CN110765693A - 基于cae仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调试周期短且精准度高的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，该基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法包括以下步骤：利用绘图软件对模具或产品造型，得到模具或产品的绘图数模；利用数据转换工具将绘图数模导入有限元分析软件中；向有限元分析软件中添加产品的原材料数据，对模具或产品建立计算模型，并进行求解；对计算模型的结果进行分析：若分析数据显示不满意，则对模具或产品的工艺参数进行修改或对模具或产品的绘图数模进行修改；若分析数据显示满意，则可根据绘图数模及工艺参数设计模具。

Description

基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法

技术领域

本发明涉及CAE仿真技术技术领域，特别是涉及一种基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法。

背景技术

钽电容器是利用金属钽制成的外壳对两个电极板及设置在两个电极板之间的介质材料进行封装，并借助电极板与介质材料之间的电场作用对电荷进行储存或释放，来实现电路中能量的转换及电路控制的装置，其具有体积小、容量大、可靠性高且寿命长等特性，广泛用于雷达、宇航飞行器及导弹等技术领域。钽电容器外壳中许多零件均属于钣金件，因此，在钽电容器外壳的加工过程中，需要对钽板或钽片进行钣金加工，以得到预定形状的零件，从而满足钽电容器的不同使用需求。

然而，用于制作钽电容器外壳的钽板材料变形规律较为复杂，材料流动不易控制，难以应对电容器零件型面复杂、曲率变化大、精度要求高且零件成型时容易出现裂纹和起皱现象等特点，而传统的钽电容器外壳的生产主要由模具师傅根据生产经验来判断钽板的性质并设计制作调试模具，该调试周期较长，进而造成钽电容器外壳加工效率低，不利于提高产品的市场竞争力；此外，模具的加工受模具师傅主观判断影响较大，因判断失误造成的模具报废率较高，模具加工的精准度低。

发明内容

基于此，有必要针对调试周期长及精准度低的技术问题，提供一种基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法。

一种基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，该基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法包括以下步骤：利用绘图软件对模具或产品造型，得到所述模具或产品的绘图数模；利用数据转换工具将所述绘图数模导入有限元分析软件中；向所述有限元分析软件中添加产品的原材料数据，对所述模具或产品建立计算模型，并进行求解；对所述计算模型的结果进行分析：若分析数据显示不满意，则对所述模具或产品的工艺参数进行修改或对所述模具或产品的所述绘图数模进行修改；若分析数据显示满意，则可根据所述绘图数模及所述工艺参数设计模具。

在其中一个实施例中，所述绘图软件包括CAD、UG、CATIA或ProE。

在其中一个实施例中，所述数据转换工具为IGES。

在其中一个实施例中，所述有限元分析软件为AUTOFORM。

在其中一个实施例中，所述原材料数据包括产品的化学成份及力学性能。

在其中一个实施例中，所述分析数据显示不满意的条件为开裂、起皱、回弹、变薄或变形中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述工艺参数包括模具成型间隙、压边圈压力、R角大小、加工工序、成型摩擦系数、原材料外形形状及拉延筋位置深度。

上述基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，通过有限元分析软件对贵金属钽电容器外壳零件的成形性和可行性进行分析，在零件成型前即可通过计算机对工艺参数进行优化，无需反复对模具进行修改，缩短了产品生产的研制周期，提高了产品的生产效率；此外，通过对产品的工艺参数进行在线优化，替代了产品的真实研制过程，避免了频繁对模具进行修改造成的模具报废问题的发生，模具的加工精度更高，从而降低了生产成本。

附图说明

图1为一个实施例中基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法的逻辑控制图；

图2为一个实施例中零件拉深模拟的成形质量图；

图3为一个实施例中零件拉深模拟的厚度分布云图；

图4为一个实施例中零件拉深模拟的成型极限图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，本发明提供了一种基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，该基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法包括以下步骤：

步骤1：利用绘图软件对模具或产品造型，得到模具或产品的绘图数模。

具体的，采用CAD、UG、CATIA或ProE等绘图软件对模具或产品进行建模造型，形成模具或产品的绘图数模。需要说明的是，由于模具是用于对产品约束造型的装置，其工作区域的形状结构与产品的形状结构一致，也就是说，本发明所指的模具的绘图数模与产品的绘图数模一致，于此不再赘述。

步骤2：利用数据转换工具将绘图数模导入有限元分析软件中。

具体的，利用IGES将步骤1中形成的绘图数模转化为有限元分析软件可识别的数据，并将数据导入有限元分析软件中进行分析处理。

需要说明的是，由于贵金属钽电容器外壳的材料为钽板，外壳零件属于薄壁板料拉深件，此类薄壁板料拉深件在拉深过程中同时存在正拉深与反拉深，且零件的内孔与外形直径比较小，易产生裂纹和褶皱，属于难成形件。因此，为了更好的选取工艺参数，优化零件的成型工艺及路径，控制零件的成型质量，得到优质的产品，并使加工过程顺畅，在保证产品质量并考虑加工效率及节约成本的前提下，采用有限元分析软件对产品进行分析，以确定该零件具体需要拉伸成型的次数。

一实施例中，有限元分析软件为AUTOFORM。AUTOFORM是一种常见的板料成形模拟软件，适用于复杂的深拉延和拉伸成型模的设计，冲压工艺和模面设计的验证及成形参数的优化，其对板料成形优化过程的可行性及可靠性较高，其结果真实的反映了板料的成型过程并可用于评估板料的特性，可缩短产品和模具的开发验证时间、降低产品开发和模具成本、显著提高产品的质量，从而提高产品的市场竞争力。需要说明的是，AUTOFORM的工作过程包括前处理过程及后处理过程。AUTOFORM的前处理过程包括：通过CAD、UG、CATIA或ProE等绘图软件对产品或模具进行建模造型，以得到产品或模具的形状及尺寸参数，随后通过数据转换工具，如IGES，将绘图软件的数据转换至AUTOFORM，形成AUTOFORM可识别并进行运算的数据。AUTOFORM接收数据后，AUTOFORM的偏移功能快速的从凸模生成凹模或从凹模生成凸模，以便于定义拉延筋和修边轮廓等功能曲线。AUTOFORM还可对输入的零件进行自动网格划分，并对数据进行尖角圆整，即无需人工干预及修改即可对邻边倒圆。在AUTOFORM的后处理过程中，软件对模拟结果进行解释，并对数据结果进行判断，以利于获取更为准确的板料的特性数据。通过使用AUTOFORM，可实时地观测计算结果，以便在计算初始阶段即可发现模型设置方面的错误，避免浪费时间；可观测应力、应变和厚度分布、材料流动状况，计算工具应力、冲压力，实现材料标记、法向位移的标识，还可生成对破裂、起皱和回弹失效进行判定的成形质量图以及成形极限图；此外，软件还可进行一些特殊评估，如几何体和结果的截面显示，FLC失效分析，状态改动后的后期显示及回弹评估用的实际模型定位等，从而实现对板料的全面评估。

步骤3：向有限元分析软件中添加产品的原材料数据，对模具或产品建立计算模型，并进行求解。

具体的，向有限元分析软件中输入产品的化学成份及力学性能等参数，以利于有限元分析软件确定板料的种类，以便于对产品的各项技术参数进行模拟评估。

步骤4：对计算模型的结果进行分析：

若分析数据显示不满意，则对模具或产品的工艺参数进行修改或对模具或产品的绘图数模进行修改。

具体的，本发明所指的分析数据显示不满意的条件为开裂、起皱、回弹、变薄或变形中的一种或多种。也就是说，当有限元分析软件的结果出现上述情形中的一种或几种时，有限元分析软件即判断板料模拟效果难以满足实际产品需要，并可对模具或产品的工艺参数进行修改或对模具或产品的绘图数模进行修改，以使得模拟结果贴合钽电容器外壳的实际情况。其中，对工艺参数的修改包括对模具成型间隙、压边圈压力、R角大小、加工工序、成型摩擦系数、原材料外形形状及拉延筋位置深度等技术参数的修改；对绘图数模的修改包括对模具或产品的形状及尺寸的调整。

若分析数据显示满意，则可根据绘图数模及工艺参数设计模具。

也就是说，上述试验条件下模拟出的板料在满足不开裂、不起皱、不回弹、不变薄且不变形的条件下，即可认为该参数下的板料可满足钽电容器外壳的实际生产，从而保证钽电容器外壳的品质。

上述基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，通过有限元分析软件对贵金属钽电容器外壳零件的成形性和可行性进行分析，在零件成型前即可通过计算机对工艺参数进行优化，无需反复对模具进行修改，缩短了产品生产的研制周期，提高了产品的生产效率；此外，通过对产品的工艺参数进行在线优化，替代了产品的真实研制过程，避免了频繁对模具进行修改造成的模具报废问题的发生，模具的加工精度更高，从而降低了生产成本。

本发明取厚度为0.52毫米、内径与外形直径比为0.48的零件进行模拟测试，并将模拟结果及分析对贵金属钽电容器外壳成形的质量进行模拟。具体的，本发明采用了单动有压边圈的精确成形模拟，请参阅图2，经过第一次拉深并得到的模拟结果可以看出，零件的口部区域增厚约0.06毫米，并有起皱的趋势。针对此种情况，在零件的实际加工过程中，需增加压边力，以防止零件起皱。也就是说，压边力的大小在拉延过程中起着重要作用，合理的压边力可以控制起皱和破裂程度，保证零件表面质量和刚度要求。在钽板零件的实际生产过程中，压边力的理论值介于300千牛至450千牛之间，当压边力达到450千牛时，零件内部存在破裂现象，随着压边力的降低，零件内部破裂有所减少，但是压边圈部分的金属起皱现象随着压边力的降低愈加严重，因此合理压边力的选取对于模拟过程的可靠性尤为重要。请一并参阅图3与图4，通过对零件进行第二次拉深和第三次拉深后，由模拟结果可以看到，整个零件的成型过程满足钽电容器外壳的使用需求，零件无起皱和破裂等现象发生，因此，可采用此条件下的工艺参数对零件和模具进行加工。

需要说明的是，模拟结果的精确性取决于网格划分的质量，由于有限元分析理论上是将毛料模型分成若干小部分，以各部分的运动变形情况逼近零件的实际情况。因此，网格划分越密集、细小，理论上来讲，即更加接近零件的实际状况。但由于零件网格越多，计算数据越庞大，计算速度也将大为减慢，因此，在实际模拟过程中，需对有限元分析软件的网格进行合理划分以得到较快的运算速度并保证运算结果的精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，包括以下步骤：

利用绘图软件对模具或产品造型，得到所述模具或产品的绘图数模；

利用数据转换工具将所述绘图数模导入有限元分析软件中；

向所述有限元分析软件中添加产品的原材料数据，对所述模具或产品建立计算模型，并进行求解；

对所述计算模型的结果进行分析：

若分析数据显示不满意，则对所述模具或产品的工艺参数进行修改或对所述模具或产品的所述绘图数模进行修改；

若分析数据显示满意，则可根据所述绘图数模及所述工艺参数设计模具。

2.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述绘图软件包括CAD、UG、CATIA或ProE。

3.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述数据转换工具为IGES。

4.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述有限元分析软件为AUTOFORM。

5.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述原材料数据包括产品的化学成份及力学性能。

6.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述分析数据显示不满意的条件为开裂、起皱、回弹、变薄或变形中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法，其特征在于，所述工艺参数包括模具成型间隙、压边圈压力、R角大小、加工工序、成型摩擦系数、原材料外形形状及拉延筋位置深度。

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