车辆覆盖件回弹弥补问题探究
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本文作者：张庆永1刘成武1朱永明2宁水根1作者单位：1.福建工程学院机电及自动化工程系2.上海申睿汽车设计公司
0引言
回弹是汽车覆盖件冲压成形中的成形缺陷，其直接影响了冲压件的最终形状，对零件的形状和尺寸精度有着重要影响[1~3]。因此，在冲压模具制造时必须对回弹进行分析和控制。长期以来，如何精确的对回弹进行数值分析计算和进行回弹补偿，一直是汽车覆盖件冲压成形仿真的研究热点[4,5]。目前，比较成熟的回弹补偿方法是几何补偿法。要进行回弹补偿和实现虚拟修模，其关键点是回弹量的获取和补偿量的确定。有了这些回弹计算的数据，就可以按照一定的公式或比例关系获得回弹补偿量，从而进行修模。本文建立基于虚拟试模过程的汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿方法，为在计算机上实现不依赖人的覆模件冲压模具设计做了初步的尝试。
1汽车覆盖件模具的回弹自动补偿方法
汽车覆盖件冲压模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。它是先按照覆盖件的设计要求形状设计出初始模具形状，经过成形模拟和回弹计算分析，获得板料成形回弹后形状。通过对板料成形回弹前后形状和初始模具形状的分析，对模具进行回弹自动补偿，得到模具修正后模具形状；然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较，判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。若满足设计误差要求，输出模具回弹补偿结果；若不满足设计误差要求，必须重新进行回弹自动补偿循环，直到符合设计误差要求的模具回弹补偿结果。汽车覆盖件冲压模具回弹补偿原理示意图如图1所示。
2汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿过程分析
汽车覆盖件冲压模具回弹补偿方法是基于有限元计算模拟得到零件回弹量大小修改模具型面的虚拟试模的方法，回弹补偿偏移量为模拟计算得到零件回弹量的大小。下面对某保险杠骨架外杠的模具进行回弹自动补偿，验证此方法的正确性。由于本覆盖件是对称件，因此采用一半进行仿真分析。覆盖件冲压成形过程的仿真分析模型如图2所示。首先模拟冲压成形，得到的FLD如图3所示。成形模拟结束后，继续进行修边和回弹分析计算，得到回弹量结果分布图如图4所示。
可以看出：零件弯曲末端的回弹量最大，其数值最大3.1mm；零件中间部位回弹量最小，回弹量是从两端最大向中间最小递减分布，回弹量大小分布形式和实际生产过程中产品产生的回弹量大小分布形式基本一致。由于此零件的回弹量很大，不能满足设计要求，因此要进行模具回弹补偿设计。判断模具回弹自动补偿的结果是否符合设计要求的标准是：将回弹自动补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，把回弹计算后的零件形状与理论要求的形状进行对比，如果两者误差达到设计误差要求，就可以认为模具回弹补偿结果已经得到；反之，则要进行下一轮回弹自动补偿循环，以得到最合适的回弹补偿结果。经过反复计算，对此覆盖件进行三次回弹自动补偿循环。通过测量第三次模具回弹自动补偿循环结果可知：覆盖件回弹后弯曲末端与理论要求形状只有比回弹自动补偿前下降了76%，说明回弹补偿后的冲压模具生产的零件与理论形状非常接近。
如图5所示为模具三次回弹自动补偿后形状与初始模具形状的比较。从图5中可以看出：回弹自动补偿后的模具型面在初始模具型面下面（图5中z轴正向），末端弯曲部位回弹补偿量最大，中间部分回弹补偿量最小，回弹补偿量分布与模具回弹量分布是基本一致的，这说明覆盖件冲压模具是根据计算回弹量大小进行回弹自动补偿的，而不是人工手动去进行模具回弹补偿过程。模具回弹补偿前后的型面网格如图6所示。
把模具初始型面CAD文件和模具回弹补偿前后网格模型导入到分析软件中，回弹补偿位移矢量将被计算，如图7所示。然后选择所有原始模具型面进行回弹补偿计算，输出回弹补偿后模具型面，作为拉延模具设计的依据。回弹补偿前后的模具型面对比如图8所示。实际工况表明，利用回弹自动补偿方法得到的模具型面设计的覆盖件冲压模具，回弹趋势和实际工况基本一致；最终测量误差80%区域在1mm以下，还未整体达到最后实际生产0.5mm的精度要求。分析其原因，首先回弹补偿的精度直接跟覆盖件冲压成形仿真计算精度和回弹计算精度有关，而影响成形分析的因素非常多，这直接影响最后的回弹补偿结果；其次，回弹自动补偿方法在汽车覆盖件冲压模具上的可靠性，还有待进行更多的实际工况试验验证，尤其是针对更复杂的覆盖件类型。虽然软件回弹补偿技术还有待继续完善，但是这种思路显示出巨大的工程实用价值。
综上所述，汽车覆盖件冲压模具的回弹自动补偿过程如图9所示。
3结论
对汽车覆盖件中冲压模具的回答问题进行了研究，采用自动回弹补偿的方法进行修正，从而使整个回弹补偿过程可以自动完成，并得到合理的回弹补偿结果。通过对汽车保险杠骨架外杠的回弹自动补偿进行研究，证明了所提出汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿的方法的可行性，减小了操作者实际的修模工作量，但精确度还有待提高。
