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汽车冲压件回弹补偿及其预测 徐四光，赵坤明，Terry Lanker, Jimmy Zhang and C.T. Wang 摘要：为了减轻汽车重量和提高燃油经济性，越来越多的汽车冲压件采用铝合金和高强钢来制造。这样的材料在成形接触时不仅降低了可成形性，而且存在尺寸质量问题。在模具开发、制造、调试中主要的挑战是回弹预测的准确性和补偿的有效性。本文讨论了影响回弹准确性的因素。其中包括：材料模型的影响、选择元素的大小和接触算法。对一些汽车铝合金和高强钢冲压件的回弹补偿和测量数据进行了比较，实例表明：回弹的趋势和幅度与预测的数据一致。回弹对最终产品的影响可以通过工艺控制和模面补偿来得到减小或消除。工艺控制的方法涉及到发现回弹的起因，并通过工艺调整消除它们。模面的几何补偿是一种消除回弹影响的直接方式。对于产品上较小部分的回弹，全局比例回弹补偿方式通常是局限的。用一种新的方法对大的回弹和扭曲进行了讨论，其中考虑了变形和回弹历史的影响。该补偿是通过求解非线性方程的系统迭代地实现。生产中模具加工成补偿后的模面，这表明该模具的补偿是一种有效的方法，以减少回弹引起的几何偏差。 1 前言 随着铝合金和高强钢（HHS）在汽车工业大量应用（以满足燃油经济性和安全要求），提出了一个具有挑战性的问题：板料成形数值模拟。也就是准确的预测回弹和补偿，低杨氏模量的铝和高屈服强度的高强钢在成形后往往会造成较大的回弹，导致已成型部分尺寸偏差不同于设计时的形状。回弹也是影响覆盖件表面质量的主要因素。提高回弹预测精度是许多研究者和软件开发的焦点。这一领域的最新进展已使回弹分析更快更可靠。回弹分析已变成汽车行业的CAE工程师在板料成形分析时的常规流程。本文将简要回顾一些影响回弹分析精度的因素。将通过讨论一个汽车面板模面回弹补偿实例来说明回弹的减少和校正方式。该实例说明：计算机仿真有很多方法可以解决回弹问题，来满足零件尺寸公差要求,减少模具调试次数。 2 回弹预测 回弹是一个塑性恢复过程，它发生在塑性变形的端部（其可造成局部方向塑性变形）。除了对产品几何形状的影响,回弹模式和规模主要取决于冲压后产品面上的应力水平和分布。因此成形模拟是一个重要的影响因素对于回弹模拟质量。然而成形模拟由许多因素决定。其中包括有限元制定和建模，工具和面接触、板材模型、摩擦模型和解决方案算法。汽车冲压件具有复杂的几何形状，板料和工具之间的接触是至关重要的，以避免在数值模拟时人工穿透和不正确的接触力[1]。正确的接触要求: *接触的工具网格无间隙、重叠和重复的实体，相应工具网格半径（在90度的弯曲半径至少8个单元） *适当的初始板料单元尺寸和自适应精度（最少4个单元在一个半径周围）。如果可能话，好的一致性的网格应该增加接触的平滑度和面的光顺性。 *通过足够的积分点数在板材厚度方向上，以充分捕捉弯曲应力（在变薄的区域最少7个积分点，在增厚区域增加积分点） *适当的仿真速度和其他数值参数） 作为一个例子，图1和表1示出了高强钢部分的回弹预测。它表明，具有自适应网格的仿真低估了回弹量，而一致性的网格可以改善回弹预测值2mm， 这种情况下很显著。 表1.测量和预测 点位置 测量值 （mm） LS-DYNA PAM2G 自适应单元格 均匀单元格 均匀单元格 1 10 7 9 10 2 5 2 3 3 3 5 3 4 4 图1 强化的高强钢车身结构 板材和工具之间的正确的接触是应力计算的根本基础，为了改善接触的平滑度，CAD工具表面可直接用于计算接触代替工具网格[6]。然而，这需要更长的计算时间和比正常模面工程质量要求高得多的CAD曲面。在模具设计阶段，创建这样高品质的表面需要更多的工作和时间。另一种方法，重新构造一个仅基于工具网格模型的接触表面以创建一个更好的接触进行运算，对一个简单的表面进行变换比重新重建一个完美的CAD表面用的功夫少的多。 在有限元分析中使用的材料型号的材料响应在塑性变形是特征化的。屈服函数决定屈服轨迹的形状，同时硬化规则决定屈服面的变化。由于不同材料在塑性变形过程中的行为不同，已提出大量的硬化法则和屈服函数试图捕捉材料的各向异性、运动学硬化效应、以及微观组织演变效果的细节[7-12]。同时提高模型的回弹预测，材料参数的确定涉及到使用专门设计的设备对大量模型进行广泛的测试和数据处理。到现在为止，还没有统一的工业试验标准以及用于钢和铝生产商提供这些材料参数到最终用户的要求。因此，传统的Hill屈服准则和拉伸试验直接得到的现实硬化曲线仍然被广泛用于钢和铝的成形和回弹分析。在这种情况下，CAE工程师的技能和知识是得到可靠的成形和回弹的结果的关键。 为了捕捉模拟中一切可能的回弹模式，尤其是扭曲，一个完整的模型应考虑代替对称部位中的一半模型。用相当于拉延筋力的约束来代替真实拉延筋，来反映由于弯曲和