基于Dynaform的高強鋼板沖壓回彈補償分析

譚海林，郭照宇，孟少明

（1.湖南化工職業技術學院 機械工程系，湖南 株洲 412004；2.湖大三佳模具工程有限公司，湖南 長沙 410205）

為滿足汽車輕量化及安全性能的要求，高強度鋼板在車身設計中應用越來越廣。由于高強鋼板的成形性能差，板料沖壓成形后的彎曲回彈和扭曲回彈現象比常規鋼板更為嚴重。而采用傳統的“試錯法”進行模具補償消除誤差，具有很大的局限性。因此如何精確地預測和補償回彈是目前高強鋼沖壓模具最為敏感和亟待解決的問題。

1 回彈及模具補償原理

板料在外載荷作用下發生任何一種塑性變形時，其變形都是由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當作用板料上的外載荷卸掉之后，塑性變形區的材料保存殘余變形而使零件變形。由于彈性變形區材料的彈性恢復以及塑性變形區材料彈性變形部分的彈性恢復，使其形狀、尺寸都發生了與加載時變形方向相反的變化，這種現象稱之為回彈。本文采用的回彈補償過程是基于零件設計要求形狀的虛擬修模迭代過程。它是先按照零件的設計要求形狀設計出初始模具形狀，經過有限元離散后輸入專業板料成形數值模擬軟件中，經過成形模擬和回彈計算分析，獲得了板料成形回彈后形狀。根據板料成形回彈前后形狀和初始模具形狀，在專業的回彈補償軟件里將進行模具回彈補償，得到模具修正后模具形狀；然后將回彈補償后的模具進行成形模擬和回彈計算分析，將得到零件回彈計算后的形狀與設計要求形狀進行比較，判斷兩者的幾何形狀誤差是否滿足設計誤差要求。若滿足設計誤差要求，輸出模具回彈補償結果；若不滿足設計誤差要求，重新進行回彈補償循環，直到得到符合設計誤差要求的最好的模具回彈補償結果。回彈補償流程圖如圖1所示。

圖1 回彈補償流程圖

2 高強度鋼板沖壓回彈補償應用實踐

如圖2所示為某乘用車B柱幾何模型。其材料采用B340LA鋼，厚度1.4 mm，坯料尺寸700mm×485mm×85mm。成形工藝主要為落料、拉延、修邊沖孔側沖孔、整形、修邊沖孔側沖孔翻孔。本文主要以拉延為例說明模具回彈補償的方法。

圖2 B柱幾何模型

2.1 建立有限元模型

Dynaform是用于板料成形模擬的專用軟件包，可以預測成形過程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈等，評估板料的成形性能。圖3所示為建立的有限元模型。

圖3 B柱加強板零件有限元模型

2.2 模擬計算

按照Dynaform軟件的CAE分析基本要求進行設置，壓邊力設為1500kN，摩擦系數0.125，網格大小3mm，采用真實拉延筋計算。如圖4所示為B柱加強板進行拉延成形模擬仿真輸出的回彈結果對比圖。綠色為原始拉延型面網格，紅色為拉延型面回彈后的網格。由圖可見在寬端頭兩邊存在扭曲，以及長度方向上也存在扭曲。

圖4 回彈分析結果對比圖

2.3 拉延回彈補償設置

在Dynaform軟件中進行回彈補償，首先分別導入Op10.stl（為Op10拉延計算的網格），Sp.stl（為算了OP10回彈之后的網格）以及OP10.igs（為OP10原始數模型面），要求網格前后對應，如圖5所示。補償設置包括選取所有補償的型面、選取OP10拉延計算的網格、輸入回彈補償因子（可正可負，憑經驗確定）、選取回彈前后網格的對應關系等。

2.4 拉延回彈補償后模擬分析計算

圖5 回彈補償設置

將拉延回彈補償后的型面重新做成形分析計算和回彈分析。取第二次拉延補償后型面回彈后的網格與產品進行對比，如果差值在公差范圍內，回彈迭代計算就不需要再進行下去，反之繼續前面的操作過程。通過對比分析，該零件的拉延模回彈通過CAE分析預測回彈補償一次就解決了。如圖6所示，修邊之后頂面回彈消失，不存在扭曲回彈，但還存在局部回彈，這個回彈可以在整形模補償。

圖6 實際修邊回彈情況

圖7 a所示為通過模擬分析計算，預測A處拉延后最大回彈有4.1mm。圖7b為現場實驗拉延工序件掃描比對情況，A處回彈趨勢是一致的，只是回彈量上有差異，最大回彈有5mm。說明所采用的回彈補償和控制方法是有效的。圖8為采用本文方法設計模具生產的零件，實踐證明零件合格率達90%以上。

圖7 模擬與實際拉延對比

圖8 現場生產合格產品

3 結束語

通過對高強鋼B柱加強板拉延回彈模擬分析－預測回彈量－使用軟件進行回彈補償－把回彈補償的三維模型重新進行回彈分析－循環比較分析至得到誤差值在要求之內的數模面。實驗證明此方法可解決零件扭曲問題，取消了拉延整型替代模具的使用，大大減少高強板回彈調試時間，提高設計可靠性。該方法可指導高強度復雜形狀沖壓件的模具開發。

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