拉延筋对316L不锈钢手机外壳冲压成形性能的影响研究

摘 要：本研究主要探讨拉延筋对316L不锈钢手机外壳冲压成形性能的影响。利用Dynaform有限元数值模拟技术，对0.8mm厚的316L不锈钢板料进行手机外壳冲压成形模拟试验，确定等效拉延筋的几何分布和最优工艺参数。

关键词：316L不锈钢；手机外壳；拉延筋

中图分类号：TG386 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0080-02

1 设计等效拉延筋

本研究采用Dynaform有限元数值模拟技术，对0.8mm厚的316L不锈钢板料进行手机外壳冲压成形试验。利用UG建立手机外壳三维模型，手机外壳的长L=158.2mm，宽W=77.9mm，高H=7.3mm，凸模圆角半径Rp=1.0mm，凹模圆角半径Rd=0.8mm，拐角半径Rc=8.0mm。将手机外壳三维模型导入Dynaform有限元分析软件中，建立尺寸较大、能够容纳拉延筋分布试验的毛坯板料（blank），建立冲压工具凹模（die）、凸模（punch）、压边圈（binder），对冲压工具进行有限元网格划分，消除孔洞和不合理单元网格等缺陷，优化单元网格。凸模、凹模、压边圈与板料之间采用“From one way S to S”类形接触，接触摩擦系数为0.125。虚拟冲压速度s=2000.0mm/s（梯形加载），压边力F=200kN。冲压工序完成后对板料进行切边、三维冲孔、回弹补偿和整形工序。

经过有限元数值模拟计算，从图1板料成形极限图（FLD）中可以看出，在无拉延筋作用下观察金属流动规律，发现板料在X、Y方向上收缩较大、起皱区域较多、板料拉深成形不足。因此本研究采用四线阻力式等效拉延筋，拉延筋分布在XY平面上收缩较大的四个方向，具体分布如图2中红色线条所示。

2 拉延筋对冲压成形影响分析

在316L不锈钢板料手机外壳冲压成形过程中，为了有效防止板料出现起皱和拉裂等成形缺陷，不仅要设计合理的拉延筋几何分布，还需要计算最优拉延筋参数，从而优化冲压工艺方案。

本研究中，等效拉延筋阻力分别取F=928.241N/mm（6.25%、12.5%、18.75%、25%、31.25%）进行计算，板料成形极限（FLD）见图3-图7，板料边界运动见图8-图12，数值模拟结果见表1。

从板料成形极限图（FLD）可以看出，等效拉延筋阻力较小时，起皱区域占比较大，安全变形区域占比较小；随着等效拉延筋阻力增大，起皱区域占比缩小，安全变形区域占比增大，过分减薄或破裂缺陷。

从板料边界运动图（PBM）可以看出，随着等效拉延筋阻力不断增大，板料边界运动位移逐渐变小，减少了板料边缘的流动变形量，有效解决了板料在XY平面上收缩幅度过大的问题。

由表1可以看出，随着等效拉延筋阻力不断增大，最大边界运动、最大增厚率、起皱情况均不断减小，板料成形效果得到改善，手机外壳有效部分成形更加充分，边缘成形不足区域为废料，可以通过切边去除。在安全成形范围内，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。但当等效拉延筋阻力F>174.045N/mm时，板料发生过分减薄或破裂现象，所以等效拉延筋阻力应控制在174.045N/mm以内。

3 结束语

通过对成形极限图（FLD）、板料边界运动图和数值模拟数据表分析可知：在316L不锈钢板料手机外壳冲压成形过程中，当等效拉延筋阻力F<58.015N/mm时，板料发生起皱现象，板料边缘收缩幅度较大，成形精度也较低；在安全成形范围内，等效拉延筋阻力越大，板料成形效果越好。当等效拉延筋阻力F>174.045N/mm時，板料发生过分减薄或破裂现象。综合以上影响因素得出316L不锈钢手机外壳冲压成形的最优等效拉延筋阻力应控制在116.030N/mm至174.045N/mm之间。

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