探討補(bǔ)償回彈沖壓件模具設(shè)計(jì)的方法

趙林君++夏敏

摘 要回彈現(xiàn)象是金屬材料受到?jīng)_擊時(shí)的弊端之一，它的解決辦法可以是改變模具的形式。通過對于回彈的有限元分析，創(chuàng)造出了修正回彈變形位移的新方法。它是通過模具的成型-補(bǔ)償回彈數(shù)字模擬技術(shù)并多次循環(huán)對比，利用構(gòu)件的連接點(diǎn)使回彈位移符合試驗(yàn)?zāi)M的形狀，一致循環(huán)直到修正后的模具符合技術(shù)要求。在對于一個(gè)鐵鋁合金材料運(yùn)用補(bǔ)償回彈方法進(jìn)行數(shù)字模擬的時(shí)候，研究顯示，只需要通過兩次的循環(huán)修正就能夠最終生成合格的產(chǎn)品，同時(shí)根據(jù)數(shù)字模擬得出的刑具樣式進(jìn)行實(shí)踐，從而論證補(bǔ)償回彈沖壓模具方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】補(bǔ)償回彈；模具設(shè)計(jì)；方法；數(shù)值分析

金屬材料沖壓以后的回彈是生產(chǎn)過程中的不利因素。對模具形式的合理設(shè)計(jì)能夠有效的減少金屬材料的回彈現(xiàn)象。在傳統(tǒng)的模具制作過程中，為了減少金屬的回彈，一一般采用的是試錯(cuò)法。這種方法的實(shí)施要求實(shí)施者具備專業(yè)的技能功底和豐富的經(jīng)驗(yàn)而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往具有偶然性。對于相對復(fù)雜的鋁合金制品，在模具的試驗(yàn)階段就需要花費(fèi)近6個(gè)月的時(shí)間，所以說傳統(tǒng)工藝中的試錯(cuò)法消耗了大量的資源和時(shí)間。但是互聯(lián)網(wǎng)的興起，使得計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，有限元分析方法成功的運(yùn)用到了模具領(lǐng)域，能夠減少?zèng)_壓過程中的不利影響。

1 數(shù)字模擬分析補(bǔ)償回彈的循環(huán)位移法

循環(huán)位移法就是利用有限元模擬軟件計(jì)算出修正后的模具面，主要的步驟是：從最初的模具面上的連接點(diǎn)的相向位移去除相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的增量，得出補(bǔ)償回彈的模具面。金屬材料的試制階段，有試制模具制作成形以后，得出相關(guān)的工作性能指標(biāo)。試制件和成品件對比之下，假設(shè)兩者之間的誤差不再允許的范圍之內(nèi)，就需要把試制品性狀減去誤差值得出最終的模具面。在后一個(gè)階段，金屬材料的會(huì)運(yùn)用計(jì)算出的模具型面進(jìn)行試驗(yàn)。如果成品中的模具型面超出容許值，就從試制品中再次減去誤差值，得到新的型面值，如此循環(huán)往復(fù)，最終得到符合技術(shù)要求的模具型面。

建立凸起的模具面，應(yīng)用相關(guān)軟件把進(jìn)行金屬模板的動(dòng)態(tài)分析和顯示，把成品的節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)和經(jīng)過計(jì)算的出的沖壓位移分別存入sheet.和form之中。把sheet和form文件中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)對應(yīng)相加就會(huì)得出目標(biāo)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)坐標(biāo)存入part；把經(jīng)過有限元模擬分析得到的數(shù)據(jù)坐標(biāo)進(jìn)行比對分析，從中保存于目標(biāo)數(shù)據(jù)相差不打的坐標(biāo)值，并根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)和動(dòng)態(tài)格式進(jìn)行數(shù)字化模擬，得出的節(jié)點(diǎn)位移值存入spring back.data，part.data和sprig back.data中的節(jié)點(diǎn)位移相加，得到成型后的性能坐標(biāo)，存入新的part.data 和new part.data。

2 模擬回彈的模具型面案例

（1）有限元的構(gòu)造模型。沖壓模擬試件如圖1所示，試件要求：曲率較小，在塑性變形不完全的時(shí)候，回彈效果顯著；試件尺寸80mmX110mm，可以減少模擬試驗(yàn)的計(jì)算過程與時(shí)間，也可以同時(shí)配置較低的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)；金屬材料形成以后，在受到?jīng)_擊的一側(cè)不會(huì)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象；Y橫截面成新的形狀，底部和沖擊面的曲率一致，側(cè)面和XZ想成了一定的夾角。

（2）根據(jù)對稱性，在試件的A-B和B-C處的二維形態(tài)可以替代三維的形態(tài)，如圖2和3所示，有限元的數(shù)字模擬分析是針對整體的2/3進(jìn)行的。如圖4，單個(gè)的BT單元格，金屬材料的尺寸設(shè)置為1.2mmx1.2mm，板的厚度方向的靜態(tài)點(diǎn)數(shù)為5，圓角的單元為7個(gè)，是3參數(shù)下的Bar彎曲準(zhǔn)則。金屬材料的選擇是合肥重合金5754M。通過單向拉伸試驗(yàn)得出的計(jì)算結(jié)果。對金屬試件進(jìn)行沖壓-有限元數(shù)字模擬。模具成品和預(yù)期目標(biāo)一致，得到了最終成型的沖壓模具。對沖壓試件的模擬結(jié)果進(jìn)行預(yù)測，比較實(shí)際試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)回彈變形很不穩(wěn)定，時(shí)間上的A處變形較大，達(dá)到0.85mm，另外一側(cè)的BC和DB回彈相對較小，回彈的數(shù)值在BD的D點(diǎn)達(dá)0.68mm在B點(diǎn)較少到0.54mm，AB邊回彈量在0.86mm以下；而AD和BC段的回彈很不明顯。

3 對結(jié)果的驗(yàn)證

從得出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以知道，經(jīng)過回彈補(bǔ)償以后的模具的各項(xiàng)測評結(jié)果和實(shí)際要求的模具形態(tài)幾乎一致，然而根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)，制作的產(chǎn)品和目標(biāo)產(chǎn)品在幾個(gè)截面上的差異卻十分顯著。沒有經(jīng)過回彈補(bǔ)償?shù)哪＞呓孛鍭-F、E-F和G-F誤差最大不過0.15、0.5和0.36mm；經(jīng)過回彈補(bǔ)償?shù)慕孛鍭-F、E-F和G-F誤差為0.05、0.2和0.06；因?yàn)锳-F截面的變形足夠，回彈量大而且補(bǔ)償也很小，所以相應(yīng)的誤差也很小，接近預(yù)定的目標(biāo)要求。所以，只需要經(jīng)過兩次循環(huán)和修正就可以的到三維的沖壓模具型面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐證明補(bǔ)償回彈的設(shè)計(jì)方法能夠減少金屬制品沖壓下的誤差。

4 結(jié)語

補(bǔ)償回彈的模具型面設(shè)計(jì)方法提出對相關(guān)技術(shù)更高的要求，通過工業(yè)的實(shí)例，螺旋片下的兩次補(bǔ)充回彈最終得到的模具型面，使螺旋葉和預(yù)期的葉面形狀之間的誤差縮減到了0.2mm以內(nèi)，到了對于葉面尺寸的精確要求。之后把補(bǔ)償葉面的CAE型轉(zhuǎn)化到CAD制圖軟件之中，實(shí)現(xiàn)了葉面回彈補(bǔ)償?shù)募显O(shè)計(jì)理念。通過試驗(yàn)對葉片回彈量的預(yù)測和比較，得出補(bǔ)償回彈的數(shù)字模擬精度達(dá)80%，可以在以后進(jìn)行推廣實(shí)施。對回彈變形的預(yù)測是得到最終模具型面的基礎(chǔ).本文通過數(shù)字模擬分析補(bǔ)償回彈的循環(huán)位移法進(jìn)行試驗(yàn)，通過對具體案例的分析得出試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測目標(biāo)之間的差異。

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作者單位

南昌職業(yè)學(xué)院 江西省南昌市 330000