合模誤差對U型薄壁件成形精度的影響分析

林冬燕+李毅+于秋雨

摘 要：本文研究的U型薄壁件成形過程主要包括四步彎曲成形工序。采用Dynaform軟件對薄壁件四步彎曲過程進行了數值模擬，分析了彎曲過程中合模誤差對薄壁件形狀精度的影響，采用正交實驗方法分析了每步成形工序的合模誤差對終成形零件的偏移量影響程度。研究結果表明在四步彎曲成形工序里，最后一步彎曲工序對零件的偏移量影響最嚴重。同時也分析了產生最大偏移量的合模誤差案例，并通過Dynaform軟件模擬得到最大偏移量。

關鍵詞：彎曲成形；合模誤差；數值模擬；正交實驗

0 引言

在電器、電子行業里，小型薄壁金屬件應用較為廣泛[1-3]。這類小型薄壁結構件的產量較大，常采用級進模生產。例如繼電器產品里的動簧片[4]，該零件在成形工序中常包含多步彎曲工序。在實際生產過程中，由于成形設備自身的誤差以及震動等因素，使上下模具合模時產生誤差，然而合模誤差使成形的零件尺寸難以穩定。因此，在試模過程中花費大量的精力和時間進行修模。針對此情況，本文采用數值模擬技術對薄壁件的多步彎曲過程進行分析，并采用正交實驗方法研究合模誤差對零件形狀的偏移量的影響，以期為此類零件的模具調試提供借鑒。

1 有限元建模

1.1 薄壁件形狀及其彎曲成形工序

薄壁件的近似形狀如圖1所示，采用級進模完成成形工序，其成形過程依次主要由四步彎曲工序（A、B、C、D）組成，彎曲工序如圖2所示。上下模具在合模過程中可能產生誤差，誤差最大為0.005mm。

1.2 成形工序建模

圖2顯示了薄壁件的四步彎曲工序，根據此工序可建立有限元模型如圖3所示（這里只顯示彎曲工序A的有限元模型，其它三步工序的有限元模型與其相似，不再列出）。模具和板材采用BT薄殼單元進行網格化。同時板材的網格在變形過程中采用了自適應技術，水平為4級。板料為紫銅，材料的力學性能見表1[5]，板厚為0.2mm，采用了三參數Barlat屈服模型[6]。每步彎曲工序都進行成形與回彈過程模擬。

2 結果分析

2.1 正交試驗方案設計

U型薄壁件彎曲成形過程中，每步工序都可能產生合模誤差，使得上下模具之間的模具間隙不均勻，并且該誤差是隨機性的，使得成形過程中板料的受力狀態會隨機改變。因此，板材的回彈量也是隨機性的，四步彎曲成形后獲得的零件形狀也是隨機性的變化。這里為方便分析，以U型件形狀與標準形狀的偏移量（豎直距離，如圖4所示）評價標準（成形零件的形狀誤差受每步工序回彈的影響，是每步工序回彈的累積，不易用最終步工序的回彈作為評價標準），其中最大偏移量設為S1。為研究不同合模誤差條件下零件的最大偏移量以及每步工序對偏移量的影響，采用正交實驗法進行分析。假設上模左偏移量為負值，右偏移量設為正值，由此可將每步工序的上模偏移量設置為-0.005mm、0mm、0.005mm三個水平。利用正交表L9（34）安排的正交試驗方案如表2所示。

2.2 數據分析

表3列出了不同方案下的偏移量模擬結果（其中負偏移量表示零件向下偏離，正偏移量表示向上偏離）。在正交試驗表中，極差R代表了各工序對偏移量影響力的大小，因此根據表3可看出，四步彎曲工序錯位對偏離量的影響有所差別，其中第四步工序D影響大于其它三者，其余依次工序A、工序B、工序C。同時根據正交實驗表，也可以初步得到產生最大偏移量的合模誤差案例為A1B3C3D1。采用Dynaform軟件進行該案例數值模擬，所獲得的最大偏移量為-1.484mm。相比于表3中所列的偏移量，該偏移量明顯較大。

3 結論

本文采用Dynaform軟件和正交試驗方法分析了U型薄壁件四步彎曲成形中模具合模誤差對零件偏移量的影響，獲得如下結論：

（1）正交試驗法的統計結果表明最后一步彎曲工序對零件的偏移量影響最大，其它強弱依次為第一、二、三步工序；

（2）根據正交試驗數據表分析出了出現最大偏移量的合模誤差案例，該合模誤差使得U型薄壁件的偏移量最大。

基金項目：福建省教育廳中青年教師科技項目（項目號KB14008）。