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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(dòng)化工程系2.上海申睿汽車設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)必須對(duì)回彈進(jìn)行分析和控制。長期以來，如何精確的對(duì)回彈進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)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(jì)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(dòng)補(bǔ)償方法，為在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)不依賴人的覆模件沖壓模具設(shè)計(jì)做了初步的嘗試。

1汽車覆蓋件模具的回彈自動(dòng)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(jì)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(jì)要求形狀設(shè)計(jì)出初始模具形狀，經(jīng)過成形模擬和回彈計(jì)算分析，獲得板料成形回彈后形狀。通過對(duì)板料成形回彈前后形狀和初始模具形狀的分析，對(duì)模具進(jìn)行回彈自動(dòng)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(jì)算分析，將得到零件回彈計(jì)算后的形狀與設(shè)計(jì)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(jì)誤差要求。若滿足設(shè)計(jì)誤差要求，輸出模具回彈補(bǔ)償結(jié)果；若不滿足設(shè)計(jì)誤差要求，必須重新進(jìn)行回彈自動(dòng)補(bǔ)償循環(huán)，直到符合設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)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(jì)算得到零件回彈量的大小。下面對(duì)某保險(xiǎn)杠骨架外杠的模具進(jìn)行回彈自動(dòng)補(bǔ)償，驗(yàn)證此方法的正確性。由于本覆蓋件是對(duì)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(jì)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(jì)要求，因此要進(jìn)行模具回彈補(bǔ)償設(shè)計(jì)。判斷模具回彈自動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)是：將回彈自動(dòng)補(bǔ)償后的模具進(jìn)行成形模擬和回彈計(jì)算分析，把回彈計(jì)算后的零件形狀與理論要求的形狀進(jìn)行對(duì)比，如果兩者誤差達(dá)到設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算，對(duì)此覆蓋件進(jìn)行三次回彈自動(dòng)補(bǔ)償循環(huán)。通過測(cè)量第三次模具回彈自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)算回彈量大小進(jìn)行回彈自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?，而不是人工手?dòng)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(jì)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(jì)算，輸出回彈補(bǔ)償后模具型面，作為拉延模具設(shè)計(jì)的依據(jù)?；貜椦a(bǔ)償前后的模具型面對(duì)比如圖8所示。實(shí)際工況表明，利用回彈自動(dòng)補(bǔ)償方法得到的模具型面設(shè)計(jì)的覆蓋件沖壓模具，回彈趨勢(shì)和實(shí)際工況基本一致；最終測(cè)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(jì)算精度和回彈計(jì)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(dòng)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(duì)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(jià)值。

綜上所述，汽車覆蓋件沖壓模具的回彈自動(dòng)補(bǔ)償過程如圖9所示。

3結(jié)論

對(duì)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(dòng)回彈補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行修正，從而使整個(gè)回彈補(bǔ)償過程可以自動(dòng)完成，并得到合理的回彈補(bǔ)償結(jié)果。通過對(duì)汽車保險(xiǎn)杠骨架外杠的回彈自動(dòng)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(dòng)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。