1 引言

　　板料沖壓成形后存在回彈藏澳，回彈是沖壓生產(chǎn)中的主要缺陷之一讲幌。合理地設(shè)計

　　隨著計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的提高杠尘，使有限元數(shù)值模擬技術(shù)成功地應(yīng)用到薄板成形領(lǐng)域哀揽，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測沖壓件成形中的各種缺陷。如果板料成形回彈預(yù)測準(zhǔn)確酗裕，并巨采用數(shù)值迭代方法完成補(bǔ)償過程的時間少于現(xiàn)在實際生產(chǎn)中采用的"試錯法"睬肮，那么采用數(shù)值模擬方法將大人節(jié)約模具開發(fā)資金和縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期。

　　本文提出基于數(shù)值模擬迭代過程的"循環(huán)位移補(bǔ)償"設(shè)計模具方法弥禀，并將其應(yīng)用于一小型鋁合金三維板料成形的模具補(bǔ)償過程匣诉；通過多次循環(huán)計算得出合理的模具形狀趾赡，最終獲得形狀精度高的工件征炼。

　　2 基于數(shù)值模擬補(bǔ)償回彈的循環(huán)位移補(bǔ)償法

　　“循環(huán)位移補(bǔ)償”的模具設(shè)計力法就是利用有限元數(shù)值模擬計算回彈量來修正模具型面瞭空，其步驟是：從初定的模具型面的結(jié)點(diǎn)位移反向減去模擬計算的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)回彈量蛆器，得到用于補(bǔ)償回彈的模具型面。金屬板料首先用試探模具(對于第一次循環(huán)咽笼，試探模具形狀和工件相同)成形熟什，計算成形回彈后的工件形狀像捶。此工件與目標(biāo)工件比較，如果存在的形狀誤差超出容許值扬跋，就從模具形狀中減去形狀誤差阶捆，得到新的模具型面。在下一循環(huán)中钦听，金屬板料將用這一新的試探模具型面成形洒试。如果成形工件的形狀與目標(biāo)工件誤差仍超出容許值，將再次從試探模具型面反向減去這一循環(huán)的形狀誤差朴上，得到更新的模具型面垒棋，進(jìn)人下一循環(huán)，直到成形的工件形狀滿足要求痪宰。

　　具體計算過程為：首先按目標(biāo)工件形狀建立凸凹模型面叼架，應(yīng)用軟件ANSYS/LS-DYNA動態(tài)顯式模擬簿板成形；把成形前板料的單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及成形分析得到的沖壓件成形后的結(jié)點(diǎn)位移分別存人數(shù)據(jù)文件衣撬、heel. dat和form. dal碉碉，把數(shù)據(jù)文件Loan. dat和數(shù)據(jù)文件sheet. dal相加可得到目標(biāo)工件的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件part. dal；把動態(tài)顯式模擬得到的淮韭、保存有兒何形狀和應(yīng)力的成形工件用靜態(tài)隱式進(jìn)行卸載過程模擬，得到的結(jié)點(diǎn)回彈位移存入數(shù)據(jù)文件springback. dat淫蜕，把part. dat和springback. dal的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)數(shù)據(jù)相加恐氓，得到成形回彈后的工件形狀結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，存人數(shù)據(jù)文件newpart. dal肩检；比較文件part. dat和newpart. dat叛剩，即可得出試沖工件與目標(biāo)工件的型面誤差；如果試沖工件與目標(biāo)工件的型面誤差較大泉疆，將從newpart. dat按一定比例減去springback. dat派料，得到考慮回彈后應(yīng)成形的工件形狀文件newform.dat。

　　為建立新的沖壓模具形狀滑攘，在三維CAD軟件UG中利用newform.dat中工件坐標(biāo)點(diǎn)云生成有實際板厚的片體腊匆，拾取片體的部分表面通過偏移生成模具型面。把得到的新模具型面數(shù)據(jù)文件以IGES格式存儲轉(zhuǎn)人到分析軟件ANSYS/LS-DYNA中超璧，進(jìn)行新的成形-回彈-誤差分析過程隙趣。下面就這種基于回彈預(yù)測的模具型面設(shè)計的過程和效果給出一個算例。

　　3 數(shù)值模擬補(bǔ)償回彈的模具型面設(shè)計算例

　　3.1 有限元模型

　　模擬的沖壓工件具有以下特點(diǎn)：(1)工件曲率小嘴缓，成形時塑性變形不充分旱万，回彈較大；(2)工件尺寸小(坯料尺寸100 mm*80mm) 吐句，可縮短數(shù)值模擬計算過程迭代時間胁后，便于在配置低的微機(jī)上短時間內(nèi)完成；(3)金屬板料成形時，在壓邊區(qū)域不會出現(xiàn)褶皺攀芯，可避免分析褶皺問題屯断；(4)YZ截面呈U型，沖壓件底部平面與壓料面曲率相同敲才，側(cè)壁部分與XY平面有一定夾角裹纳。 

　　其次，為了減小工件的形狀誤差紧武，根據(jù)回彈計算結(jié)果對模具形狀進(jìn)行了兩次修正剃氧，分別在三維建模軟件UG中將回彈變形按50%和70%比例反向施到工件模型的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)上，得到修正后的工件形狀點(diǎn)云阻星，該點(diǎn)云在UG中被用來生成片體朋鞍。由于在UG中利用結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)云形成片體時，需要使用剪切面把點(diǎn)云外的多余片體部分剪除掉妥箕，在CAD模型中會留有多余的剪切線滥酥；同時，在補(bǔ)齊凹模圓角和板料支撐面時涮婿，面與面之間的邊線不一定共享棍丽，所以為了便于劃分單元網(wǎng)格，有必要把CAD模型中多余的線刪除掉掠佛，一般采用Hypermesh處理慈翔。但由于本算例CAD模型較簡單，是在ANSYS/LS-DYNA前處理中對CAD模型進(jìn)行處理蔽碘，再補(bǔ)上板料的模型因镊，就得到了完整的CAD模型。

　　因此武慨，可以說經(jīng)過三次模擬循環(huán)和兩次修正所得模具型面加工出的工件精度已經(jīng)大大提高晋劫，同時說明采取循環(huán)位移補(bǔ)償法來修正模具型面補(bǔ)償回彈誤差是可行的。

　　結(jié)論

　　提出了一種基于數(shù)值模擬預(yù)測回彈的沖壓件模具設(shè)計方法行掰，即沖壓件CAD模型-沖壓模具CAD模型-沖壓模具CAE模型-能夠進(jìn)行回彈變形補(bǔ)償?shù)臎_壓模具CAE模型-符合設(shè)計要求的模具CAD模型的設(shè)計過程怎机。利用此方法對一小型三維彎曲沖壓件的模具型面進(jìn)行了設(shè)計。數(shù)值模擬和實驗結(jié)果證明血庐，這種模具設(shè)計方法對糾正沖壓件回彈誤差非常有效仿村。

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