关键词：全工序模拟，回弹，反算
Abstract:whole process stamping simulation technology, Springback Analysis and compensation are introduced, and the accurate calculation of material edge is carried out to solve the problem of cracking, wrinkling and springback in B column stiffening plate forming.
Key words:Whole process simulation,Springback,Counter calculation
引言：
随着制造水平的不断提升，模具行业的竞争越来越激烈，汽车覆盖件模具的开发周期不断缩短，在开模前的冲压模拟就尤为重要，通过冲压成型模拟，可以预判零件成型缺陷以及回弹情况，可以提前做出调整，大大缩短后期的修模调试周期，降低制造成本，提升生产效率。本文以某汽车左B柱上加强板为例，探讨全工序冲压模拟在模具制造过程中的应用。
1 如图1所示，零件为某轿车左B柱上加强板，左右件完全对称，材质：B340-590DP 料厚：1.6mm，属于中等厚度的中高强度钢板，材料参数如下：
该零件造型较多，形状复杂，最小R角为6，拔模角为10°，无法直接拉延到位，需要进行二次整形校核，由于屈服强度较大，成型及回弹是该零件的难点。经过对零件分析，结合生产线条件，确定零件成型工序如下（左右件合并生产）： (1)拉延(2)修边+冲孔(3)整形(4)冲孔+分离，如图2所示：
2 全工序冲压模拟主要分为以下几个阶段：第一，拉延成形快速设计阶段：通过优化压边力、拉延筋、料片轮廓、工艺补充面形状等消除成形问题，如开裂、起皱等；第二，回弹模拟的快速分析评估阶段：分析零件的回弹趋势，并评价是否能够直接进行回弹补偿；第三，精密模拟分析阶段：对优化后的冲压工艺进行精算验证，以及回弹补偿。
2.1 首先进行拉延工序的模拟，确定好冲压方向及工艺补充面后，导入CAE分析软件，设置好分析模型，进行网格划分，依照标准设置参数，压料力，拉延筋条参数，摩擦系数等，进行分析计算，压料力由软件自动叠加,如图3所示。在实际零件的冲压生产过程中，难免会发生生产条件和钢板材料参数的波动，生产条件如压边力、摩擦力和料片位置等，钢板材料参数如料片厚度、屈服应力/抗拉强度、各向异性参数rm值等。如果发生产条件和钢板材料参数的波动，势必会对生产出的零件的质量和尺寸产生不利的影响，严重的可能会使零件发生开裂、起皱和尺寸超差而导致报废，因此在压力稳定后需要进行极限计算，即压料力正负波动10%，进行计算，并保证分析结果合格，这样模具移交客户后，减少由于机台差异带来的调试时间及提升量产后的稳定性。 
2.2拉延结果的评价主要是两部分：开裂和起皱，都是通过材料厚度来判断；考虑到成形性能的安全裕度，最大变薄率需要根据材料、厚度来设置，该零件的最大变薄率不超过0.18，根据分析结果，检查危险区域的材料变薄率，零件变薄率在安全范围之内，如图4。起皱通过表面缺陷高度判断，处于压料板和凹模之间双面接触的区域，及压料面区域，判断值为0.04；处于凸模和凹模单面接触的区域，如避让角处及模具凹模口处，判断值为0.03；最后接触区域或者板件处于悬空与工具体不接触区域，判断值为0.02，，分析结果没有起皱缺陷
由于零件无法拉延到位，修边后需要整形工作，整形后料边会有差异，因此修边工序需要对料边进行优化，通过软件设计，对料边精确计算，并设置迭代5次，保证最终结果在公差范围以内，如图5。
2.3 板件经过冲压变形之后，打开模具压力卸载之后，零件内的弹性变形会发生全部或部分恢复的现象，这就是我们常说的回弹。一般来说板筋件经拉延成形，主要以胀形为主，产生伸长变薄变形，因此经过弹性变形恢复之后，会使成形后板件发生弹性收缩，板件整体尺寸变小。每一工序都会产生回弹，该零件拉延造型为浅盒形拉延，成型后回弹较小，主要回弹是在修边后应力释放以及整形后，板料经过二次变形产生的回弹，因此该零件回弹模拟主要是在整形工序后进行。
2.4 成功回弹计算与补偿需要遵循5个基本原则，以获得正确的回弹模拟结果，指导实际的工艺设计和模具制造，5个基本原则如下：一：要保证合理的模具工艺规划和正确合理的模拟结果；二：按照最终验证模拟设置要求设定参数；三：合理的回弹评估；四：保持工序过程的稳健性；五：按照补偿策略进行补偿。回弹补偿的准确度很大程度上依赖于前期准备，要取得一个较小的回弹偏差值，需要输入精确的数据模型和工艺过程条件。在最终的回弹补偿工作中，一定需要考虑实体拉延筋对回弹的影响，采用3D截面线拉延筋+自适应线拉延筋的方式，对回弹结果准确度较高，在压边圈闭合阶段，拉延筋采用3D截面线拉延筋，然后在拉延过程中对实体拉延筋进行抹平，在拉延结束后必须选择恢复抹平的实体拉延筋，这样在后续的回弹计算中就能考虑到实体拉延筋（如刚度）对回弹的影响；如图6所示，整形后最大回弹量为3.87mm，通过整形工序进行回弹补偿，最终补偿方案在整形工序进行，根据经验，按1.1倍值来补偿。
3 结束语：
经过全工序模拟及回弹分析和补偿后，对该零件进行实际开模制造，零件最终成型实物如图7所示，实物与CAE分析模拟结果吻合度高，料边尺寸及面差均在客户的公差范围以内（分别为正负0.7mm及正负0.5mm）。通过实践证明，通过全工序冲压成型模拟，可以提前发现成型缺陷，回弹等问题，提前做出对于的改善措施，大大缩短了模具开发周期，节约了模具制造成本。
参考文献：
（1）催令江.汽车覆盖件冲压成型技术.北京:机械工业出版社
（2）李福禄.汽车覆盖件质量缺陷的检测机控制【J】.电加工与模具，2016(1)
论文作者:黄绍基
论文发表刊物:《科技新时代》2018年4期
论文发表时间:2018/7/2
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