配电柜连接器锻造工艺研究及数值模拟的研究

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　　摘 要：本文针对配电柜连接器的分模面、锁扣装置和金属折叠锻造工艺进行剖析，通过研究有限元建模、成形过程、折叠方向、等效应变、成形载荷等数值模拟方法，目的在于提高配电柜连接器生产质量，推动行业经济的快速发展。
　　关键词：配电柜连接器；锻造工艺；数值模拟
　　配电柜是广泛应用于工业、小区、家庭的配电装置，通常情况下都会配备相应的配电室来监管配电柜运行。配电柜连接器是配电柜的重要组成结构，通过提高配电柜连接器的综合性能，对延长零件使用寿命有着积极的意义。
　　1 配电柜连接器锻造工艺
　　1.1 分模面
　　分模面是指模锻件在制造过程中所接触模具上下两端的空腔模块。分模面的设计，对连接器成形质量有着直接的影响。在进行分模面设计时需要遵循以下原则：第一，相同原则。锻件外形需要与分模面形状保持一致，避免两者不契合，造成锻件脱离模具。通常情况下，锻件可以大致填充在模具当中，使锻件可以锻造成预期零件形状；第二，契合原则。分模面的选择需要契合锻件结构，借此加快锻造速度。例如，某零件属于对称结构，但零件存在曲面，对此在进行零件分模时，应采用曲线分模，使锻件达到完整填充的目的。
　　1.2 锁扣装置
　　锁扣是将上下锻模加工成具备凹凸规律的结构。该装置的主要作用是为了减少模具成形过程中，受到外部压力形成错位，造成模塊结构开裂。该工艺的具体实施步骤如下：首先，分析分模面的组成，如果分模面是曲面，在锻造过程中，容易受到外力作用造成模具错位。对此需要在模具曲面位置加固锁扣，增加模具的抗击打能力。其次，在锻造过程中，需要实时监测模具错位距离，结合错位情况适当调整锁扣位置。最后，安装锁扣装置时，需要确保锁扣装置的稳定性，借此提高锻件精准度和锻造质量。
　　1.3 金属折叠
　　折叠是金属在变形过程中利用某种特定方式使表层金属汇集在一起的结构类型。折叠方式可以分为以下几种类型：第一种，液态金属在高速运动状态下带动相邻金属表层产生的折叠；第二种，多种金属发生碰撞，使金属表面发生形变的折叠；第三种，金属弯曲过程或回流过程中所产生的折叠；第四，利用压力造成金属局部变形的折叠。通常情况下，配电柜连接器的筋比较薄，折叠容易发生在连接处，如果该现象比较集中在某一部位，容易引起零件脆性提高，使用寿命缩短。如果坯料出现多次折叠情况，证明坯料设计存在一定问题，此时可以将原来设计坯料长度延长，并且将坯料的边缘进行倒圆处理，借此增加筋和底板之间的圆角半径，增大金属流动范围，使筋和底板之间的折叠效应降低，提高产品质量水平。
　　2 配电柜连接器数值模拟
　　2.1 有限元建模
　　有限元建模软件是数值模拟常用的建模软件，在实际操作中，可以为零件建模提供良好的理论保障。例如，某坯料的尺寸为直径3厘米×9厘米，将该坯料设置为塑性体，内部填充材料设置为铅黄铜，将坯料的初始温度设置为六百摄氏度。外部模具材料选择模具钢，该材料在实际锻造中，受到外部压力变形量较小。可以将模具钢设置为刚性体，初始温度调整为150摄氏度，上模的速度可以设置为35mm/s。设置上下模的摩擦系数为0.3，坯料与上下模面之间紧密相连，使其按照既定要求完成锻造流程。
　　2.2 成形过程
　　借助有限元建模软件进行模拟，确定上下模接触的先后顺序，假定上模最先接触到坯料，那表明该过程最先成形的是模具的上端。上模在与坯料进行摩擦的过程中，使坯料的上端与上模逐渐契合在一起，形成模具的外形。并且随着上模的运动，下面也将贴合坯料，坯料将逐渐填充下模，当上模与下模完全连接在一起时，证明坯料已经完成初步锻造。在验证坯料的填充情况时，可以观察上下模缝隙中是否存在飞边，如果存在飞边，表明该材料已经填充完整；如果没有飞边，表明材料可能没有填充完整需要进行进一步的观察。
　　2.3 折叠方向
　　在锻造过程中，需要观察连接器筋与底板之间的金属流动情况。通常情况下，筋和底板中的金属流动都会处于同一方面，并且不会发生较大的碰撞，如果发生较多次的碰撞会影响连接器的稳定性。若没有发生碰撞，表明该结构中没有较大的折叠情况，可以满足正常生产要求。
　　2.4 等效应变
　　在正常锻造情况下，上模会将坯料压入凹槽当中，在压入的过程中，凹槽两边会覆盖上一层薄壁，此时两侧的高筋与底板相连接的部分会出现变化，根据数据计算可以得到，两者等效应变值为2.6。随着模具的不断锻造，此时坯料圆柱部分已经基本成型，此时的等效应力主要分布在凹槽内壁和坯料圆柱的飞边处，此时进行等效应变值的计算，可得数值为3.5。在坯料完全成型的阶段，此时等效应力将均匀分布在凹槽内壁和零件的外形上面，计算此时的等效应变，可得数值为5.3。根据各项数据比对可得，在数据模拟过程中，零件可以按照预期的目标进行成形，并且模具性能保持稳定，没有出现开裂的情况。
　　3 结论
　　综上所述，在进行分模面选择时，需要充分考虑零件外形，选择合适的分模面，提高材料的利用率；在验证工艺可行性时，可以根据数值模拟结果进行综合评价。通过研究配电柜连接器锻造工艺和数值模拟，对提高零件成形质量有着重要的意义。
　　参考文献：
　　[1]邵超，邱建新，胡晓峰，王雷刚.配电柜连接器锻造工艺研究及数值模拟分析[J].精密成形工程，2018，9（06）：182-186.
　　[2]严升.电连接器接触特性与温度场的数值模拟研究[D].北京：北京交通大学，2018.
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