覆蓋件回彈模擬結果審查探究

文／鄒平，魏龍，馮王高·東風汽車集團股份有限公司h 事業部

回彈是指在板材成形過程中，當外載荷卸除之后，塑性變形區的材料因殘余應力的作用而使零件變形的現象。回彈是板料成形過程中存在的常見現象，直接影響到沖壓制件的尺寸精度和最終形狀。面對激烈的行業競爭，回彈的有效控制是汽車覆蓋件沖壓工藝的重點工作之一。但在此分析過程中，常常出現模擬結果與實際生產不同的情況，分析其中具體原因也成為了沖壓工藝需要解決的難題之一。

背景

在傳統的回彈模擬結果審查方案中，在回彈模擬完成后，工藝設計人員會檢查零件的起皺、開裂等成形情況和尺寸符合情況，若無成形問題，同時尺寸達到目標狀態，就認為回彈模擬符合要求，并根據模擬的工具體型面來指導后續模具制造。這種方法并沒有重點校核模擬過程的參數運算結果，同時模擬過程的各項參數設定也沒有根據實際的生產情況匹配設定，這就存在如下問題。

第一、回彈結果與回彈過程的模擬方法有關，過程參數的模擬結果反映了回彈模擬過程的正確性。例如夾頭數量、夾頭夾緊力、定位銷力、收斂性等重要參數均可影響回彈模擬過程的狀態，如圖1 所示，個別夾頭夾緊力模擬結果超過30N，而根據常規經驗分析，板料在沖壓回彈后，若施加不超過30N 的力能夠將零件恢復到理論位置，那么就不會影響整體質量要求，而圖1 模擬結果中夾頭夾緊力超過30N，說明回彈模擬結果的符合性存在偏差。

圖1 夾頭及定位銷模擬力量結果

第二、回彈模擬結果需要和實際生產情況相對應，從而最大限度指導后期模具制造。GDT 圖紙中設計有覆蓋件檢具的夾持點位置信息，沖壓件在測量時會根據夾持點位信息夾緊夾頭，不同的夾頭位置得到的測量結果也存在不同。同時覆蓋件測量時放在檢具上的姿態也決定了零件檢測的結果，所以在回彈模擬時零件的設置必須與實際檢具的要求一致。如果此項未仔細核對，最終模擬結果也會存在偏差。

第三、根據有限元軟件的原理，模擬結果符合率不僅與理論參考面有關，還與材料的位移有關，只有材料位移和參考位移均合適，才能證明模擬結果準確。如果單純的僅做參考位移檢查，是會存在偏差的。

模擬結果審查

基于通常做法中存在的問題，同時結合有限元軟件分析原理，借助AutoForm 軟件，將理論沖壓回彈模擬分析與實際沖壓生產相對應，闡述覆蓋件回彈模擬結果審查的要點及建議標準，為沖壓回彈模擬結果審查提供新的思路。

收斂性及夾持檢查

⑴收斂性。

模擬結果的收斂性反映了在整個沖壓模擬過程中各個時間點的運算迭代狀態。根據分析計算原理得知，若迭代次數過大，則軟件將會自動強制收斂并反饋一個運算結果。這與實際沖壓生產過程中材料的應變變化趨勢有所不同。

全工序模擬完成后，需要檢查各工序各階段的迭代收斂性。一般側圍、翼子板最大迭代次數為60 次以內，其他零件最大迭代次數為40 次以內。若收斂性超過設置值，則說明在模擬過程中存在成形性或參數設置不合理等問題，需要進行個例具體分析。

在Solver Monitor 選項的Equilibrium Iterations 頁面中，各階段的迭代次數值，不應超過設置的收斂性要求，如圖2 所示。

⑵夾頭和定位銷。

如前所述，根據常規經驗分析，板料在沖壓回彈后，施加不超過30N 的力能夠將零件恢復到理論位置，就不會影響整體質量要求和實際裝配。所以，約束回彈模擬完成后，檢查每個夾頭和定位銷的夾緊力。每個夾緊點最大的垂直位移不得超過0.1mm。每個夾頭和定位銷的夾緊力不得超過30N。所有夾頭的位置，產品回彈模擬結果值應是0，如圖3 所示。檢查合格后才能說明此次回彈模擬的結果是所需的。

⑶夾頭和定位銷選擇規則。

圖2 模擬結構收斂性檢查

圖3 夾頭和定位銷結果檢查

通常在夾持回彈運算中，會根據零件的狀態或操作便捷性選擇夾持點的位置，而實際零件測量時，夾頭的位置是根據工藝要求一一對應的。這樣一來，理論模擬和實際測量存在基準上的差異，結果也會產生不同。所以，所有夾頭和定位銷的位置要嚴格按照工藝要求點位執行。為了確保一致性和操作便捷性，可將工藝要求點位導入模擬軟件中，設置夾頭位置時只需要按照導入的點位選擇相應的夾頭即可。

在設置夾持數量時，因為夾頭所在位置的產品尺寸受夾頭夾緊力影響，模擬結果一定是符合要求的。為了避免零件的整體模擬結果受到夾頭的干擾而產生假象，需要按照最少夾緊點定位原則設計夾頭數量：夾緊點的設置限制了零件X/Y/Z 三個方向的自由度，第一個自由度方向中設置3 個限制點，第二個自由度方向中設置2 個限制點，第三個自由度方向中設置1個限制點。夾頭的數量越少越好，不允許全部夾持，如圖4 所示。

圖4 最小夾持點示意圖

定位銷位置的設定原則也與夾頭設定相同，若零件存在主、副定位孔，建議在主、副定位孔處設置定位銷，主定位孔定位銷半徑比定位孔半徑小0.1mm，副定位孔定位銷半徑比短徑小0.1mm，長徑方向可以不做特殊要求。

模擬結果記錄檢查

回彈模擬的最終結果應該是一個全過程沒有任何成形性問題反饋的結果，如果在過程中出現任何問題反饋，則說明此次模擬結果是存在前提條件的，而實際生產時則不可能每次按照既定的前提條件進行成形。所以，在模擬完成后，需要檢查模擬結果是否存在各項報警信息。在AutoForm 軟件中，模擬過程報警信息會存儲在Solver Warnings 中，如圖5 所示，該選項中不應有任何報警和錯誤記錄。

圖5 模擬結果警告信息

零件尺寸確認

回彈模擬的結果有參考位移和材料位移兩部分，通常只重點檢查參考位移的合格率情況，而忽略了材料位移的結果。但是，模擬分析時，軟件的回彈值是根據模擬收集到的材料位移值然后轉化成參考位移結果的，所以材料位移和參考位移同樣重要。零件經過全工序模擬完成后，在Distance in Normal Dir 命令下，零件的參考位移和材料位移的尺寸合格率均應大于等于工藝的要求值，通常大于80%即可指導后續模具設計。

圖6 零件尺寸確認

結束語

按上述模擬參數和設置方法進行的模擬結果審查，基本包含了后續生產所需要重點關注的內容，也最大限度地將模擬和實際相結合，可以有效地指導生產。