高強鋼B柱的拉延回彈分析與補償研究

呂少文，石光林，程金海，周雪兆

（廣西科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，廣西 柳州545006）

鈑金件經(jīng)沖壓成形后，由于板料內(nèi)的彈性應(yīng)力釋放而往往會產(chǎn)生回彈，造成形狀、尺寸變化，通常與加載時變形方向相反[1]。回彈量決定著沖壓件的最終形狀和尺寸，從而影響沖壓件在整體中的裝配，因此控制回彈量很重要[2]。工程上一般通過模具補償來控制回彈量，即通過檢測實際的回彈量，對模具進行反復(fù)修正，從而得到滿足精度的沖壓件。

某型號汽車高強鋼B柱（如圖1所示），拉延后的回彈變形嚴重，傳統(tǒng)的劃線檢測方法較為麻煩而且檢測精度不高。為此，本文采用逆向工程技術(shù)方法，快速分析出B柱回彈的實際偏差位置及其偏差量[3]，從而對企業(yè)的修模工作起到了很好的指導(dǎo)作用。

1 三維數(shù)據(jù)采集

使用激光掃描設(shè)備對B柱進行掃描，測量過程如圖1所示。通過刪除體外孤點、非連接項、減少噪音、統(tǒng)一等操作對掃描所得到的B柱點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化[4]，優(yōu)化后的結(jié)果如圖2所示。

圖1 三維掃描儀的測量應(yīng)用

圖2 優(yōu)化后的B柱點云數(shù)據(jù)

2 回彈檢測

2.1 數(shù)模和掃描模型的對齊

最佳擬合對齊是通過軟件自身的擬合功能，系統(tǒng)后臺自動分析計算得出最小偏差的擬合結(jié)果，使點云數(shù)據(jù)和原始數(shù)模達到最佳匹配，這種對齊方式較適合不規(guī)則模型，無需創(chuàng)建特征且對齊后的綜合偏差較小，所以該對齊方式較適合B柱的偏差檢測。但由于CAD數(shù)模和實際掃描所得的B柱模型在空間坐標系中的位置偏差較大，所以在最佳擬合對齊前需要進行預(yù)對齊[5]。基于特征對齊就是較好的預(yù)對齊方式，分別在CAD數(shù)模和掃描模型相同位置處構(gòu)造特征面和特征點，然后進行初步對齊，把兩者空間位置調(diào)整得基本重合，通過預(yù)對齊能極大縮短最佳擬合對齊的時間。對齊后就可以進行回彈檢測。

2.2 3D比較

通過3D比較，會得到一張彩色的偏差色譜圖，該色譜圖反應(yīng)了B柱零件的整體回彈情況。利用“創(chuàng)建注釋”可以得出所選取點的具體偏差數(shù)值，Dx、Dy、Dz分別表示該點在x、y、z三個方向上的偏差值，D則表示該點的整體偏差數(shù)值[6]。色譜圖根據(jù)偏差數(shù)值的大小分為多個顏色段，因此通過對色譜圖的顏色區(qū)域分析可以初步得出B柱零件的主要回彈區(qū)域。3D比較的結(jié)果如圖3所示。

圖3 3D比較偏差色譜圖

在3D比較的偏差色譜圖中，上方以紅色為代表的暖色系表示正偏差凸出部分，下面以藍色為代表的冷色系代表負偏差凹陷部分，綠色代表誤差允許范圍[7]，此顏色代表工件上大部分都是合格的。通過分析，平均偏差為2.5 mm，最大偏差為7.4 mm.

2.3 2D比較

對于B柱的一些重要截面，其最終截面形狀對裝配性能和使用性能有較大影響[8]，因此需要嚴格控制其回彈量。可以通過2D比較功能得出所選取截面的回彈量，據(jù)此對模具相應(yīng)型面作出回彈補償，以達到最終的成型精度要求。選取B柱上一系列截面，間隔設(shè)定為100 mm，通過分析找到回彈最嚴重的那處截面作為目標截面。選取的截面如圖4所示，目標截面回彈情況如圖5所示。

圖4 選取的系列截面

圖5 目標截面回彈情況

通過2D比較偏差色譜圖分析，發(fā)現(xiàn)目標截面的最大回彈量為7.1 mm，不滿足精度要求，需要對該截面所對應(yīng)的模具型面進行修整。

3 回彈補償方案仿真及驗證

3.1 回彈補償方案仿真

通過對目標截面所對應(yīng)的模具型面進行修整，然后在Dynaform中進行成型仿真，最后根據(jù)仿真結(jié)果進行回彈分析，看目標截面的回彈情況是否得到改善[9]。修型后的模具模型如圖6所示，目標截面回彈前的情況如圖7所示，回彈后的情況如圖8所示。

圖6 修型后的模具模型

圖7 回彈前夾角

圖8 回彈后夾角

目標截面處回彈前上端面與側(cè)壁夾角值為113.486°和 112.957°，回彈后變?yōu)?114.563°和 113.507°，由此可見回彈情況得到明顯的改善。

3.2 工程驗證

根據(jù)補償網(wǎng)格重構(gòu)曲面，將重構(gòu)后的曲面用于加工模具。對經(jīng)修模后得到的零件再次進行回彈檢測，依舊采用逆向工程的方法，通過分析目標截面的2D比較偏差色譜圖，可得出目標截面的最大回彈量為2.7 mm，相比之前的回彈量有所改善，達到了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4 結(jié)束語

通過Geomagic Qualify將CAD模型與工件實物的點云數(shù)據(jù)對比，得出工件的整體回彈情況，據(jù)此對模具的相應(yīng)型面進行回彈補償，最后在Dynaform中的回彈分析也達到了預(yù)期的效果。這說明基于Geomagic Qualify的回彈檢測能對模具的補償起到有效的指導(dǎo)作用，該方法將有助于企業(yè)快速完成回彈補償，生產(chǎn)出符合精度要求的沖壓產(chǎn)品，也為汽車零部件檢測手段提供了一種新思路。