基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載

keyong2025

2022年6月1日 15:14

瀏覽：2969 收藏：3

來源：模具工業(yè)

摘要為解決沖壓成形的零件與原產(chǎn)品數(shù)據(jù)偏差較大的難題，提供了2種回彈補償方式，即AutoForm迭代補償與幾何補償，以某車型頂蓋為研究對象，分別對2種補償方式重構的型面進行全工序CAE分析，對比其回彈結果。AutoForm迭代補償在全夾持狀態(tài)下，局部區(qū)域的回彈量超過3 mm，幾何補償方式在補償量為6 mm時，全夾持狀態(tài)下回彈量在1.5 mm以內(nèi)，說明AutoForm迭代補償不宜用于自由回彈量大的零件，采用幾何補償可以提高回彈補償?shù)臏蚀_性。三坐標檢測試制首件的尺寸符合率為85.2%，模具狀態(tài)研配到與數(shù)值模擬邊界條件一致時，尺寸符合率可達96.5%，驗證了幾何補償方式的有效性。

關鍵詞頂蓋；回彈補償；數(shù)值模擬； AutoForm

0 引言

零件回彈是金屬板料成形過程中普遍存在的問題，尤其對于汽車外覆蓋件，其造型與材料性能等原因導致回彈量大且難以準確預測，無法滿足質(zhì)量及裝車要求 ^[1,2]。面對汽車行業(yè)日益激烈的競爭形勢，要求主機廠不僅要縮短產(chǎn)品開發(fā)周期與制造周期，還要提高產(chǎn)品品質(zhì) ^[3,4]。有效控制和利用金屬板料的回彈，能減少模具調(diào)試周期，避免模具后期整改，同時也可以降低制造成本。

目前，金屬板料沖壓成形過程中回彈的控制方法主要有2種：一種是沖壓工藝控制法，通過調(diào)節(jié)工藝補充、拉深筋系數(shù)、壓邊力等，使材料的塑性變形更充分，應力分布更均勻，但該方法對回彈的調(diào)節(jié)量級有限，只能一定程度上減少回彈；另一種是型面補償法，通過模具零件型面重構，使成形過程中板料發(fā)生過度變形，在力卸載回彈后使零件達到產(chǎn)品的尺寸要求，該方法要保證重構的型面達到A級曲面要求。

現(xiàn)以某車型頂蓋為研究對象，結合以上2種方法對回彈進行控制。首先優(yōu)化工藝方案，只有穩(wěn)定的工藝才能進行回彈補償，在保證CAE數(shù)值模擬與現(xiàn)場一致的基礎上，使頂蓋變形充分、均勻，以減少回彈；其次對模具零件型面進行補償，選取AutoForm迭代補償與幾何補償2種方式，通過對比分析得到頂蓋零件成形的最佳補償策略，并驗證結果。

1 工藝方案

1.1 材料參數(shù)

某車型頂蓋如圖1所示，外形尺寸為2 472 mm×1 210 mm，材料為DC04，料厚為0.7 mm，材料參數(shù)如表1所示。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖1

圖1 某車型頂蓋

表1 DC04材料參數(shù)

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖2

1.2 工藝設計

頂蓋采用1模1件的方式進行沖壓成形。基于零件特征，從工藝角度分析，該頂蓋具有整體曲率小、回彈大、尾部帶有流水槽等特點。為保證沖壓零件的成形質(zhì)量和剛性，拉深深度設為110 mm，尾部拔模角度設計為10°，其他位置均為25°，周圈3個方向采用鎖死筋，尾部流水槽區(qū)域采用圓筋，為了提高天窗內(nèi)部剛性，增加了造型結構，沖壓方向為整車 Z向。

根據(jù)零件特征，沖壓工藝設計如圖2所示，分別為：①拉深；②修邊沖孔；③修邊、翻邊、整形；④修邊、翻邊、沖孔；⑤修邊、翻邊、沖孔。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖3

圖2 頂蓋沖壓工藝

（a）拉深（b）修邊沖孔（c）修邊、翻邊、整形（d）修邊、翻邊、沖孔（e）修邊、翻邊、沖孔

2 CAE分析

采用AutoForm R8軟件進行金屬板料成形的CAE分析。

2.1 屈服理論

CAE分析采用Hill屈服準則，該準則適用于沖壓成形過程中各向異性的屈服極限問題。Hill屈服準則優(yōu)化和改善，使新的理論更符合實際生產(chǎn)要求，具體公式表示為：

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖4

（1）

其中， σ ₁, σ ₂, σ ₃為主應力值； f、g、h、a、b、c為相互獨立的各向異性特征參數(shù)，根據(jù)不同的材料由試驗確定； m為材料敏感性指數(shù)， m＞1。

2.2 分析參數(shù)

AutoForm R8中的參數(shù)設置如表2所示，考慮軟件的計算精度、計算效率、零件質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性及成形收縮系數(shù)等要求。拉深筋系數(shù)設置如圖3所示，尾部流水槽中部拉深筋系數(shù)為0.395，兩端為0.339，其他三邊為2.0。

表2 CAE分析參數(shù)設置

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖5

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖6

圖3 拉深筋系數(shù)

2.3 分析結果

頂蓋拉深的成形模擬結果如圖4所示，減薄率如圖5所示，在該工藝方案下，零件成形性好，無開裂和起皺風險，減薄率大部分區(qū)域超過6%，滿足剛性要求。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖7

圖4 拉深成形模擬

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖8

圖5 減薄率

3 回彈補償研究

3.1 AutoForm迭代補償

頂蓋采用全工序回彈補償策略，目的是保證全工序型面的一致性，如圖6所示（D表示拉深工序，F(xiàn)表示修邊工序，M表示回彈補償工序）。在AutoForm中將頂蓋的A級曲面設置為直接補償區(qū)域，拉深工序的壓料面設置為固定不補償區(qū)，工藝補充設置為過渡區(qū)，其他工序的結構面為了避免形成拉深負角，設置為沖壓方向補償。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖9

圖6 全工序回彈補償

因為AutoForm迭代補償?shù)那娌环螦級曲面要求，需要將數(shù)據(jù)導出進行曲面重構，使其滿足A級曲面標準。將重構的A級曲面重新導入AutoForm中進行復算，結果如圖7所示。從圖7可以看出，天窗四角區(qū)域的回彈量超過了3 mm，其他區(qū)域的回彈量也超過了2 mm。因此，AutoForm迭代補償對于頂蓋這類自由回彈量大的零件準確度較低，適用性差。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖10

圖7 AutoForm迭代補償結果

3.2 幾何補償

以天窗頂蓋中心區(qū)域為中點，將該點分別抬高2、3、6 mm，其他相應鄰接型面進行過渡處理。將補償后的3種型面導入AutoForm中計算，結果如圖8所示。從圖8可以看出，抬高6 mm的補償方式效果最好，回彈量控制在1.5 mm以內(nèi)，從以往項目分析，該數(shù)值與現(xiàn)場出件的匹配程度最佳。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖11

圖8 幾何補償結果

3.3 對比分析

從上述AutoForm迭代補償和幾何補償結果可知，AutoForm迭代補償曲面重構后進行復算，其回彈結果達不到合格零件標準，幾何補償方式能實現(xiàn)尺寸要求，但對工藝人員的現(xiàn)場經(jīng)驗與曲面重構技術要求較高，而且補償量也需要進行多次試驗才能得到最準確的數(shù)值。

4 結果驗證

基于幾何補償后的型面作為機加工數(shù)據(jù)用于模具制造，試制首件如圖9所示，使用三坐標測量儀測量其尺寸。結果表明：與產(chǎn)品數(shù)據(jù)相比，在全夾持的狀態(tài)下，首件尺寸符合率為85.2%，當模具狀態(tài)研配到與數(shù)值模擬邊界條件一致時，尺寸符合率可達96.5%，達到了前期預測的效果，說明幾何補償方式能有效地解決頂蓋這類大型外覆蓋件的回彈難題。

基于AutoForm的汽車頂蓋沖壓回彈補償研究附AutoForm鈑金沖壓成形分析從入門到精通下載的圖12