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本文作者：張慶永1劉成武1朱永明2寧水根1作者單位：1.福建工程學(xué)院機(jī)電及自動化工程系2.上海申睿汽車設(shè)計公司

0引言

回彈是汽車覆蓋件沖壓成形中的成形缺陷，其直接影響了沖壓件的最終形狀，對零件的形狀和尺寸精度有著重要影響[1~3]。因此，在沖壓模具制造時必須對回彈進(jìn)行分析和控制。長期以來，如何精確的對回彈進(jìn)行數(shù)值分析計算和進(jìn)行回彈補(bǔ)償，一直是汽車覆蓋件沖壓成形仿真的研究熱點(diǎn)[4,5]。目前，比較成熟的回彈補(bǔ)償方法是幾何補(bǔ)償法。要進(jìn)行回彈補(bǔ)償和實(shí)現(xiàn)虛擬修模，其關(guān)鍵點(diǎn)是回彈量的獲取和補(bǔ)償量的確定。有了這些回彈計算的數(shù)據(jù)，就可以按照一定的公式或比例關(guān)系獲得回彈補(bǔ)償量，從而進(jìn)行修模。本文建立基于虛擬試模過程的汽車覆蓋件沖壓模具回彈自動補(bǔ)償方法，為在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)不依賴人的覆模件沖壓模具設(shè)計做了初步的嘗試。

1汽車覆蓋件模具的回彈自動補(bǔ)償方法

汽車覆蓋件沖壓模具回彈補(bǔ)償過程是基于零件設(shè)計要求形狀的虛擬修模迭代過程。它是先按照覆蓋件的設(shè)計要求形狀設(shè)計出初始模具形狀，經(jīng)過成形模擬和回彈計算分析，獲得板料成形回彈后形狀。通過對板料成形回彈前后形狀和初始模具形狀的分析，對模具進(jìn)行回彈自動補(bǔ)償，得到模具修正后模具形狀；然后將回彈補(bǔ)償后的模具進(jìn)行成形模擬和回彈計算分析，將得到零件回彈計算后的形狀與設(shè)計要求形狀進(jìn)行比較，判斷兩者的幾何形狀誤差是否滿足設(shè)計誤差要求。若滿足設(shè)計誤差要求，輸出模具回彈補(bǔ)償結(jié)果；若不滿足設(shè)計誤差要求，必須重新進(jìn)行回彈自動補(bǔ)償循環(huán)，直到符合設(shè)計誤差要求的模具回彈補(bǔ)償結(jié)果。汽車覆蓋件沖壓模具回彈補(bǔ)償原理示意圖如圖1所示。

2汽車覆蓋件沖壓模具回彈自動補(bǔ)償過程分析

汽車覆蓋件沖壓模具回彈補(bǔ)償方法是基于有限元計算模擬得到零件回彈量大小修改模具型面的虛擬試模的方法，回彈補(bǔ)償偏移量為模擬計算得到零件回彈量的大小。下面對某保險杠骨架外杠的模具進(jìn)行回彈自動補(bǔ)償，驗(yàn)證此方法的正確性。由于本覆蓋件是對稱件，因此采用一半進(jìn)行仿真分析。覆蓋件沖壓成形過程的仿真分析模型如圖2所示。首先模擬沖壓成形，得到的FLD如圖3所示。成形模擬結(jié)束后，繼續(xù)進(jìn)行修邊和回彈分析計算，得到回彈量結(jié)果分布圖如圖4所示。

可以看出：零件彎曲末端的回彈量最大，其數(shù)值最大3.1mm；零件中間部位回彈量最小，回彈量是從兩端最大向中間最小遞減分布，回彈量大小分布形式和實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)生的回彈量大小分布形式基本一致。由于此零件的回彈量很大，不能滿足設(shè)計要求，因此要進(jìn)行模具回彈補(bǔ)償設(shè)計。判斷模具回彈自動補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是否符合設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)是：將回彈自動補(bǔ)償后的模具進(jìn)行成形模擬和回彈計算分析，把回彈計算后的零件形狀與理論要求的形狀進(jìn)行對比，如果兩者誤差達(dá)到設(shè)計誤差要求，就可以認(rèn)為模具回彈補(bǔ)償結(jié)果已經(jīng)得到；反之，則要進(jìn)行下一輪回彈自動補(bǔ)償循環(huán)，以得到最合適的回彈補(bǔ)償結(jié)果。經(jīng)過反復(fù)計算，對此覆蓋件進(jìn)行三次回彈自動補(bǔ)償循環(huán)。通過測量第三次模具回彈自動補(bǔ)償循環(huán)結(jié)果可知：覆蓋件回彈后彎曲末端與理論要求形狀只有比回彈自動補(bǔ)償前下降了76%，說明回彈補(bǔ)償后的沖壓模具生產(chǎn)的零件與理論形狀非常接近。

如圖5所示為模具三次回彈自動補(bǔ)償后形狀與初始模具形狀的比較。從圖5中可以看出：回彈自動補(bǔ)償后的模具型面在初始模具型面下面（圖5中z軸正向），末端彎曲部位回彈補(bǔ)償量最大，中間部分回彈補(bǔ)償量最小，回彈補(bǔ)償量分布與模具回彈量分布是基本一致的，這說明覆蓋件沖壓模具是根據(jù)計算回彈量大小進(jìn)行回彈自動補(bǔ)償?shù)?，而不是人工手動去進(jìn)行模具回彈補(bǔ)償過程。模具回彈補(bǔ)償前后的型面網(wǎng)格如圖6所示。

把模具初始型面CAD文件和模具回彈補(bǔ)償前后網(wǎng)格模型導(dǎo)入到分析軟件中，回彈補(bǔ)償位移矢量將被計算，如圖7所示。然后選擇所有原始模具型面進(jìn)行回彈補(bǔ)償計算，輸出回彈補(bǔ)償后模具型面，作為拉延模具設(shè)計的依據(jù)?；貜椦a(bǔ)償前后的模具型面對比如圖8所示。實(shí)際工況表明，利用回彈自動補(bǔ)償方法得到的模具型面設(shè)計的覆蓋件沖壓模具，回彈趨勢和實(shí)際工況基本一致；最終測量誤差80%區(qū)域在1mm以下，還未整體達(dá)到最后實(shí)際生產(chǎn)0.5mm的精度要求。分析其原因，首先回彈補(bǔ)償?shù)木戎苯痈采w件沖壓成形仿真計算精度和回彈計算精度有關(guān)，而影響成形分析的因素非常多，這直接影響最后的回彈補(bǔ)償結(jié)果；其次，回彈自動補(bǔ)償方法在汽車覆蓋件沖壓模具上的可靠性，還有待進(jìn)行更多的實(shí)際工況試驗(yàn)驗(yàn)證，尤其是針對更復(fù)雜的覆蓋件類型。雖然軟件回彈補(bǔ)償技術(shù)還有待繼續(xù)完善，但是這種思路顯示出巨大的工程實(shí)用價值。

綜上所述，汽車覆蓋件沖壓模具的回彈自動補(bǔ)償過程如圖9所示。

3結(jié)論

對汽車覆蓋件中沖壓模具的回答問題進(jìn)行了研究，采用自動回彈補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行修正，從而使整個回彈補(bǔ)償過程可以自動完成，并得到合理的回彈補(bǔ)償結(jié)果。通過對汽車保險杠骨架外杠的回彈自動補(bǔ)償進(jìn)行研究，證明了所提出汽車覆蓋件沖壓模具回彈自動補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ目尚行裕瑴p小了操作者實(shí)際的修模工作量，但精確度還有待提高。