基于幾何補償?shù)母邚姲迤嚫采w件回彈優(yōu)化控制

李惠龍，陳靖芯，朱其昌，李 紅，萬訓保

（1.揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225009；2.江蘇卡明模具有限公司，江蘇 揚州 225009）

0 引言

在汽車制造中，有60%～70%的零件是通過沖壓工藝進行生產(chǎn)的。汽車沖壓件成形質(zhì)量的好壞不僅影響到整車裝配和汽車外觀，而且汽車的制造成本和新車型的開發(fā)周期等都會造成很大的影響。然而，板料的沖壓成形過程是一個極其復雜的過程，容易產(chǎn)生各種成形缺陷，其中回彈就是最難控制的。特別是近年來，節(jié)能與環(huán)保已成為時代的主題，各大汽車廠商紛紛開始致力于車身結(jié)構(gòu)輕量化的研究，高強度鋼在汽車車身制造中的應用越來越廣泛。由于高強度鋼板的塑性及成形性能比普通鋼板要差，使得高強板汽車覆蓋件的回彈問題變得日益突出。如何有效的控制高強板汽車覆蓋件的回彈，成為沖壓成形領域的一大難點。

1 回彈的控制方法

目前，在板料沖壓成形過程中，控制回彈主要從兩方面加以考慮：

（1）從工藝控制方面加以考慮，即可通過改變成形過程的邊界條件，如毛坯形狀尺寸、壓邊力大小及分布狀況、模具幾何參數(shù)、摩擦潤滑條件等來減少回彈缺陷的產(chǎn)生，這類方法稱為工藝控制法。

（2）通過修模或增加修正工序等加以考慮，即在特定工藝條件下實測或有效預測實際回彈量的大小以及回彈趨勢，然后通過修模或增加修正工序，使回彈后的零件恰好滿足成形零件的實際要求，該方法為幾何補償法。

在實際生產(chǎn)中，此兩種方法都得到廣泛的采用，本文為了更有效地控制地板中通道的回彈，將兩種方法綜合起來考慮，最終獲得了理想的成形效果。

2 地板中通道的回彈仿真

2.1 材料性能及產(chǎn)品建模

本文所采用的試件為馬自達J53R型轎車上的地板中通道，所用的材料為高強度鋼板，材料代號為B280VK-36，它是一種冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼，泊松比=0.28,屈服強度為280-420MPa，抗拉強度大于440MPa。

2.2 覆蓋件質(zhì)量檢測標準

圖1 地板中通道零件圖

通常在實際生產(chǎn)當中對試制產(chǎn)品進行檢測時，需經(jīng)過兩道測量程序：①利用三坐標測量儀，將產(chǎn)品上的點與數(shù)模對應點對進行對比，在整體尺寸滿足的前提下進入第二道測量程序；②將產(chǎn)品放在特制的檢具上，對零件關(guān)鍵型面的尺寸精度進行測量，并用塞規(guī)測試產(chǎn)品與測量面之間的吻合度，若將誤差控制在以內(nèi)，則滿足設計要求，即可判定為合格產(chǎn)品。

2.3 回彈數(shù)值模擬

本文研究的地板中通道是一個需經(jīng)過多步工序沖壓而成的零件，主要分為拉深—修邊—翻邊—側(cè)整形—側(cè)沖孔五大工序，利用板料成形CAE軟件DynaForm對零件成形后的回彈進行數(shù)值模擬。結(jié)果如下圖。

圖2 中通道截面線

圖3 零件回彈前后截面對比

圖4 回彈前后的夾角

從上圖的結(jié)果可以看出，中通道左右兩端型面的最大回彈角度為5.3°，該回彈量遠遠超過了零件尺寸的誤差范圍，無法滿足精度要求，下面采用模具幾何補償?shù)姆椒▽χ型ǖ赖幕貜椓考右钥刂啤?/p>

2.4 回彈幾何補償

為了有效的控制中通道的回彈量，本文采用模具幾何補償?shù)姆椒ǎ槍α慵那嫘螤钐攸c，并結(jié)合企業(yè)技術(shù)人員豐富的工程經(jīng)驗，將中通道左右兩端型面分別向內(nèi)側(cè)進行3°和2°的修模。修模完成后的數(shù)值模擬結(jié)果如圖5所示。

由回彈前后零件形狀的對比發(fā)現(xiàn)，其左右兩端的型面最大回彈角度為1.8°，考慮到模具兩端型面的修模角度，中通道的最大回彈角應該在5°左右。修模之后，零件的最終形狀雖已基本能夠滿足質(zhì)量要求，但是并沒有將中通道的回彈量控制在最優(yōu)，若想進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，可對成形工藝參數(shù)繼續(xù)進行優(yōu)化。

圖5 模具修整前后型面對比

圖6 修模之后的零件回彈前后截面對比

圖7 回彈前后的夾角

3 回彈正交優(yōu)化控制

該地板中通道的回彈主要出現(xiàn)在翻邊和側(cè)整形工序中，這樣在很大程度上影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，板料在經(jīng)過拉延之后，材料已經(jīng)發(fā)生了一定程度的塑形變形，根據(jù)彈塑性的加工硬化現(xiàn)象，后面的翻邊工序必須要比前面拉延提供更多的應變，才能達到材料新的屈服點，發(fā)生塑形變形，否則將會導致塑形變形不充分，從而出現(xiàn)大量的回彈的現(xiàn)象。所以在經(jīng)過拉延之后的翻邊，更容易引起零件的回彈。為了將中通道的回彈量控制在最小范圍內(nèi)，選取壓邊力、摩擦系數(shù)以及沖壓速度作為因素水平，對零件的回彈進行優(yōu)化。

表1 正交試驗因素水平表

壓邊力：壓邊力是影響板料成形質(zhì)量的一個至關(guān)重要的因素，壓邊力過大會使坯料在翻邊、側(cè)整形的過程中過薄，過小會使板料流動阻力太小，塑性變形不夠充分，根據(jù)工程人員的實踐經(jīng)驗，將翻邊及側(cè)整形中的壓邊力的范圍規(guī)定在5～20t之間。

摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)的選定必須合適，不能過大也不能過小，過大容易造成零件的表面磨損，加劇模具的損耗，同時也可能引起負回彈，過小會使材料的流動阻力不足，導致工件的塑性變形不充分，一般選在0.1～0.2之間。

沖壓速度：模具的沖壓機床的速度一般可在1～10m/s之間進行調(diào)節(jié)。

確定了各因素和水平之后，正交試驗方案如表2所示：在經(jīng)過正交組合之后，進行了9次試件的翻邊、側(cè)整形工序之后的回彈的數(shù)值模擬，試驗結(jié)果見表3。

由正交試驗的結(jié)果可以看出，行號為5的參數(shù)組合，即當壓邊力為10t，摩擦系數(shù)為0.15，沖壓速度為2m/s時，工件在翻邊、側(cè)整形工序之后產(chǎn)生的回彈量是最小的，此時的最大回彈角度為3.64°。

表2 正交試驗方案

表3 正交試驗結(jié)果

4 結(jié)束語

本文利用DynaForm軟件對地板中通道進行了回彈仿真分析，經(jīng)過對模具兩端型面的修模，大大改善了零件成形后的質(zhì)量。并選取壓邊力、摩擦系數(shù)以及沖壓速度作為正交優(yōu)化試驗的因素水平，最終獲得了將回彈量控制在最小值的最優(yōu)參數(shù)組合，從而為企業(yè)的實際生產(chǎn)提供了有力的參考與依據(jù)，提高了產(chǎn)品的合格率。

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