板料冲压成形后存在回弹, 回弹是冲压生产中 的主要缺陷之一。合理地设计模具是减小回弹的有 效方法[ 1] 。传统的任意三维型面的成形, 在补偿回 弹变形时一般仍采用/ 试错法0 ( trial2and2err or) 。 这种方法需要操作者有很高的技能和丰富的经验, 并且成功与否伴有一定的偶然性。对复杂的铝车身 覆盖件, 在模具试制阶段仅为补偿回弹的修模时间 就需半年多[ 2] 。所以, 传统的/ 试错法0 耗费了大 量的财力和时间。 随着计算机硬件和软件技术的提高, 使有限元 数值模拟技术成功地应用到薄板成形领域, 能够比 较准确地预测冲压件成形中的各种缺陷。如果板料 成形回弹预测准确, 并且采用数值迭代方法完成补 偿过程的时间少于现在实际生产中采用的/ 试错 法0, 那么采用数值模拟方法将大大节约模具开发资 金和缩短新产品研发周期[ 3] 。 本文提出基于数值模拟迭代过程的/ 循环位移 补偿0 设计模具方法, 并将其应用于一小型铝合金 三维板料成形的模具补偿过程; 通过多次循环计算 得出合理的模具形状, 最终获得形状精度高的工件。 2 基于数值模拟补偿回弹的循环位移 补偿法 / 循环位移补偿0 的模具设计方法就是利用有 限元数值模拟计算回弹量来修正模具型面, 其步骤 是: 从初定的模具型面的结点位移反向减去模拟计 算的相应结点回弹量, 得到用于补偿回弹的模具型 面。金属板料首先用试探模具( 对于第一次循环, 试探模具形状和工件相同) 成形, 计算成形回弹后 的工件形状。此工件与目标工件比较, 如果存在的 形状误差超出容许值, 就从模具形状中减去形状误 差, 得到新的模具型面。在下一循环中, 金属板料 将用这一新的试探模具型面成形。如果成形工件的 形状与目标工件误差仍超出容许值, 将再次从试探 模具型面反向减去这一循环的形状误差, 得到更新 的模具型面, 进入下一循环, 直到成形的工件形状 满足要求。 具体计算过程为: 首先按目标工件形状建立凸 凹模型面, 应用软件ANSYS/ LS2DYNA 动态显式 模拟簿板成形; 把成形前板料的单元结点坐标及成 形分析得到的冲压件成形后的结点位移分别存入数 据文件sheet1 dat 和form1 dat, 把数据文件 form1 dat 和数据文件sheet1 dat 相加可得到目标工 件的结点坐标数据文件part1 dat; 把动态显式模拟 得到的、保存有几何形状和应力的成形工件用静态 隐式进行卸载过程模拟, 得到的结点回弹位移存入 数据文件springback1 dat, 把part1 dat 和spring2 back1 dat 的相应结点位移坐标数据相加, 得到成形 回弹后的工件形状结点坐标, 存入数据文件new2 part1 dat; 比较文件part1 dat 和newpar t1 dat, 即可 得出试冲工件与目标工件的型面误差; 如果试冲工 件与目标工件的型面误差较大, 将从newpart1 dat 按一定比例减去springback1 dat, 得到考虑回弹后 应成形的工件形状文件newform1 dat。 为建立新的冲压模具形状, 在三维CAD 软件 UG 中利用newform1 dat 中工件坐标点云生成有实 际板厚的片体, 拾取片体的部分表面通过偏移生成 模具型面。把得到的新模具型面数据文件以IGES 格式存储转入到分析软件ANSYS/ LS2DYNA 中, 进行新的成形) ) ) 回弹) ) ) 误差分析过程。下面就 这种基于回弹预测的模具型面设计的过程和效果给 出一个算例。
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