文／鄒平，魏龍，馮王高·東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司h 事業(yè)部

回彈是指在板材成形過(guò)程中，當(dāng)外載荷卸除之后，塑性變形區(qū)的材料因殘余應(yīng)力的作用而使零件變形的現(xiàn)象?；貜検前辶铣尚芜^(guò)程中存在的常見現(xiàn)象，直接影響到?jīng)_壓制件的尺寸精度和最終形狀。面對(duì)激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，回彈的有效控制是汽車覆蓋件沖壓工藝的重點(diǎn)工作之一。但在此分析過(guò)程中，常常出現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)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(tǒng)的回彈模擬結(jié)果審查方案中，在回彈模擬完成后，工藝設(shè)計(jì)人員會(huì)檢查零件的起皺、開裂等成形情況和尺寸符合情況，若無(wú)成形問(wèn)題，同時(shí)尺寸達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)，就認(rèn)為回彈模擬符合要求，并根據(jù)模擬的工具體型面來(lái)指導(dǎo)后續(xù)模具制造。這種方法并沒有重點(diǎn)校核模擬過(guò)程的參數(shù)運(yùn)算結(jié)果，同時(shí)模擬過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定也沒有根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況匹配設(shè)定，這就存在如下問(wèn)題。

第一、回彈結(jié)果與回彈過(guò)程的模擬方法有關(guān)，過(guò)程參數(shù)的模擬結(jié)果反映了回彈模擬過(guò)程的正確性。例如夾頭數(shù)量、夾頭夾緊力、定位銷力、收斂性等重要參數(shù)均可影響回彈模擬過(guò)程的狀態(tài)，如圖1 所示，個(gè)別夾頭夾緊力模擬結(jié)果超過(guò)30N，而根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)分析，板料在沖壓回彈后，若施加不超過(guò)30N 的力能夠?qū)⒘慵謴?fù)到理論位置，那么就不會(huì)影響整體質(zhì)量要求，而圖1 模擬結(jié)果中夾頭夾緊力超過(guò)30N，說(shuō)明回彈模擬結(jié)果的符合性存在偏差。

圖1 夾頭及定位銷模擬力量結(jié)果

第二、回彈模擬結(jié)果需要和實(shí)際生產(chǎn)情況相對(duì)應(yīng)，從而最大限度指導(dǎo)后期模具制造。GDT 圖紙中設(shè)計(jì)有覆蓋件檢具的夾持點(diǎn)位置信息，沖壓件在測(cè)量時(shí)會(huì)根據(jù)夾持點(diǎn)位信息夾緊夾頭，不同的夾頭位置得到的測(cè)量結(jié)果也存在不同。同時(shí)覆蓋件測(cè)量時(shí)放在檢具上的姿態(tài)也決定了零件檢測(cè)的結(jié)果，所以在回彈模擬時(shí)零件的設(shè)置必須與實(shí)際檢具的要求一致。如果此項(xiàng)未仔細(xì)核對(duì)，最終模擬結(jié)果也會(huì)存在偏差。

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

模擬結(jié)果審查

基于通常做法中存在的問(wèn)題，同時(shí)結(jié)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(shí)際沖壓生產(chǎn)相對(duì)應(yīng)，闡述覆蓋件回彈模擬結(jié)果審查的要點(diǎn)及建議標(biāo)準(zhǔn)，為沖壓回彈模擬結(jié)果審查提供新的思路。

收斂性及夾持檢查

⑴收斂性。

模擬結(jié)果的收斂性反映了在整個(gè)沖壓模擬過(guò)程中各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)算迭代狀態(tài)。根據(jù)分析計(jì)算原理得知，若迭代次數(shù)過(guò)大，則軟件將會(huì)自動(dòng)強(qiáng)制收斂并反饋一個(gè)運(yùn)算結(jié)果。這與實(shí)際沖壓生產(chǎn)過(guò)程中材料的應(yīng)變變化趨勢(shì)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(cè)圍、翼子板最大迭代次數(shù)為60 次以內(nèi)，其他零件最大迭代次數(shù)為40 次以內(nèi)。若收斂性超過(guò)設(shè)置值，則說(shuō)明在模擬過(guò)程中存在成形性或參數(shù)設(shè)置不合理等問(wèn)題，需要進(jìn)行個(gè)例具體分析。

在Solver Monitor 選項(xiàng)的Equilibrium Iterations 頁(yè)面中，各階段的迭代次數(shù)值，不應(yīng)超過(guò)設(shè)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(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)分析，板料在沖壓回彈后，施加不超過(guò)30N 的力能夠?qū)⒘慵謴?fù)到理論位置，就不會(huì)影響整體質(zhì)量要求和實(shí)際裝配。所以，約束回彈模擬完成后，檢查每個(gè)夾頭和定位銷的夾緊力。每個(gè)夾緊點(diǎn)最大的垂直位移不得超過(guò)0.1mm。每個(gè)夾頭和定位銷的夾緊力不得超過(guò)30N。所有夾頭的位置，產(chǎn)品回彈模擬結(jié)果值應(yīng)是0，如圖3 所示。檢查合格后才能說(shuō)明此次回彈模擬的結(jié)果是所需的。

⑶夾頭和定位銷選擇規(guī)則。

圖2 模擬結(jié)構(gòu)收斂性檢查

圖3 夾頭和定位銷結(jié)果檢查

通常在夾持回彈運(yùn)算中，會(huì)根據(jù)零件的狀態(tài)或操作便捷性選擇夾持點(diǎn)的位置，而實(shí)際零件測(cè)量時(shí)，夾頭的位置是根據(jù)工藝要求一一對(duì)應(yīng)的。這樣一來(lái)，理論模擬和實(shí)際測(cè)量存在基準(zhǔn)上的差異，結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生不同。所以，所有夾頭和定位銷的位置要嚴(yán)格按照工藝要求點(diǎn)位執(zhí)行。為了確保一致性和操作便捷性，可將工藝要求點(diǎn)位導(dǎo)入模擬軟件中，設(shè)置夾頭位置時(shí)只需要按照導(dǎo)入的點(diǎn)位選擇相應(yīng)的夾頭即可。

在設(shè)置夾持?jǐn)?shù)量時(shí)，因?yàn)閵A頭所在位置的產(chǎn)品尺寸受夾頭夾緊力影響，模擬結(jié)果一定是符合要求的。為了避免零件的整體模擬結(jié)果受到夾頭的干擾而產(chǎn)生假象，需要按照最少夾緊點(diǎn)定位原則設(shè)計(jì)夾頭數(shù)量：夾緊點(diǎn)的設(shè)置限制了零件X/Y/Z 三個(gè)方向的自由度，第一個(gè)自由度方向中設(shè)置3 個(gè)限制點(diǎn)，第二個(gè)自由度方向中設(shè)置2 個(gè)限制點(diǎn)，第三個(gè)自由度方向中設(shè)置1個(gè)限制點(diǎn)。夾頭的數(shù)量越少越好，不允許全部夾持，如圖4 所示。

圖4 最小夾持點(diǎn)示意圖

定位銷位置的設(shè)定原則也與夾頭設(shè)定相同，若零件存在主、副定位孔，建議在主、副定位孔處設(shè)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(zhǎng)徑方向可以不做特殊要求。

模擬結(jié)果記錄檢查

回彈模擬的最終結(jié)果應(yīng)該是一個(gè)全過(guò)程沒有任何成形性問(wèn)題反饋的結(jié)果，如果在過(guò)程中出現(xiàn)任何問(wèn)題反饋，則說(shuō)明此次模擬結(jié)果是存在前提條件的，而實(shí)際生產(chǎn)時(shí)則不可能每次按照既定的前提條件進(jìn)行成形。所以，在模擬完成后，需要檢查模擬結(jié)果是否存在各項(xiàng)報(bào)警信息。在AutoForm 軟件中，模擬過(guò)程報(bào)警信息會(huì)存儲(chǔ)在Solver Warnings 中，如圖5 所示，該選項(xiàng)中不應(yīng)有任何報(bào)警和錯(cuò)誤記錄。

圖5 模擬結(jié)果警告信息

零件尺寸確認(rèn)

回彈模擬的結(jié)果有參考位移和材料位移兩部分，通常只重點(diǎn)檢查參考位移的合格率情況，而忽略了材料位移的結(jié)果。但是，模擬分析時(shí)，軟件的回彈值是根據(jù)模擬收集到的材料位移值然后轉(zhuǎn)化成參考位移結(jié)果的，所以材料位移和參考位移同樣重要。零件經(jīng)過(guò)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(yīng)大于等于工藝的要求值，通常大于80%即可指導(dǎo)后續(xù)模具設(shè)計(jì)。

圖6 零件尺寸確認(rèn)

結(jié)束語(yǔ)

按上述模擬參數(shù)和設(shè)置方法進(jìn)行的模擬結(jié)果審查，基本包含了后續(xù)生產(chǎn)所需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，也最大限度地將模擬和實(shí)際相結(jié)合，可以有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。