《Auto Form原理技巧與戰例實用手冊》
—— 基于Auto For m的回彈補償設置流程

文/ 宋桂軍，郭海廷，涂小文·上海大眾汽車有限公司李杰·上海翼銳汽車科技有限公司

《Auto Form原理技巧與戰例實用手冊》
—— 基于Auto For m的回彈補償設置流程

文/ 宋桂軍，郭海廷，涂小文·上海大眾汽車有限公司李杰·上海翼銳汽車科技有限公司

展望21世紀，隨著汽車、航空航天工業的迅速興起，大型制造企業市場競爭日趨激烈，對沖壓件的快速設計和制造也提出了更高的要求。僅僅依靠工程設計人員的經驗來制造沖壓產品的方式顯然已經不能滿足現代企業的生產需求了。如何實現高質量、低成本、短周期的產品開發是贏得這場競爭的關鍵。沖壓成形數值模擬技術是解決這一問題的主要手段，它將定性的經驗轉化為定量的模擬，基于沖壓成形理論，把廣泛應用的訣竅和經驗融入到CAE數字化仿真中，方便地求解工藝及模具設計涉及的復雜板料成形問題，準確地預測沖壓成形結果，很多制造企業已經將同步工程作為產品開發制造的重要環節。

目前世界各大汽車公司對板料沖壓成形模擬的投入都相當重視，歐美、日本等發達國家在主要汽車覆蓋件開發過程中全部都要經過仿真分析。在國內，北京航空航天大學、一汽集團、上海大眾、上海寶鋼和上海交大汽車工程研究所等單位，開展了汽車覆蓋件沖壓成形動態仿真的工業應用探索，先后完成了紅旗轎車、Santana系列轎車等若干覆蓋件的沖壓仿真分析與試驗分析，開展了汽車板成形性能等方面的研究。二汽、長安汽車公司都采用了計算機模擬仿真技術進行模具設計、優化沖壓工藝、零件沖壓成形性能等方面的研究工作。

常用板料成形模擬軟件有：Auto Form、Dyna Form、Dyna-3D、Marc、Pam-Stamp、Ansys、Abauqs、Robust、Mar等。其中，Auto Form軟件以計算速度快，容易操作等優點在汽車行業得到廣泛的應用。國內大型汽車企業也相續引進Auto Form軟件來優化工藝方案或者進行復雜的模面設計。然而，軟件的合理性固然重要，但是能正確合理地使用這個工具更為重要，用戶必須熟悉軟件的功能原理才能使軟件效果達到最優。以Auto Form軟件為平臺的應用手冊不勝枚舉，但目前為止，完整地從基礎到高級應用的書籍還非常少。絕大部分書籍都是側重于軟件的基礎介紹或某些功能模塊的論述操作，并未注重與沖壓工藝本身的結合，僅能作為軟件操作說明書使用。對汽車企業專業模具設計和工藝設計人員來說，這類著作不免有些欠缺專業理論的指導和可借鑒的優化經驗。

因此，對專門從事沖壓相關的工程人員來說急需專業的CAE分析指導書籍，《Auto Form原理技巧與戰例實用手冊》由一組長期從事汽車車身覆蓋件的CAE分析的專業人員編寫。由淺入深的介紹了Auto Form軟件的基本操作及沖壓成形模擬最新的方法原理。更重要的是，該書作者長期工作在汽車覆蓋件制造第一線，具有豐富的實踐經驗，對沖壓成形中的各個難點問題有獨特的解決方法與經驗。本書的閱讀對象可以是從事沖壓加工，模具設計的專業人員以及準備進入這個領域的初級學員，還可以作為高校研究板料沖壓原理和工藝可制造型分析的老師和學生的指導書。

本書系統的闡述Auto Form在沖壓成形、液壓成形、熱成形等多個領域的應用范例，涵蓋了從沖壓件開發、成本計算、工藝開發、模具制造到零件生產的整個產品開發流程中各個重要專題；創造性地提出了基于Auto Form的板材加工件工藝設計與優化、料片展開及排樣、回彈分析及型面補償計算、零件穩健性分析與優化以及模具表面防護等諸多方面的實際應用方法、原理和技巧；涉及沖壓成形中多個難點問題解決，如切邊線精確展開、科學的模具成本計算和可靠的模具型面回彈補償等。這些成果反映了當前沖壓成形數值模擬技術應用的最新研究進展。

本文對沖壓成形中最普遍的讀者最關心的難點問題——回彈分析與補償計算進行闡述，該模塊概述了回彈補償基本原則和補償策略、詳細介紹了基于Auto Form的回彈補償設置流程。

回彈分析及補償應用背景

回彈現象是汽車白車身沖壓成形不可避免的問題。隨著汽車工業的迅速發展，對沖壓件的精度要求越來越高，特別是高強度鋼、鋁合金板材的大量使用，回彈問題顯得更加突出，成為汽車工業領域的熱點問題。通過對沖壓成形數值模擬，可以在設計階段發現并提出問題、了解回彈分布、獲得回彈補償，對減小回彈具有重要指導意義。本文結合Auto Form軟件介紹了回彈分析及補償計算的流程、規律以及經驗。

成功回彈計算與補償的5個原則

一個成功的回彈補償很大程度上依賴于前期準備，要取得一個較小的回彈偏差值，需要輸入精確的數據模型和工藝過程條件。結合Auto Form軟件特點和實際的工程應用，總結出成功回彈計算與補償的5個基本原則，以獲得正確的回彈模擬結果指導實際的生產。5個基本原則包括：

⑴要保證合理的模具工藝規劃和正確合理的模擬結果。

⑵按照校核模擬設置（Final對應validation）要求設定參數。

⑶合理的回彈評估。

⑷保持工序過程的穩健性。

⑸按照補償策略進行補償。

回彈補償策略

根據工程應用經驗，共總結出了3個回彈補償策略，即補償所有模具、僅補償拉延模具和對各個模具進行不同的補償。3個補償策略均按照圖1的全工序模擬過程進行介紹，OP20～OP50全工序模擬的模具模型按照零件模型（圖1中綠色形狀）進行制作。

圖1 全工序模擬過程

圖2 零件在不同定位狀態下的干涉與回彈情況

圖3 OP20拉延模放大

⑴補償策略一：補償所有模具。回彈補償基于最后的工序，基于OP50的回彈結果對所有的模具進行同樣的補償。該補償策略是大多數零件模具的補償方式，到最后一序工作結束后，零件回彈到零件的形狀。

⑵補償策略二：僅補償拉延模具。回彈補償基于最后的工序，即用OP50的回彈結果僅對OP20拉延的模具進行補償，其他工序均不補償。該補償策略是在OP20拉延回彈后和OP50整形回彈后相比較回彈量相接近，這樣按照OP50之后的回彈補償OP20的模具，OP20拉延完成經回彈就達到產品的形狀。

⑶補償策略三：對各個模具進行不同的補償。對各個模具進行不同的補償是根據實際情況進行量身定做（Tailor-made）的補償策略，即用基于OP50的回彈結果并考慮定位附加變形對OP20拉延的模具進行補償，但其他工序按照后工序外形定位補償原則。

1)拉延模縮放。當零件完成OP20拉延向后續定位時，如果按照實際考慮零件的傳送、重力和變形時，零件會和后續下模發生干涉，當壓料板和下模閉合時零件就會產生附加變形，會影響回彈分析結果。圖2顯示的是零件在不同定位狀態下的干涉與回彈情況。零件如果在傳送和重力的作用下發生變形，這樣使零件在定位時產生影響，零件會產生附加變形，回彈量也加大。在這種情況下，就必須考慮減小或消除這種回彈的相關措施，采用的措施是將OP20的拉延模型放大。如圖3所示，零件和OP30的下模干涉消除，零件的回彈顯著減小。

圖4 進行準確回彈補償的流程圖

2)后工序外形定位補償。后工序外形定位補償是指在OP20拉延工序完成后發生回彈，如果后工序（大多數情況是指切邊工序）的型面還是按照零件模型設計，這樣零件就會和后工序的模具形狀不符合，如果OP20拉延工序發生嚴重的回彈，零件放置在后續工序上經過壓料板閉合后會發生嚴重的附加變形。這樣就需要對后工序的模具型面按照OP20回彈的型面進行補償，即正補償。因此，后工序外形定位補償的目的是避免零件在后工序壓料板閉合時產生附加變形，主要應用在拉延后產生回彈較大的情況。

后工序外形定位補償實現方法：首先，拉延模擬后計算回彈結果；其次，后工序應用Auto Form的回彈補償模塊以拉延模做參考模具進行補償因子為-1的補償。

獲得準確回彈補償的步驟

進行準確回彈補償的流程圖，如圖4所示，包括9大步或15小步。本文分精確的回彈模擬和有效的回彈補償兩個方面分別進行介紹。

精確回彈模擬

精確回彈模擬包括第一步至第五步，即：

⑴第一步，獲取正確合理的成形模擬結果。滿足原則一的要求，使用Auto Form進行一個成形工序的開發與優化。進行工序構思和拉延模型制作，并考慮優化所有工藝參數和測量檢具的夾持條件。在進行回彈之前，零件必須能滿足最終質量要求，即無開裂、無起皺、最終合格的料片形狀，所有工序條件（拉延筋位置/切邊操作/斜楔操作）能夠在現實中實現。模擬步驟：

1)模型/工具定義。檢查模具網格在90°的R角上保證至少有8個單元。

2)料片定義。設置料片形狀、材料數據和軋制方向，并檢查材料性能參數等。

3)工序過程定義。設置拉延筋和工序過程，檢查切邊線、沖孔和方向的設置是否合理，壓邊力是否合理，切邊/沖孔順序是否合理(考慮應力釋放順序) ，進行運動干涉檢查(kinematical check)和模具穿透檢查（檢查模具間隙），檢查行程設置是否合理。

4)模擬結果評估。模擬結果的評價包括成形性（Form ability）開裂分析、厚度分布、起皺檢查(目測)、棱線滑移線和凹模入口R角沖擊線、壓邊圈閉合情況、材料流入量(Draw-in)、壓邊圈壓力分布及模擬收斂性檢查(拉延、成形與翻邊工序應小于40個迭代步)等。

⑵第二步，回彈模擬。按照原則二進行回彈模擬的控制參數設置，需檢查回彈計算的收斂行為（Convergence behavior）。一般不用自由約束回彈，應采用約束條件下進行回彈計算，約束應盡可能的少并與實際情況相一致。定義參考模型和夾持方案，注意夾持面的選取（上表面/中層面/下表面），夾持點采用映射原始點) 。

⑶第三步，回彈評估。對夾持方案進行分析評估確認是否合理，查夾頭和導向銷的夾持力和作用力（應小于30N），以確認是否存在附加變形和位置偏移。確認參考面的位置是否正確，回彈結果距離正確的判斷和分析（節點到參考面的法向）。

⑷第四步，過程穩健性分析。定義工序環境(輸入變量) →根據不同的輸入變量的變動計算出多個模擬結果→評估分析工序過程的影響和敏感性。注意，工序穩健性主要考慮成形性和回彈是否穩定。

⑸第五步，工序與過程優化。如果全工序模擬過程中，零件的成形性存在開裂、起皺等問題，或者回彈不穩定，這就需要進行工序優化或過程參數優化，如修改工序參數的設置、模具造型或零件造型等。

有效的回彈補償

有效的回彈補償包括第六步至第九步。

⑴第六步，確定補償策略。討論分析各工序的回彈特點，按照原則五和回彈補償策略對各個工序模具進行補償。

⑵第七步，補償模具型面。按照確定的模具補償策略和拉延模具的補償原則進行指定的曲面迭代回彈與補償計算，當回彈結果達到預定的誤差精度要求時結束迭代計算。在Auto Form中，回彈計算結束經過第一次補償在計算回彈后，可以通過Activator進入下一次迭代補償，注意補償曲面的拔模負角。

⑶第八步，輸出補償結果。輸出補償的網格，然后將網格輸入CAD軟件系統進行曲面重構，盡可能保證重構的曲面與補償網格一致。

⑷第九步，再次計算確認模擬結果。在進行加工之前，對基于補償的重構CAD模型再次進行模擬計算驗證。驗證合格后，提交給模具設計和NC編程進行模具的制造。到試模時，進一步的跟蹤和驗證，檢查試模條件和模擬條件的一致性，必要時再做調整。然后總結經驗，更新模具補償策略，為后續的模具回彈補償提供經驗支持。至此整個回彈補償的工作結束。

結束語

本文基于Auto Form的回彈分析及補償計算的操作，結合實際生產中的經驗，總結了回彈分析及補償計算的5個原則，這是獲得可信回彈及補償結果的基本條件。在此基礎上本文介紹了回彈補償的策略和獲得準確回彈補償的具體步驟，對實際模具制造和零件生產具有指導意義。