發蓋內板全工序回彈數值模擬及結果分析

蔣 松

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

鋼板沖壓成形卸載后制件的回彈是影響沖壓制件尺寸及形狀精度的重要原因[1～5]。制件回彈問題導致的制件尺寸及形狀超差成為影響沖壓模具調試周期及調試成本的重要因素。隨著有限元分析軟件的進步及計算機計算能力的提高，對制件成形過程進行全工序模擬；對制件的成形性、回彈進行分析，基于全工序分析結果及經驗對制件回彈進行回彈補償的工藝方法得到了廣泛應用；為提高制件質量、減少調試模具整改成本、縮短調試周期提供了理論支撐及技術手段。回彈補償措施的有效性直接影響對調試成本節約及調試周期縮短的實現效果。回彈補償措施的有效性主要受到以下因素的影響：回彈分析的精度、回彈補償基準選擇、回彈補償策略、調試情況與成形分析條件的差異等。其中，回彈分析的精度及有效的回彈補償基準選擇是決定回彈補償措施有效性的先決條件。因此，研究如何保證回彈計算的精度及回彈補償基準的選擇顯得尤為重要。

2 沖壓工藝設計

發蓋內板是構成發蓋總成的重要制件，制件簡圖及關鍵部位公差要求如圖1所示，沖壓工藝設計需要保證制件成形后材料得到充分拉伸（最小減薄不低于3%），制件產品面無起皺，扣合包邊面及安裝面滿足公差要求。

圖1 制件簡圖及關鍵公差要求

沖壓方向及補充面截面關鍵參數如圖2所示，制件修邊保證直修邊，修邊角度控制在-15°～25°范圍。制件工序排布如圖3所示：OP10拉伸；OP20修邊、沖孔；OP30修邊、整形、翻邊、沖孔。

圖2 沖壓方向及關鍵截面參數

圖3 制件工序排布

3 有限元模型建立

3.1 材料力學性能

板料材料牌號DC54D-Z，材料厚度0.6mm。其中：密度ρ=7,800kg/m3，屈服強度=160MPa，彈性模量E=211GPa，硬化指數n=0.22，強度系數k=539MPa，泊松比λ=0.3，厚向異性指數r=1.9，r0°=1.82，r45°=1.7，r90°=2.39。材料硬化曲線選擇Ludwik公式表達，屈服準則選擇Hill屈服準則，FLC曲線選擇Keeler公式。

3.2 拉伸成形有限元模型

由于壓料面比較平坦，板料定位穩定，模型中未設置擋料器；摩擦系數0.15，壓邊力130T，壓邊圈行程100mm，板料初始網格20mm，模型設置如圖4所示，拉伸筋布置及參數如圖5所示，板料采用殼單元進行計算。板料拉伸成形后回彈使得制件成形后的形狀有一定比例的收縮[5]：為了保證拉伸成形后制件到下一序準確定位，分析中對拉伸模工具體按照如下比例進行放大X軸0.075%，Y軸0.03%，Z軸0%。

圖4 有限元模型設置

圖5 拉伸筋布置及參數

3.3 后工序模型設置

后工序考慮制件完成當前工序內容后的自由回彈，到下一工序的投放定位及重力變形（見圖6）；工具體設置按照模具結構設置符型面及壓料面進行設置，后續模具壓料器壓料力采用結構設計理論壓料力，翻邊、整形間隙按照理論料厚設置。

圖6 全工序回彈模擬設置

3.4 回彈工況設置

按照檢具狀態（見圖7）設置回彈工序坐標系、夾緊點、支撐點。回彈工序重力及夾緊工況狀態按照表1設置。

圖7 檢具狀態

表1 回彈工況設置

4 模擬結果及分析

制件檢測狀態如圖8所示，按圖9方式取點，對比分析不同工況下的模擬計算回彈量，如圖10所示，不同工況下的制件模擬回彈量有所差異，尤其是回彈工序考慮重力與不考慮重力工況下的制件回彈量發生了較大變化，在區域1、區域2、區域6表現的尤為明顯，最大差異量2.3mm。

圖8 制件檢測狀態

圖9 取點示意圖

圖10 模擬結果對比分析

為了對比模擬分析結果與調試出件結果，將未做回彈處理狀態下調試出件測量（夾緊測量）結果與夾緊分析工況下全工序回彈分析結果進行對比，如圖11所示，制件在不考慮重力狀態下的回彈模擬結果（除41～49檢測點外）與調試出件測量結果較為接近。考慮重力狀態下的回彈模擬結果在區域1、區域2（41～49檢測點）、區域5、區域6與調試出件測量結果出現較大偏離。

圖11 模擬結果與調試結果對比分析

按照公式1將回彈模擬結果與調試出件夾緊狀態下測量結果比較，如圖12所示（Nn與調試回彈偏差對應Dn）。以-0.5～0.5mm偏差帶對偏差結果進行評價，不考慮重力狀態下的：自由回彈、支撐點回彈及夾緊回彈均在可接受范圍。考慮重力狀態下的：支撐回彈及夾緊回彈與實際調試出件回彈的偏差較大。

圖12 回彈模擬結果與調試回彈偏差

5 結論

回彈模擬結果的精度及回彈補償基準工況的選擇，直接影響回彈補償措施的有效性。合理的有限元模型設置是確保模擬結果精度的充分條件。回彈模擬結果在不同約束工況下表現為不同的回彈值，后續需要結合生產情況進一步總結經驗，確定合理的工況設置下的回彈模擬結果作為回彈補償的基準，進一步提高回彈補償措施的有效性。同時，生產條件與有限元模型設置參數存在一定的波動，需要進一步研究成形工藝的穩健性對回彈分析結果的影響。