CN104307939A - 大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种大相对弯曲半径薄壁冲压件的回弹补偿方法，采用有限元软件对冲压件回弹进行分析，得第1次回弹补偿量；对模具进行修正，进行回弹分析，得第2次回弹补偿量；对模具再次进行修正，进行回弹分析，得到第3次回弹补偿量，进行对比分析，判断是否满足尺寸精度要求；若不满足，则继续上述过程，直到满足尺寸精度要求为止。通过“回弹分析—回弹补偿—回弹分析”循环进行、模拟修模、逐渐逼近，最终在理论上使回弹后零件尺寸接近零件要求尺寸，再通过试验减小实际回弹，进而达到少修模甚至不修模的目的，缩短产品研制周期、降低研制成本。属于钣金加工领域，适用于成形相对弯曲半径较大的薄壁冲压件。

Description

大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹补偿方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁冲压件的回弹补偿方法，它适用于成形相对弯曲半径较大的薄壁冲压件。本发明属于钣金加工领域。

背景技术

板材弯曲时，由于同时存在弹性变形和塑性变形，当外载荷去除后，弹性变形部分回复，弯曲后零件尺寸与模具尺寸不完全一致，这种现象称为回弹。目前，减小回弹的主要措施有三种，一是根据回弹值的计算或经验数据，进行回弹补偿；二是，改变工艺方案使回弹互相抵消或减小；三是，提高零件结构刚性。上述三种减小回弹的措施中，进行回弹补偿是常用的措施，其优点是不增加工艺、模具复杂程度，不改变零件设计外形，仅靠回弹补偿就能使弯曲后的零件满足外形尺寸要求。回弹补偿分成两种情况，一是相对弯曲半径r/t较小的零件，回弹后弯曲角发生了变化，而弯曲半径变化不大，仅需根据经验公式或数据对弯曲角进行补偿即可；二是相对弯曲半径r/t较大的零件，回弹后不仅弯曲角发生了较大变化，弯曲半径也有较大变化，对弯曲角和弯曲半径都需要进行回弹补偿。对于大相对弯曲半径薄壁冲压件来说，如果零件上有加强筋等几何特征，通过经验公式或数据进行回弹补偿就会有较大偏差，并可能需要后续2～3次修模；同时，其对工艺人员经验熟练度要求很高，不便于广泛应用，而且产品的研制成本难以估计、研制周期无法保证。

本发明所称的大相对弯曲半径薄壁冲压件是指：弯曲半径r与板材厚度t之比大于1000的薄壁冲压件，此类零件在冲压过程中，弹性变形在总变形所占比例较大，因此在冲压成形后回弹很大。

发明内容

本发明公开了一种大相对弯曲半径薄壁冲压件的回弹补偿方法，采用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件进行回弹分析，旨在提供一种通过“回弹分析—回弹补偿—回弹分析”循环进行、模拟修模、逐渐逼近，最终能在理论上使回弹后零件满足精度要求，进而达到少修模甚至不修模的目的。

本发明采用如下的技术方案实现的：

第一步，冲压件回弹分析：采用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹进行分析，得到第1次模具数据和成形后的第1次回弹数据，将其差值作为第1次回弹补偿量；所述第1次模具数据即冲压件要求尺寸数据；

第二步，第1次回弹补偿：根据第1次回弹补偿量对模具数据进行修正，利用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件进行回弹分析，得到第2次回弹数据，将第1次模具数据与第2次回弹数据的差值作为第2次回弹补偿量；

第三步，第2次回弹补偿：根据第2次回弹补偿量对模具数据再次进行修正，利用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件进行回弹分析，得到第3次回弹数据，对第1次模具数据与第3次回弹数据的差值进行对比分析，判断其是否理论上满足尺寸精度要求；若不满足，则继续重复进行回弹分析并对模具数据进行修正的过程，直到理论上满足尺寸精度要求为止。

在上述方案的基础上，采用多点成形模具，具体步骤如下：

1)导入成形曲面：把第三步所得的修正后理论上满足尺寸精度要求的模具数据导入多点成形软件，生成三维模型；

2)检验并生成成形曲面：对三维模型实施曲面检查并修正，检查无误后，命令多点成形模具生成成形曲面；

3)板材的多点成形：将大相对弯曲半径薄壁冲压件板坯放置于多点成形模具上，开始自动成形过程，被成形的大相对弯曲半径薄壁冲压件与多点成形模具间的接触点逐渐接触成形，成形过程完毕后进行检验，若尺寸精度不满足要求，则重复步骤2)和3)，直到实际上满足尺寸精度要求。

将现有的有限元技术与多点成形技术相结合，可对实际成形的精度做持续改进。多点成形技术的原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体，成形中由基本体群冲头的包络面来完成，用于大尺寸、小批量、多品种零件加工生产。而在此处多点成形技术用于快速响应有限元分析结果给出的改进方案，进一步提高大批量、单一品种冲压件的模具精度。

本发明的有益效果：

1)通过多次回弹分析、回弹补偿，尽可能的消除了理论回弹，还可通过少量试验进一步减小实际回弹，使大相对弯曲半径薄壁冲压件更容易达到尺寸精度要求；

2)由于主要的回弹试验和模具修模都是通过有限元软件模拟进行的，大大缩短了产品研制周期、降低了研制成本；

3)与经验补偿法相比，此方法更加直观、更加有针对性，对工艺人员的经验要求较低，有计算机基础能力的人员即可采用此方法进行操作。

虽然理论与实际有一定偏差，但是，采用此方法能够尽量消除理论回弹，可再通过试验减小实际回弹，进而达到少修模甚至不修模的目的，缩短产品研制周期、降低研制成本。

附图说明

图1、大相对弯曲半径薄壁冲压件；

图2、回弹前，大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹有限元初步分析；

图3、回弹后，大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹有限元初步分析；

图4、基于有限元分析结果的回弹补偿示意图；

图5、对选取的控制点进行回弹补偿；

图6、大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹有限元分析结果；

图7、多点成形过程，a)成形开始，b)成形过程中，c)成形结束；

图中标记分别表示：1—上基本体群，2—可变成形面，3—下基本体群。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

大相对弯曲半径薄壁冲压件，如图1所示，材料为5052-O铝合金，壁厚为1.5mm，弯曲半径为12450mm，弦长1500mm，拱高22.6mm，相对弯曲半径r/t很大，并且零件尺寸精度要求拱高偏差在3mm之内。采用MSC.MARC 2005有限元分析软件对此冲压件回弹进行分析，结果如图2和3所示。从图中可以看出，虽然冲压件采用加强筋增加其刚性，但是成形后仍有较大回弹，有限元分析结果显示其偏差已达10.1mm，属于严重超差。

具体实施方式按如下工艺步骤进行：

第一步，冲压件回弹分析：采用MSC.MRAC有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹进行分析，得到第1次模具(即零件要求尺寸)数据和成形后的第1次回弹数据，如图4所示，将其差值Aa作为第1次回弹补偿量；

第二步，第1次回弹补偿：如图5所示，选取若干控制点，并对模具进行修正使第1次修模量AB＝Aa，再利用有限元软件进行回弹分析，得到第2次回弹，将第1次模具与第2次回弹的差值Ab作为第2次回弹补偿量；

第三步，第2次回弹补偿：在第2次模具的基础上对模具进行进一步修正使第2次修模量BC＝Ab，利用有限元软件进行回弹分析，得到第3次回弹，对第1次模具与第3次回弹的差值Ac进行对比分析，各次回弹分析结果如图6所示。

从图中可以看出，经过第1次回弹补偿，大相对弯曲半径薄壁冲压件拱高偏差即第1次模具与第1次回弹差值从10.1mm降到3.1mm即第1次模具与第2次回弹差值；经过第2次回弹补偿，大相对弯曲半径薄壁冲压件拱高偏差即第1次模具与第3次回弹差值降低到1.4mm已经满足尺寸精度要求。

实施例2

在实施例1的基础上，采用多点成形模具，将有限元技术与多点成形技术相结合，完成实施例1的第三步后，进行如下步骤：

1)导入成形曲面：把第三步计算所得的修正后理论上满足尺寸精度要求的模具数据结果保存成IGES格式，并将其导入多点成形软件，生成三维模型；多点成形软件可以直接识别IGES格式曲面；

2)检验并生成成形曲面：用鼠标或键盘对三维模型实时进行任意旋转、平移或缩放对三维模型实施曲面检查并修正，检查无误后，多点成形软件自动计算并命令多点成形模具生成成形曲面；

3)板坯的多点成形：将大相对弯曲半径薄壁冲压件的板坯放置于多点成形模具上，开始自动成形过程，被成形的零件与多点成形模具间的接触点逐渐接触成形，成形过程运行完毕后，取出冲压件并检验，测得拱高偏差在2.1mm；

4)为了进一步提高精度，重复步骤2)和3)，在步骤2)中对偏差较大位置进行调整和修正，继续步骤3)，取出冲压件并检验，测得拱高偏差在1.2mm，实际上满足尺寸精度要求，尺寸精度得到了很大提高。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大相对弯曲半径薄壁冲压件的回弹补偿方法，包括以下步骤：

第一步，冲压件回弹分析：采用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件回弹进行分析，得到第1次模具数据和成形后的第1次回弹数据，将其差值作为第1次回弹补偿量；

第二步，第1次回弹补偿：根据第1次回弹补偿量对模具数据进行修正，利用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件进行回弹分析，得到第2次回弹数据，将第1次模具数据与第2次回弹数据的差值作为第2次回弹补偿量；

第三步，第2次回弹补偿：根据第2次回弹补偿量对模具数据再次进行修正，利用有限元软件对大相对弯曲半径薄壁冲压件进行回弹分析，得到第3次回弹数据，对第1次模具数据与第3次回弹数据的差值进行对比分析，判断其是否理论上满足尺寸精度要求；若不满足，则继续重复进行回弹分析并对模具数据进行修正的过程，直到理论上满足尺寸精度要求为止。

2.根据权利要求1所述大相对弯曲半径薄壁冲压件的回弹补偿方法，其特征在于，在第三步后采用多点成形模具，具体步骤如下：

1)导入成形曲面：把第三步所得的修正后理论上满足尺寸精度要求的模具数据导入多点成形软件，生成三维模型；

2)检验并生成成形曲面：对三维模型实施曲面检查并修正，命令多点成形模具生成成形曲面；

3)板坯的多点成形：将大相对弯曲半径薄壁冲压件板坯放置于多点成形模具上，开始自动成形过程，成形过程完毕后进行检验，若尺寸精度不满足要求，则重复步骤2)和3)，直到实际上满足尺寸精度要求。