曹建華

摘要：白車身零部件在沖壓成型后都存在回彈，嚴重影響沖壓件的產品質量。傳統的修正回彈方法是根據實際產品測量數據，然后修正模具，再重新試模和修正，直到符合品質要求，如此反彈調試，消耗大量的時間及人力物力。因此，精確仿真回彈量以及有效控制回彈已經成為白車身沖壓領域最為關注的問題。本文利用專業(yè)分析軟件，采用AUTOFORM軟件對某高強度防撞梁進行了成形性、回彈分析及自動補償計算，在實際生產中取得了顯著的效果。

Abstract： Body-in-white Parts springback exists after stamping forming， which seriously affects the product quality of stamping parts. The traditional method is to adjust the springback according to the measured data of the actual product， then to modify the die， and then to retry the die and correct it until it meets the quality requirements. Therefore， accurate simulation of springback and effective control of springback have become the most concerned issues in the area of biw stamping. In this paper， the formability， springback analysis and automatic compensation calculation of a high-strength anti-collision beam are carried out by using AUTOFORM software and professional analysis software.

關鍵詞：AUTOFORM;回彈補償;數值模擬;板料成形;高強鋼

Key words： AUTOFORM;rebound compensation;numerical simulation;sheet metal forming;high strength steel

中圖分類號：TU392.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0010-02

0? 引言

隨著汽車輕量化趨勢的發(fā)展，高強度鋼在汽車白車身中的應用逐漸增加，其應用在節(jié)能減排和提供汽車安全性方面發(fā)揮了重要作用。與普通鋼相比，高強度鋼強度高，在沖壓過程中材料內存在高應力，沖壓設備也需要高沖壓力。沖壓結束后，材料中的高應力使得零件回彈增大，產生的扭曲、翹曲，回彈變形嚴重影響沖壓零件的尺寸精度和產品質量[4]。AUTOFORM軟件具有回彈計算及自動回彈補償功能，采用靜力隱式算法能夠較準確的對白車身加強類零件進行回彈分析及回彈補償。

1? 回彈自動補償原理

利用AUTOFORM軟件，進行零部件的重力，拉伸和回彈模擬，獲得回彈后的數據，軟件再根據回彈量自動修正之前的模具形狀，然后再進行重力，拉伸和回彈模擬，反復進行虛擬修模的迭代計算過程，直至回彈后的數據滿足品質要求。

2? 回彈算法及材料模型

板料為彈塑性材料，成型和回彈可以理解成加載和卸載。當加載時彈塑性材料進入塑形狀態(tài)后，若此時停止加載，卸載路線與加載時路線不同，其差別就是加載歷史中產生的永久變形，另外的變形就是彈性變形，也就是回彈。回彈的過程是一個復雜的內應力釋放過程，因為對于一個零件，所有的節(jié)點不可能同時處于卸載狀態(tài)，卸載過程可能還伴有局部加載過程，成型過程模擬中產生的任何誤差都會對整個回彈結果的準確性造型影響。

回彈的主要算法是首先給拉伸結束后的板料一個假想的應力狀態(tài)，該應力與拉伸結束后的應力相平衡。在分析過程中，假想應力按照步長的線性函數逐漸減少，直至完全去除，采用牛頓迭代法，保證每一增量步的靜態(tài)平衡。對每一步增量：

回彈仿真的結果是否正確，還有一個最主要的影響因素就是材料模型是否正確，在這里，我們采用Arcelor V9模型，AUTOFORM中，通過采用orthotropic形式，輸入三個方向（沿軋制方向0，45，90）的各向異性系數來獲得Arcelor系數，同時還需要輸入彈性模量、泊松比、密度等基本材料參數[3]。

3? 數值模擬

3.1 網格的劃分

在有限元數值模擬分析中，網格質量對數值求解的穩(wěn)定性、效率及精度至關重要。網格劃分涉及單元的形狀及其拓撲類型、單元類型、網格生成器的選擇、網格的密度、單元的編號以及幾何體素等，也是影響模擬計算速度的最重要因素[1]。網格越小，網格數量越多，和零件的擬合程度越高，模擬的精度就越高，但是模擬分析計算所需的時間就越長;相反，網格越大，網格數量相對較少，和零件的擬合程度相對減少，模擬的精度就較低，而模擬分析計算所需的時間則越少。因此坯料網格尺寸的確定，應兼顧計算精度和計算速度。

3.2 重力模擬

在有限元數值模擬分析，是將板料簡化成薄板，忽略了料厚方向的應力應變。但在實際生產中，板料在放到壓邊圈上進行沖壓之前，由于板料自身的重量，會產生變化。如果壓料面曲率變化比較大，則這種變化也增大，從而使板料在沖壓成型之前就有一定的應力應變。這種情況下，忽略重力模擬，就忽略了板料因重力引起的應力應變，在模擬分析的時候就會使板料在成型過程中的應力應變不符合實際情況，甚至是板料的應力應變方向發(fā)生變化，導致模擬分析的結果不準確，不能用以指導生產。像此次模擬的防撞梁，產品是拱形圓弧形狀，必須增加重力模擬，已達到精確分析結果。

4? 高強度鋼零件的成型分析

零件為某一車身防撞梁，成型、回彈分析及回彈補償采用AUTOFORM軟件。零件形狀如圖1所示，厚度為1.4mm ，牌號為JSC80Y，? 材料參數：R0=0.701，R45=0.866，R90=0.854，屈服強度=730MPa，抗拉強度=1103

MPa，N值=0.152。

成型分析參數設置：壓邊圈行程為100mm，壓邊力為150T，摩擦系數為0.17，分析模型設置見圖2。

成型分析結果如圖3所示。

5? 高強度鋼零件的回彈分析及回彈補償

回彈分析采用靜式隱力算法，如圖4所示，回彈主要集中在兩端和側壁，最大反彈量有5mm。

從圖4可以得出，該零件回彈量較大，達不到所需的品質要求，因此需要對零件進行回彈補償計算。由于產品的法蘭面用壓邊圈，同時壓邊圈也存在較大的反彈量，為了保證產品的相對關系，需要對整個形面進行整體補償計算。通過三次迭代補償后，反彈量控制在1mm以內，再加上對于高強度板的經驗數據，需要多補償2.5-3.0mm。

6? 結論與展望

基于有限元仿真的回彈補償方法，擴展了有限元技術在板料成型領域的應用價值，是數值模擬真正成為了工藝優(yōu)化的手段。經過多年的研究和發(fā)展，回彈補償的關鍵技術已有突破，可以在一定程度解決沖壓工藝中較復雜曲面零件的回彈誤差問題。但還存在一些值得進一步研究的問題[2]。

①各種不同成形工藝中回彈補償的研究。對于沖壓外的各種其它鈑金成形工藝，適合其工藝特點的回彈補償方法還有待研究;

②成形精度檢驗方法的探索和研究，模面被調整后，不再是理論外形，這就使零件幾何精度的檢驗無法再依靠“靠?！眮頇z驗。因此，新的幾何精度檢測方法的探索將更為緊迫;

③回彈預測精度的提高，效果取決于回彈預測的準確性，回彈預測值與真實值的誤差是回彈補償應用的瓶頸。因此提高回彈預測精度是板料成型數值模擬研究的重點。

參考文獻：

[1]雷正保.汽車覆蓋件沖壓成形AE技術[M].長沙：國防科技大學，2003.

[2]朱東波，孫琨，李滌塵.板料成形回彈問題研究新進展[J].塑性工程學報，2000.

[3]李玉強，王勇，董劍安.覆蓋件沖壓CAE分析材料模型的工程應用與發(fā)展[J].模具技術，2000.

[4]徐丙坤.施法中板料沖壓成形回彈的數值模擬[J].北京航空航天大學學報，2001.