(武汉中原电子集团有限公司 湖北省武汉市 430000)
摘要：基于某电子产品在实际使用环境中，在其电源盒上方受到安置的另一设备的外力作用导致此钣金件变形较大，为了解决此问题，需要对此结构进行工艺性分析。本文将以ANSYS Workbench 协同仿真平台，模拟该电源盒受力后的变形，通过有限元结构应力分析，呈现该盒受力后的位移和应力分布；通过加工艺筋的仿真模拟，使变形在可接受范围内，并发现工艺筋的方向会影响结构设计的效果。
关键词: 有限元；结构工艺性；工艺筋
1.引言
根据客户要求、某电子产品上方某处需放置一个较重的电子设备，而该电子产品和该设备接触的是他的电源盒，该电源盒为钣金件，按照交付要求，该出电源盒的变形不能超过0.2mm，目前的结构经仿真分析达不到要求，为了不影响电子产品内部电源的装配，拟采取在该电源盒上加工艺筋。有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件可以帮助企业减少在产品或者流程的设计、优化或控制环节中，原型测试的原型数量和测试次数。对于企业和研究机构来说，有限元仿真分析带来的不仅仅是成本的降低，更重要的是在激烈的市场竞争中赢得优势，为研发投入带来了更大的回报。正因如此，近年来，越来越多的企业将更多的研发资源投入到有限元分析中。本文将模拟实际交付使用时，该电源盒受力后的变形情况，通过有限元结构应力分析，呈现该电源盒受力后的位移和应力分布；提出改进方向，增加工艺筋。综合考虑加工难度因素和去除的材料成本，模拟对比在两种不同方向上加工艺筋后结构的变形情况，得出工艺优化方案，满足客户要求。
2.模型建立与分析
依据该电源盒的结构及承载特性，简化模型，对其相关受力处进行有限元分析。该电源盒长100mm，宽200mm，高53mm，板厚为2mm，固定底边，在图示位置受力为100N。材料选择铝合金 7075，假设材料始终处于均质且各向同性，依据材料属性其对应的弹性模量为71.7GPa，泊松比为0.33。实体单元选用SOLID187四面体单元，进行网格划分后，对模型施加约束和载荷，见图1原电源盒模型。
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图1 原电源盒模型
模拟的受力通过计算分析得出其变形的位移，见图2原模型位移图。图中可以看出其位移变形为0.21159mm，超过了要求。
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图2原模型位移图
其应力分布结果，见图3原模型应力分布图。图中可以看出结构应力集中的分布特征，应变最大的位置所受应力为42.733MPa。
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图3原模型应力分布图
在此基础上，为了达到变形不超过0.2mm的要求，对机构的薄弱位子进行加强，设计了两种优化模型。
3.两种优化模型及分析
依据经验，考虑在电源盒上加工艺筋的方式改进设计，让该变形在要求范围内。设计了横向和竖向两种加筋方案进行对比。由于电源盒内需要装配电源，所以选择如下两种方案。一种为加竖向工艺筋的方案，见图4竖向工艺筋电源盒模型。一种为加横向工艺筋的方案，见图5横向工艺筋电源盒模型。筋的厚度为1mm，保证两种方式去除的材料质量一致，然后均匀分布在该电源盒上。分别对两种方案进行建模，建模时在材料选择、实体单元的选择等条件和原模型保持一致。
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图4竖向工艺筋电源盒模型
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图5横向工艺筋电源盒模型
分别对两种方案的网格进行划分,施加相同的约束条件和载荷，经加载得出位移图，图6为竖向工艺筋电源盒变形位移图，图7为横向工艺筋电源盒变形位移图，图6中可以看出加了竖向工艺筋后最大变形位移为0.23392mm，不仅不满足要求，反而变形更大了，而图7中加了横向工艺筋后，最大变形位移为0.18942，不仅满足了变形的要求，而且变形比较均匀，不像竖向工艺筋，变形很不规则。
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图6竖向工艺筋电源盒变形位移图
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图7横向工艺筋电源盒变形位移图
再看两者的应力分布结果图，图8为竖向工艺筋电源盒变形应力分布图,其最大等效应力为30.832MPa，且可以看出其应力分布十分的不均。而图9为横向工艺筋电源盒变形应力分布图，其最大等效应力为24.921MPa，且其受力比较均布。
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图8竖向工艺筋电源盒变形应力分布图
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图9横向工艺筋电源盒变形应力分布图
综合分析以上两种方案，得出结论，在保证去除材料质量相同的情况下，第二种方案加横向工艺筋才能满足产品的要求。
4.结语
工艺设计通常需要根据实际情况去做方案，如果仅仅只凭经验，不仅是对生产资源的浪费，而且方案也很能是不满足要求的，通过软件仿真可以节约成本，选取合适的方案，并且从仿真分析的结果可以进一步探索影响具体零件的结构工艺性的因素有哪一些，为日后工艺的进步做出一个铺垫，对于提高企业的工艺技术水平也是很有利的。
参考文献：
[1]苏维鼎. SOLIDWORKS有限元分析技术在施工机械装备设计中的应用[J]. 中国设备工程, 2020,01(下):18-19.
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