候桂叶 高春晖
中国振华电子集团宇光电工有限公司，贵州省贵阳市，550018
摘 要：本文利用DEFORM软件对车间出现不合格品较多的拉深件—碗状加强筋进行数值模拟分析，对金属塑性成形过程进行实时点跟踪描述，并演示整个成形过程，揭示金属流动规律、各种因素对变形行为的影响及成形过程中零件的应力、应变分布，从而获得金属成型过程中的速度场、应力场、应变场、负载场结果。
关键词： DEFORM，拉深件，模具设计
1 引言
公司真空灭弧室产品中有60%的零件属于拉深件。在生产中，一些拉深件的质量问题，如拉裂、裂纹、拉伤、起皱、椭圆、堆边等问题一直困扰着大家，碗状加强筋是构成真空灭弧室的关键零件之一，用量大，质量要求严，对它的拉深质量问题原因和解决方法都是凭经验，没有理论研究和系统的分析，使得在模具设计上存在一定的弊端，影响质量和生产。
2碗状加强筋工艺分析
碗状加强筋如图1所示，材料是06Cr19Ni10，料厚为2mm，批量生产。为提高生产效率和节约成本，可选用普通的冲压机床（J23-80），经研究分析，确定零件的加工方法采用板料拉深完成零件成型，工艺路线：备料—落料—拉深成型—车达图—检验，入库。
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图1 碗状加强筋设计图
3基于DEFORM的碗状加强筋成形仿真模拟
DEFORM技术是一套基于有限元分析的仿真系统，可用来分析金属成形规律与金属工业
的热处理和成形工艺。通过计算机模拟仿真整个成形加工过程，帮助工程设计人员设计产品和工艺流程，降低现场试验成本，用以提高模具的设计速度，以此缩短产品的研发周期。成形过程仿真系统的建立，是将刚塑性成形工艺学、弹塑性有限元理论、拟处理器和后处理三大模块组成。有限元分析流程如图2。
图2 DEFORM成形问题有限元分析流程
3.1 模型导入与网格划分
在碗状加强筋成形过程中的工作部件为凸模和凹模，故仿真模拟中只导入毛坯、凸模和凹模，模型导入见图3。绝对网格划分方式在网格尺寸总数设定后永不会变，它会增加模拟的正确性，故采用绝对网格划分方式。考虑到模具材料对零件拉深质量和数量也至关重要，为了更真实的反映这一成形过程，给模具也设置了材料属性并进行了网格划分，整体网格划分见图4。
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3.2 模拟结果分析
零件成形时，外力通过模具或其他工具作用在毛坯上，使毛坯内部产生应力，并产生塑性变形。所以必须研究零件各点的应力状态、应变状态以及各应力之间的关系与应力应变之间的关系。通过追踪P1,P2,P3特殊的三点来进行分析，下面以应力分析、晶粒流动分析为例进行说明。
3.2.1 应力分析
应力分布情况见图5，从图可看出拉深过程中顶部的应力较小，圆周的应力较大。应力数值曲线见图6，从图可看出三点应力在拉深进行到0.167s时应力是急剧上升，达到700MPa左右，此时变形的基本形状初成，直至进行到0.501s应力都趋于缓慢增加状态，从0.501s开始颈部P2的应力随着拉深继续进行，应力突增，P2点代表的环形部位开始出现拉裂。P1,P3点随着拉深的完成，应力慢慢得到释放，顶部相对边缘处变形优先，所以应力释放快。通过主应力图7也可看到应力主要集中在中间过渡部分，所以必须解决应力集中问题。等效应力值见表1。
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3.2.2 晶粒流动分析
从晶粒流动图8可看出颈部P2处晶粒流动速度很快，方向混乱，最终导致拉裂。两端部位晶粒流动较均匀，各部分方向一致。从图9可看出拉深进行过程中流动速度成波浪形变化，在0.531s时流速加快，P2点速度直线上升，达524mm/s这也表示出此时P2点处变形大，即正在成形斜度部分。晶粒流动数值见表2。
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综上所述，主要问题有以下几点：
(1) 应力集中现象严重；
(2) 过渡处容易破坏；
(3) 零件因变形，尺寸有偏差；
(4) 凸模高度，不能过长；
(5) 毛坯尺寸偏大。
4 修正后的仿真模拟
综上分析，主要的问题及解决措施见表3。
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4.1 应力分析
应力分布情况见图10，从应力数值曲线图11可看出应力明显减小，都在87.9MPa以下。完全在毛坯的应力承受范围132MPa范围以内。等效应力数值对比见表4。
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4.2 晶粒流动
从晶粒流动图12可看出顶端、颈部、底面各部分内的晶粒走向一致，从晶粒流速数值曲线图13看出速率均匀，P2处速率变化较小，各部分速率差缩小，颈部P2处相对P1,P3点速度及变化都小，在0.501s之后因变形加大，晶粒流速加快。在0.549s之后零件成形边缘P3部分，P1,P2速率减小，P3的晶粒流动速率加快，但相对前面速率减小。晶粒流动数值对比见表5。
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5 结束语
修正模具后模拟出的零件达到了图纸要求，通过实际生产也完全符合图纸要求。通过DEFORM软件对零件成形过程中的应力、应变、晶粒流动等情况进行模拟分析，直观的看出问题所在，从而给设计人员提供有价值的工艺数据和技术参考。
参考文献：
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