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摘要：基于Dynaform 对SPCC 0.6和DCO3 0.6冷轧板的冲压过程的仿真分析和对照，发现其差异性，通过工艺参数的修改，快速实现了DC03 0.6油汀散热片材质的可靠替换，材料成本可降低20%。
关键词：散热片冲压；SPCC 0.6；DCO3 0.6
1、前言
油汀散热片为多空间的自由曲面，其结构复杂，油包处拉伸系数大，因此对材质的要求比较高，普通的SPCC冷轧钢板很难满足其使用需求。目前该零件都采用DC03以上牌号的冷轧板。由于钢材的全面涨价，产品的成本持续高升，为降低成本，希望在现有的生产设备及模具下采用低牌号的SPCC冷轧板替代DC03钢板。
由于薄壁零件的冲压成形比较复杂，其成形过程常常产生许多缺陷，如破裂、起皱、弹性补偿不当等，且油汀散热片对外观、隐裂纹等缺陷要求高。传统的制造依靠设计者的经验通过反复试模、修改模具、定型及实际试产等一系列的复杂过程。这种过程由于耗费大量的人力、物力和财力不能满足企业经营的需求和市场发展的要求。本文通过对油汀散热片冲压成型进行模拟分析，分析SPCC和DCO3材质的成型性、减薄率、应力和应变等，对实际生产提供了参考依据。
2、冲压仿真的原理和步骤
文献[1]比较详细的介绍了冲压过程仿真的原理和步骤。薄板冲压成型包含了多个复杂的物理过程，如板料的弹塑性变形过程，板料与模具的摩擦磨损过程，摩擦生热及热传导过程，冲击声波的传输过程等。
本文假设材料满足各向同性硬化条件，在反向加载时不出现包辛格效应，采用BWC单元和Hill屈服准则[2]对板材进行分析模拟，其步骤归纳如下：
（1）建立冲压过程的力学模型；
（2）在力学模型基础上建立有限元分析模型；
（3）根据薄板变形特性选定单元类型并确定有关参数；
（4）根据薄板变形特性选定弹塑性本构关系及有关参数；
（5）根据板料及模具表面特性及其润滑状态选定摩擦定律及参数；
（6）对压板的刚体运动和薄板的弹塑性变形进行求解；
（7）将求解的结果按一定的要求形成文字或图形文件供后处理系统使用
3、仿真过程及结果
部件之间添加接触设置，压边圈压紧力及冲压速度选用现有DCO3的工艺参数，压紧力为20KN，冲压速度为5000mm/s。
3.1成型极限分析
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图1 左DC03、右SPCC
从图1可以看出，DC03和SPCC板料成形后，均为安全区域，其它部位未出现但是均未出现Crack（破裂）区域以及Risk of Crack（有破裂风险的区域），DC03实际生产的产品的合格率均达到99.8%以上，可靠性经过充油长运也未出现漏油渗油现象，说明板料经过成型后在其内部未产生明显的裂纹或者隐裂纹。最大减薄区域也是出现在相同的位置，均为油包圆弧处，所不同的是DC03板料成形后为红色区域11.324%；SPCC板料成形后最大减薄率为红色区域13.408%，较DC03有所升高。
3.2拉伸力
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图2 左DC03、右SPCC
从图2可以看出，两种不同材料所需要的拉伸力变化不大，利用DC03材料进行拉深成形仿真分析，凸模上所需要的总压力（拉深力）最大值为100.725KN；SPCC材料凸模上所需要的总压力（拉深力）最大值为127.438KN，比DC03材料所需要的拉伸力提升。这是因为SPCC材料的屈服强度为224Mpa，抗压强度为330Mpa，比DC03材料的屈服强度为156Mpa，抗压强度为300Mpa要高，因此其抵抗变形的能力更强，所需要的拉伸力更大，但是其最大拉伸力并为超出设备的能力，因此仍然可以在现有冲压设备上进行。
3.3材料流入量
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图3左DC03、右SPCC
从图3可以看出，从表观上看，两种不同材料在油包周围均由一定的起皱，SPCC材料起皱的更明显。从数据分析，各方向板料流入量比较均匀，DC03材料最大流入量为9.766，SPCC材料最大值为10.187，比DC03的流入量要大，也就是说SPCC材料更容易起皱，因此成型需要更大的压边力。
4、实验结果
经过上述仿真结果分析可知，油汀散热片采用SPCC具有较好的工艺性，采用SPCC材料替代DC03材料在理论上可行，仿真结果未出现破裂或者破裂风险区。但是由于材料的强度变大，其极限拉伸力需提升20%左右，且更容易出现起皱现象。
根据上述仿真结果，采用现有的设备及工艺，仅仅调整现有的压边力的情况下，SPCC实际冲压成型实验，经检验尺寸合格，试漏后未发现隐裂纹，说明上述仿真结果和实际相符，可以在一定程度上减少了试模的次数。
5、结束语
通过上述仿真计算及改进，经分析统计，散热片采用上述的SPCC材料替代DC03材料，在不牺牲产品性能和增加新的设备投入及人工成本的情况下，其材料成本可降低20%以上，大幅度提升了公司的产品竞争力。
参考文献：
[1]钟志华，李光耀.薄板冲压成型过程的计算机仿真与应用.北京：北京理工大学出版社，1998，6：88-93
[2]A theory of the yield ingand Plastic flow of anisotropic metals.Proe.R.Soc.Lond.1948，193：281-297