探討補償回彈沖壓件模具設計的方法

趙林君++夏敏

摘 要回彈現象是金屬材料受到沖擊時的弊端之一，它的解決辦法可以是改變模具的形式。通過對于回彈的有限元分析，創造出了修正回彈變形位移的新方法。它是通過模具的成型-補償回彈數字模擬技術并多次循環對比，利用構件的連接點使回彈位移符合試驗模擬的形狀，一致循環直到修正后的模具符合技術要求。在對于一個鐵鋁合金材料運用補償回彈方法進行數字模擬的時候，研究顯示，只需要通過兩次的循環修正就能夠最終生成合格的產品，同時根據數字模擬得出的刑具樣式進行實踐，從而論證補償回彈沖壓模具方法的有效性。

【關鍵詞】補償回彈；模具設計；方法；數值分析

金屬材料沖壓以后的回彈是生產過程中的不利因素。對模具形式的合理設計能夠有效的減少金屬材料的回彈現象。在傳統的模具制作過程中，為了減少金屬的回彈，一一般采用的是試錯法。這種方法的實施要求實施者具備專業的技能功底和豐富的經驗而且實驗結果往往具有偶然性。對于相對復雜的鋁合金制品，在模具的試驗階段就需要花費近6個月的時間，所以說傳統工藝中的試錯法消耗了大量的資源和時間。但是互聯網的興起，使得計算機產業高速發展，有限元分析方法成功的運用到了模具領域，能夠減少沖壓過程中的不利影響。

1 數字模擬分析補償回彈的循環位移法

循環位移法就是利用有限元模擬軟件計算出修正后的模具面，主要的步驟是：從最初的模具面上的連接點的相向位移去除相應節點上的增量，得出補償回彈的模具面。金屬材料的試制階段，有試制模具制作成形以后，得出相關的工作性能指標。試制件和成品件對比之下，假設兩者之間的誤差不再允許的范圍之內，就需要把試制品性狀減去誤差值得出最終的模具面。在后一個階段，金屬材料的會運用計算出的模具型面進行試驗。如果成品中的模具型面超出容許值，就從試制品中再次減去誤差值，得到新的型面值，如此循環往復，最終得到符合技術要求的模具型面。

建立凸起的模具面，應用相關軟件把進行金屬模板的動態分析和顯示，把成品的節點位置坐標和經過計算的出的沖壓位移分別存入sheet.和form之中。把sheet和form文件中的坐標數據對應相加就會得出目標產品的數據坐標存入part；把經過有限元模擬分析得到的數據坐標進行比對分析，從中保存于目標數據相差不打的坐標值，并根據應力狀態和動態格式進行數字化模擬，得出的節點位移值存入spring back.data，part.data和sprig back.data中的節點位移相加，得到成型后的性能坐標，存入新的part.data 和new part.data。

2 模擬回彈的模具型面案例

（1）有限元的構造模型。沖壓模擬試件如圖1所示，試件要求：曲率較小，在塑性變形不完全的時候，回彈效果顯著；試件尺寸80mmX110mm，可以減少模擬試驗的計算過程與時間，也可以同時配置較低的計算機上實現；金屬材料形成以后，在受到沖擊的一側不會出現褶皺現象；Y橫截面成新的形狀，底部和沖擊面的曲率一致，側面和XZ想成了一定的夾角。

（2）根據對稱性，在試件的A-B和B-C處的二維形態可以替代三維的形態，如圖2和3所示，有限元的數字模擬分析是針對整體的2/3進行的。如圖4，單個的BT單元格，金屬材料的尺寸設置為1.2mmx1.2mm，板的厚度方向的靜態點數為5，圓角的單元為7個，是3參數下的Bar彎曲準則。金屬材料的選擇是合肥重合金5754M。通過單向拉伸試驗得出的計算結果。對金屬試件進行沖壓-有限元數字模擬。模具成品和預期目標一致，得到了最終成型的沖壓模具。對沖壓試件的模擬結果進行預測，比較實際試驗中的數據，發現回彈變形很不穩定，時間上的A處變形較大，達到0.85mm，另外一側的BC和DB回彈相對較小，回彈的數值在BD的D點達0.68mm在B點較少到0.54mm，AB邊回彈量在0.86mm以下；而AD和BC段的回彈很不明顯。

3 對結果的驗證

從得出的相關數據可以知道，經過回彈補償以后的模具的各項測評結果和實際要求的模具形態幾乎一致，然而根據預定的目標，制作的產品和目標產品在幾個截面上的差異卻十分顯著。沒有經過回彈補償的模具截面A-F、E-F和G-F誤差最大不過0.15、0.5和0.36mm；經過回彈補償的截面A-F、E-F和G-F誤差為0.05、0.2和0.06；因為A-F截面的變形足夠，回彈量大而且補償也很小，所以相應的誤差也很小，接近預定的目標要求。所以，只需要經過兩次循環和修正就可以的到三維的沖壓模具型面，實驗結果和實踐證明補償回彈的設計方法能夠減少金屬制品沖壓下的誤差。

4 結語

補償回彈的模具型面設計方法提出對相關技術更高的要求，通過工業的實例，螺旋片下的兩次補充回彈最終得到的模具型面，使螺旋葉和預期的葉面形狀之間的誤差縮減到了0.2mm以內，到了對于葉面尺寸的精確要求。之后把補償葉面的CAE型轉化到CAD制圖軟件之中，實現了葉面回彈補償的集合設計理念。通過試驗對葉片回彈量的預測和比較，得出補償回彈的數字模擬精度達80%，可以在以后進行推廣實施。對回彈變形的預測是得到最終模具型面的基礎.本文通過數字模擬分析補償回彈的循環位移法進行試驗，通過對具體案例的分析得出試驗結果和預測目標之間的差異。

參考文獻

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作者單位

南昌職業學院 江西省南昌市 330000