基于幾何補償?shù)母邚姲迤嚫采w件回彈優(yōu)化控制

李惠龍，陳靖芯，朱其昌，李 紅，萬訓(xùn)保

（1.揚州大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 揚州 225009；2.江蘇卡明模具有限公司，江蘇 揚州 225009）

0 引言

在汽車制造中，有60%～70%的零件是通過沖壓工藝進行生產(chǎn)的。汽車沖壓件成形質(zhì)量的好壞不僅影響到整車裝配和汽車外觀，而且汽車的制造成本和新車型的開發(fā)周期等都會造成很大的影響。然而，板料的沖壓成形過程是一個極其復(fù)雜的過程，容易產(chǎn)生各種成形缺陷，其中回彈就是最難控制的。特別是近年來，節(jié)能與環(huán)保已成為時代的主題，各大汽車廠商紛紛開始致力于車身結(jié)構(gòu)輕量化的研究，高強度鋼在汽車車身制造中的應(yīng)用越來越廣泛。由于高強度鋼板的塑性及成形性能比普通鋼板要差，使得高強板汽車覆蓋件的回彈問題變得日益突出。如何有效的控制高強板汽車覆蓋件的回彈，成為沖壓成形領(lǐng)域的一大難點。

1 回彈的控制方法

目前，在板料沖壓成形過程中，控制回彈主要從兩方面加以考慮：

（1）從工藝控制方面加以考慮，即可通過改變成形過程的邊界條件，如毛坯形狀尺寸、壓邊力大小及分布狀況、模具幾何參數(shù)、摩擦潤滑條件等來減少回彈缺陷的產(chǎn)生，這類方法稱為工藝控制法。

（2）通過修?；蛟黾有拚ば虻燃右钥紤]，即在特定工藝條件下實測或有效預(yù)測實際回彈量的大小以及回彈趨勢，然后通過修?；蛟黾有拚ば颍够貜椇蟮牧慵『脻M足成形零件的實際要求，該方法為幾何補償法。

在實際生產(chǎn)中，此兩種方法都得到廣泛的采用，本文為了更有效地控制地板中通道的回彈，將兩種方法綜合起來考慮，最終獲得了理想的成形效果。

2 地板中通道的回彈仿真

2.1 材料性能及產(chǎn)品建模

本文所采用的試件為馬自達J53R型轎車上的地板中通道，所用的材料為高強度鋼板，材料代號為B280VK-36，它是一種冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼，泊松比=0.28,屈服強度為280-420MPa，抗拉強度大于440MPa。

2.2 覆蓋件質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)

圖1 地板中通道零件圖

通常在實際生產(chǎn)當(dāng)中對試制產(chǎn)品進行檢測時，需經(jīng)過兩道測量程序：①利用三坐標(biāo)測量儀，將產(chǎn)品上的點與數(shù)模對應(yīng)點對進行對比，在整體尺寸滿足的前提下進入第二道測量程序；②將產(chǎn)品放在特制的檢具上，對零件關(guān)鍵型面的尺寸精度進行測量，并用塞規(guī)測試產(chǎn)品與測量面之間的吻合度，若將誤差控制在以內(nèi)，則滿足設(shè)計要求，即可判定為合格產(chǎn)品。

2.3 回彈數(shù)值模擬

本文研究的地板中通道是一個需經(jīng)過多步工序沖壓而成的零件，主要分為拉深—修邊—翻邊—側(cè)整形—側(cè)沖孔五大工序，利用板料成形CAE軟件DynaForm對零件成形后的回彈進行數(shù)值模擬。結(jié)果如下圖。

圖2 中通道截面線

圖3 零件回彈前后截面對比

圖4 回彈前后的夾角

從上圖的結(jié)果可以看出，中通道左右兩端型面的最大回彈角度為5.3°，該回彈量遠遠超過了零件尺寸的誤差范圍，無法滿足精度要求，下面采用模具幾何補償?shù)姆椒▽χ型ǖ赖幕貜椓考右钥刂啤?/p>

2.4 回彈幾何補償

為了有效的控制中通道的回彈量，本文采用模具幾何補償?shù)姆椒?，針對零件的曲面形狀特點，并結(jié)合企業(yè)技術(shù)人員豐富的工程經(jīng)驗，將中通道左右兩端型面分別向內(nèi)側(cè)進行3°和2°的修模。修模完成后的數(shù)值模擬結(jié)果如圖5所示。

由回彈前后零件形狀的對比發(fā)現(xiàn)，其左右兩端的型面最大回彈角度為1.8°，考慮到模具兩端型面的修模角度，中通道的最大回彈角應(yīng)該在5°左右。修模之后，零件的最終形狀雖已基本能夠滿足質(zhì)量要求，但是并沒有將中通道的回彈量控制在最優(yōu)，若想進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，可對成形工藝參數(shù)繼續(xù)進行優(yōu)化。

圖5 模具修整前后型面對比

圖6 修模之后的零件回彈前后截面對比

圖7 回彈前后的夾角

3 回彈正交優(yōu)化控制

該地板中通道的回彈主要出現(xiàn)在翻邊和側(cè)整形工序中，這樣在很大程度上影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，板料在經(jīng)過拉延之后，材料已經(jīng)發(fā)生了一定程度的塑形變形，根據(jù)彈塑性的加工硬化現(xiàn)象，后面的翻邊工序必須要比前面拉延提供更多的應(yīng)變，才能達到材料新的屈服點，發(fā)生塑形變形，否則將會導(dǎo)致塑形變形不充分，從而出現(xiàn)大量的回彈的現(xiàn)象。所以在經(jīng)過拉延之后的翻邊，更容易引起零件的回彈。為了將中通道的回彈量控制在最小范圍內(nèi)，選取壓邊力、摩擦系數(shù)以及沖壓速度作為因素水平，對零件的回彈進行優(yōu)化。

表1 正交試驗因素水平表

壓邊力：壓邊力是影響板料成形質(zhì)量的一個至關(guān)重要的因素，壓邊力過大會使坯料在翻邊、側(cè)整形的過程中過薄，過小會使板料流動阻力太小，塑性變形不夠充分，根據(jù)工程人員的實踐經(jīng)驗，將翻邊及側(cè)整形中的壓邊力的范圍規(guī)定在5～20t之間。

摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)的選定必須合適，不能過大也不能過小，過大容易造成零件的表面磨損，加劇模具的損耗，同時也可能引起負(fù)回彈，過小會使材料的流動阻力不足，導(dǎo)致工件的塑性變形不充分，一般選在0.1～0.2之間。

沖壓速度：模具的沖壓機床的速度一般可在1～10m/s之間進行調(diào)節(jié)。

確定了各因素和水平之后，正交試驗方案如表2所示：在經(jīng)過正交組合之后，進行了9次試件的翻邊、側(cè)整形工序之后的回彈的數(shù)值模擬，試驗結(jié)果見表3。

由正交試驗的結(jié)果可以看出，行號為5的參數(shù)組合，即當(dāng)壓邊力為10t，摩擦系數(shù)為0.15，沖壓速度為2m/s時，工件在翻邊、側(cè)整形工序之后產(chǎn)生的回彈量是最小的，此時的最大回彈角度為3.64°。

表2 正交試驗方案

表3 正交試驗結(jié)果

4 結(jié)束語

本文利用DynaForm軟件對地板中通道進行了回彈仿真分析，經(jīng)過對模具兩端型面的修模，大大改善了零件成形后的質(zhì)量。并選取壓邊力、摩擦系數(shù)以及沖壓速度作為正交優(yōu)化試驗的因素水平，最終獲得了將回彈量控制在最小值的最優(yōu)參數(shù)組合，從而為企業(yè)的實際生產(chǎn)提供了有力的參考與依據(jù)，提高了產(chǎn)品的合格率。

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