發(fā)蓋內(nèi)板全工序回彈數(shù)值模擬及結(jié)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(dǎo)致的制件尺寸及形狀超差成為影響沖壓模具調(diào)試周期及調(diào)試成本的重要因素。隨著有限元分析軟件的進(jìn)步及計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，對(duì)制件成形過程進(jìn)行全工序模擬；對(duì)制件的成形性、回彈進(jìn)行分析，基于全工序分析結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)對(duì)制件回彈進(jìn)行回彈補(bǔ)償?shù)墓に嚪椒ǖ玫搅藦V泛應(yīng)用；為提高制件質(zhì)量、減少調(diào)試模具整改成本、縮短調(diào)試周期提供了理論支撐及技術(shù)手段。回彈補(bǔ)償措施的有效性直接影響對(duì)調(diào)試成本節(jié)約及調(diào)試周期縮短的實(shí)現(xiàn)效果。回彈補(bǔ)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(bǔ)償基準(zhǔn)選擇、回彈補(bǔ)償策略、調(diào)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(bǔ)償基準(zhǔn)選擇是決定回彈補(bǔ)償措施有效性的先決條件。因此，研究如何保證回彈計(jì)算的精度及回彈補(bǔ)償基準(zhǔn)的選擇顯得尤為重要。

2 沖壓工藝設(shè)計(jì)

發(fā)蓋內(nèi)板是構(gòu)成發(fā)蓋總成的重要制件，制件簡(jiǎn)圖及關(guān)鍵部位公差要求如圖1所示，沖壓工藝設(shè)計(jì)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(chǎn)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(jiǎn)圖及關(guān)鍵公差要求

沖壓方向及補(bǔ)充面截面關(guān)鍵參數(shù)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(guān)鍵截面參數(shù)

圖3 制件工序排布

3 有限元模型建立

3.1 材料力學(xué)性能

板料材料牌號(hào)DC54D-Z，材料厚度0.6mm。其中：密度ρ=7,800kg/m3，屈服強(qiáng)度=160MPa，彈性模量E=211GPa，硬化指數(shù)n=0.22，強(qiáng)度系數(shù)k=539MPa，泊松比λ=0.3，厚向異性指數(shù)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(dá)，屈服準(zhǔn)則選擇Hill屈服準(zhǔn)則，F(xiàn)LC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(wěn)定，模型中未設(shè)置擋料器；摩擦系數(shù)0.15，壓邊力130T，壓邊圈行程100mm，板料初始網(wǎng)格20mm，模型設(shè)置如圖4所示，拉伸筋布置及參數(shù)如圖5所示，板料采用殼單元進(jìn)行計(jì)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(zhǔn)確定位，分析中對(duì)拉伸模工具體按照如下比例進(jìn)行放大X軸0.075%，Y軸0.03%，Z軸0%。

圖4 有限元模型設(shè)置

圖5 拉伸筋布置及參數(shù)

3.3 后工序模型設(shè)置

后工序考慮制件完成當(dāng)前工序內(nèi)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(shè)置按照模具結(jié)構(gòu)設(shè)置符型面及壓料面進(jìn)行設(shè)置，后續(xù)模具壓料器壓料力采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論壓料力，翻邊、整形間隙按照理論料厚設(shè)置。

圖6 全工序回彈模擬設(shè)置

3.4 回彈工況設(shè)置

按照檢具狀態(tài)（見圖7）設(shè)置回彈工序坐標(biāo)系、夾緊點(diǎn)、支撐點(diǎn)。回彈工序重力及夾緊工況狀態(tài)按照表1設(shè)置。

圖7 檢具狀態(tài)

表1 回彈工況設(shè)置

4 模擬結(jié)果及分析

制件檢測(cè)狀態(tài)如圖8所示，按圖9方式取點(diǎn)，對(duì)比分析不同工況下的模擬計(jì)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(fā)生了較大變化，在區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域6表現(xiàn)的尤為明顯，最大差異量2.3mm。

圖8 制件檢測(cè)狀態(tài)

圖9 取點(diǎn)示意圖

圖10 模擬結(jié)果對(duì)比分析

為了對(duì)比模擬分析結(jié)果與調(diào)試出件結(jié)果，將未做回彈處理狀態(tài)下調(diào)試出件測(cè)量（夾緊測(cè)量）結(jié)果與夾緊分析工況下全工序回彈分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖11所示，制件在不考慮重力狀態(tài)下的回彈模擬結(jié)果（除41～49檢測(cè)點(diǎn)外）與調(diào)試出件測(cè)量結(jié)果較為接近。考慮重力狀態(tài)下的回彈模擬結(jié)果在區(qū)域1、區(qū)域2（41～49檢測(cè)點(diǎn)）、區(qū)域5、區(qū)域6與調(diào)試出件測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大偏離。

圖11 模擬結(jié)果與調(diào)試結(jié)果對(duì)比分析

按照公式1將回彈模擬結(jié)果與調(diào)試出件夾緊狀態(tài)下測(cè)量結(jié)果比較，如圖12所示（Nn與調(diào)試回彈偏差對(duì)應(yīng)Dn）。以-0.5～0.5mm偏差帶對(duì)偏差結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，不考慮重力狀態(tài)下的：自由回彈、支撐點(diǎn)回彈及夾緊回彈均在可接受范圍。考慮重力狀態(tài)下的：支撐回彈及夾緊回彈與實(shí)際調(diào)試出件回彈的偏差較大。

圖12 回彈模擬結(jié)果與調(diào)試回彈偏差

5 結(jié)論

回彈模擬結(jié)果的精度及回彈補(bǔ)償基準(zhǔn)工況的選擇，直接影響回彈補(bǔ)償措施的有效性。合理的有限元模型設(shè)置是確保模擬結(jié)果精度的充分條件。回彈模擬結(jié)果在不同約束工況下表現(xiàn)為不同的回彈值，后續(xù)需要結(jié)合生產(chǎn)情況進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，確定合理的工況設(shè)置下的回彈模擬結(jié)果作為回彈補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)，進(jìn)一步提高回彈補(bǔ)償措施的有效性。同時(shí)，生產(chǎn)條件與有限元模型設(shè)置參數(shù)存在一定的波動(dòng)，需要進(jìn)一步研究成形工藝的穩(wěn)健性對(duì)回彈分析結(jié)果的影響。