探讨补偿回弹冲压件模具设计的方法

赵林君++夏敏

摘 要回弹现象是金属材料受到冲击时的弊端之一，它的解决办法可以是改变模具的形式。通过对于回弹的有限元分析，创造出了修正回弹变形位移的新方法。它是通过模具的成型-补偿回弹数字模拟技术并多次循环对比，利用构件的连接点使回弹位移符合试验模拟的形状，一致循环直到修正后的模具符合技术要求。在对于一个铁铝合金材料运用补偿回弹方法进行数字模拟的时候，研究显示，只需要通过两次的循环修正就能够最终生成合格的产品，同时根据数字模拟得出的刑具样式进行实践，从而论证补偿回弹冲压模具方法的有效性。

【关键词】补偿回弹；模具设计；方法；数值分析

金属材料冲压以后的回弹是生产过程中的不利因素。对模具形式的合理设计能够有效的减少金属材料的回弹现象。在传统的模具制作过程中，为了减少金属的回弹，一一般采用的是试错法。这种方法的实施要求实施者具备专业的技能功底和丰富的经验而且实验结果往往具有偶然性。对于相对复杂的铝合金制品，在模具的试验阶段就需要花费近6个月的时间，所以说传统工艺中的试错法消耗了大量的资源和时间。但是互联网的兴起，使得计算机产业高速发展，有限元分析方法成功的运用到了模具领域，能够减少冲压过程中的不利影响。

1 数字模拟分析补偿回弹的循环位移法

循环位移法就是利用有限元模拟软件计算出修正后的模具面，主要的步骤是：从最初的模具面上的连接点的相向位移去除相应节点上的增量，得出补偿回弹的模具面。金属材料的试制阶段，有试制模具制作成形以后，得出相关的工作性能指标。试制件和成品件对比之下，假设两者之间的误差不再允许的范围之内，就需要把试制品性状减去误差值得出最终的模具面。在后一个阶段，金属材料的会运用计算出的模具型面进行试验。如果成品中的模具型面超出容许值，就从试制品中再次减去误差值，得到新的型面值，如此循环往复，最终得到符合技术要求的模具型面。

建立凸起的模具面，应用相关软件把进行金属模板的动态分析和显示，把成品的节点位置坐标和经过计算的出的冲压位移分别存入sheet.和form之中。把sheet和form文件中的坐标数据对应相加就会得出目标产品的数据坐标存入part；把经过有限元模拟分析得到的数据坐标进行比对分析，从中保存于目标数据相差不打的坐标值，并根据应力状态和动态格式进行数字化模拟，得出的节点位移值存入spring back.data，part.data和sprig back.data中的节点位移相加，得到成型后的性能坐标，存入新的part.data 和new part.data。

2 模拟回弹的模具型面案例

（1）有限元的构造模型。冲压模拟试件如图1所示，试件要求：曲率较小，在塑性变形不完全的时候，回弹效果显著；试件尺寸80mmX110mm，可以减少模拟试验的计算过程与时间，也可以同时配置较低的计算机上实现；金属材料形成以后，在受到冲击的一侧不会出现褶皱现象；Y横截面成新的形状，底部和冲击面的曲率一致，侧面和XZ想成了一定的夹角。

（2）根据对称性，在试件的A-B和B-C处的二维形态可以替代三维的形态，如图2和3所示，有限元的数字模拟分析是针对整体的2/3进行的。如图4，单个的BT单元格，金属材料的尺寸设置为1.2mmx1.2mm，板的厚度方向的静态点数为5，圆角的单元为7个，是3参数下的Bar弯曲准则。金属材料的选择是合肥重合金5754M。通过单向拉伸试验得出的计算结果。对金属试件进行冲压-有限元数字模拟。模具成品和预期目标一致，得到了最终成型的冲压模具。对冲压试件的模拟结果进行预测，比较实际试验中的数据，发现回弹变形很不稳定，时间上的A处变形较大，达到0.85mm，另外一侧的BC和DB回弹相对较小，回弹的数值在BD的D点达0.68mm在B点较少到0.54mm，AB边回弹量在0.86mm以下；而AD和BC段的回弹很不明显。

3 对结果的验证

从得出的相关数据可以知道，经过回弹补偿以后的模具的各项测评结果和实际要求的模具形态几乎一致，然而根据预定的目标，制作的产品和目标产品在几个截面上的差异却十分显著。没有经过回弹补偿的模具截面A-F、E-F和G-F误差最大不过0.15、0.5和0.36mm；经过回弹补偿的截面A-F、E-F和G-F误差为0.05、0.2和0.06；因为A-F截面的变形足够，回弹量大而且补偿也很小，所以相应的误差也很小，接近预定的目标要求。所以，只需要经过两次循环和修正就可以的到三维的冲压模具型面，实验结果和实践证明补偿回弹的设计方法能够减少金属制品冲压下的误差。

4 结语

补偿回弹的模具型面设计方法提出对相关技术更高的要求，通过工业的实例，螺旋片下的两次补充回弹最终得到的模具型面，使螺旋叶和预期的叶面形状之间的误差缩减到了0.2mm以内，到了对于叶面尺寸的精确要求。之后把补偿叶面的CAE型转化到CAD制图软件之中，实现了叶面回弹补偿的集合设计理念。通过试验对叶片回弹量的预测和比较，得出补偿回弹的数字模拟精度达80%，可以在以后进行推广实施。对回弹变形的预测是得到最终模具型面的基础.本文通过数字模拟分析补偿回弹的循环位移法进行试验，通过对具体案例的分析得出试验结果和预测目标之间的差异。

参考文献

[1]施于庆.滤清器支架对称压制及模具设计[J].浙江科技学院学报，2015（06）：500-503.

[2]冯安平，原红玲.家电产品“U形件”弯曲回弹有限元分析[J].机床与液压，2015（22）：54-56+83.

作者单位

南昌职业学院 江西省南昌市 330000