终使用前一步成形+ 卸载回弹后的板料 以继承前一工序的成形回弹后的板料信息 见图& U所示#由以上模拟设置 经运算得到图所示的等效应变结果#在每一工序中都有$ 成形,卸载% 两步 以与实际情况相符合#4T !结果分析分析各步成形+ 回弹时的合口间隙#对图& 所示的材料端点到对称轴的距离!进行统计 即合口间隙的!*# 绘制图所示的曲线图#由图可知每一步成形对卷圆合口都起到极好的效果 但在每一工步 卸载回弹都会对合口间隙造成较大的影响#在参考他人研究结果的基础上 提出将能量特征作为度量指标之一(&)#根据能量守恒定律 能量
11、在转换和传递过程中能量的总量恒定不变#板料成形卸载后的回弹是模具约束去除后 由于板料弹性变形回复而产生在内部的力学自平衡 可视为一个纯弹性的静态过程即板料内能的释放过程()#由图材料的应变能变化情况 同样可以看出卸载回弹对板材的影响#由图 !模具设计为了更好地控制合口间隙 增设了一个调整工位#如图所示 可以使用斜楔滑块机构对其高度进行调整#!# $!下面将对不同高度值进行数值模拟 以对上# 下模的闭合作以指导$图! $所示为不同高度值所对应的所需成形能量 以及在此成形下卸载回弹后的合口间隙!值$由图中可见值越大所需的成形能量越少 回弹越大 合口间隙越大$当小于! Z & QQ时 卷圆回弹后的合
12、口间隙接近$ 但此时的外圆已发生了畸变 见图! ! 6#U$当! Z QQ时 外形圆度较好% 图! ! & 其有限元分析的!为! Z % %# b! $L_QQ 已完全满足产品要求$经实际冲压验证 结果相差无几$虽然已经满足了产品要求 但在上步的调整工序中 是通过使?值小于零件要求的$ Z #QQ来控制回弹的 对卷圆壳件的整体圆度造成了一定的影响$故还需添加一步整形工位 来对外圆形状进行整修$此工序结构与图_中第&工序完全一样$经过模拟后的产品见图! # 6 其合口间隙为 Z % ! b! $L&QQ$由图! # U 可知 卸载回弹阶段 铜材释放能量接近于为$ 从而得知几乎没有回弹产生$?!结
13、语%!& 应用有限元分析技术 对连接器卷圆壳件的多步弯曲成形过程进行数值模拟 获得每步成形中合口间隙的变化情况 以指导模具设计$%#& 应用能量转换理论 研究连接器卷圆壳件的成形# 回弹 对精密级进模的成形具有较为直观的评估能够方便地优化成形工艺$参考文献!( 傅旻 董家权T电器接插件多工位级进模设计(T模具工业# $ $ % _%& )% %L% T#( 艾道全T密合口卷圆工艺及自动卷圆模(T模具工业# $ $ $ %& )# $L# _T%( 韩建保 云志刚T基于动态显式算法的薄板冲压成形回弹量工程估算研究(T塑性工程学报# $ $ %! $%_& )! %L! T_(= 8L3P ) B
14、= 8 E+,L3P ) B3 + 3E3T O 6 G . 4 / . /6Q 2 G .L D G 6 0 C G 6 / 0 2 6 C 2 MN C 6 R . / 0M C 4 D DR . G ?6 6 C 0 6 D M G C 6 G . 4U 16 /A . / . G Q / G6 / 6 1 D . D(T( 4 2 C / 6 4 AB 6 G D D . / 0I ? / 4 4 0 1# $ $ ! ! %) L %T&( 刘月明 巩亚东 仇键T超高速点磨削中切削速度对工件残余应力的影响(T制造技术与机床# $ $ %& ) _L $T( 李文平T弯曲回弹变分原理及其数值模拟研究O(T秦皇岛) 燕山大学# $ $ %_&T( 罗征志T基于数值模拟的板料翻边成型回弹研究O(T重庆) 重庆大学# $ $ &%&T! 编辑!周富荣!% 收修改稿日期)# $ $ L! !L$ &!文章编号! $ _ $ 如果您想发表对本文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置#
