導(dǎo)語：沖壓件模具設(shè)計(jì)方法探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)活動中，沖壓屬于一種常見工藝，金屬以及非金屬材料在加工過程中可能面臨回彈問題，影響加工質(zhì)量?；诖?，本文以回彈的影響作為切入點(diǎn)，重點(diǎn)給出補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法，利用有限元模型進(jìn)行分析，綜合考慮受力、形變、回彈等問題，設(shè)計(jì)往復(fù)式?jīng)_壓件模具，再利用實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)方法的可行性。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)償回彈；有限元模型；往復(fù)式

沖壓件模具板料沖壓是利用沖模，使板料產(chǎn)生分離或形變的加工方法。因多數(shù)情況下板料無需加熱，故稱冷沖壓，又簡稱冷沖或沖壓。在進(jìn)行板料加工時(shí)，材料的延展性、彈性等物理性質(zhì)往往會帶來影響，使板材在加工過后出現(xiàn)回彈問題，如果這種回彈的幅度較小，肉眼可能無法分辨，但在實(shí)際使用過程中，由于工件精度不足，可能影響使用價(jià)值。就補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討有一定的實(shí)際意義。

1回彈問題的出現(xiàn)以及影響

1.1板材的回彈。常規(guī)的沖壓過程中，板材會按照模具狀況不斷出現(xiàn)形變，直到滿足實(shí)際使用需求?；貜梿栴}在這一過程中是始終存在的，此前技術(shù)人員一般通過“試錯(cuò)法”進(jìn)行處理，但結(jié)果并不理想。由于大部分金屬材料，尤其是合金和其他延展性較好的材料，回彈問題往往十分嚴(yán)重，在力的相互作用下，瞬時(shí)回彈以及加工后一小段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象屢見不鮮，比如汽車使用的鋁材，部分構(gòu)件的回彈率甚至超過0.5％，對實(shí)際性能產(chǎn)生了很多不利影響。1.2回彈的影響?；貜椀挠绊懓ㄖ苯佑绊懞脱苌绊憙蓚€(gè)方面，以數(shù)控機(jī)床所用工件為例，在沖壓制造完成后，存在回彈問題的工件被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，會造成精度、剛性的下降，并進(jìn)一步影響機(jī)床的電動穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床對加工精度的要求非常高，精度則取決于剛性，剛性是指在固定工作負(fù)載條件下機(jī)床的加工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的形變量，形變量越大、精度越低。應(yīng)用存在回彈問題的工件，機(jī)床的精度受到直接影響，在實(shí)際工作中，還可能產(chǎn)生嚙合不嚴(yán)等問題，進(jìn)一步降低剛性，而電動機(jī)工作帶來的小幅位移則會加劇回彈工件的破壞作用，使機(jī)床的加工成果無法得到保證。

2補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法

2.1設(shè)計(jì)思路?；貜梿栴}雖然廣泛存在于各類板料的加工作業(yè)中，但帶有一定的規(guī)律性，如進(jìn)行一次沖壓的板材可能存在較為嚴(yán)重的回彈問題，而反復(fù)沖壓后，每一次回彈都能得到控制，總的回彈量也因此較低。針對補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)也以此為切入點(diǎn)，分析可行思路。模具設(shè)計(jì)的核心理念為往復(fù)式加工，可以在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，其工作的基本流程是，了解加工物的特點(diǎn)，建立流水線，取固定模型，對于存在回彈可能的位置，給予多次沖壓，并在反復(fù)加工的過程中逐步降低沖壓力度，實(shí)現(xiàn)對其外形的有效控制，避免回彈問題。從初定的模具型面的結(jié)點(diǎn)位移反向減去模擬計(jì)算的回彈量，得到用于補(bǔ)償回彈所需的加工要求。金屬板料首先用試探模具成形，計(jì)算成形回彈后的工件形狀。該數(shù)值在不同的工件加工作業(yè)中也存在差異，需要根據(jù)實(shí)際情況確定往復(fù)次數(shù)和力負(fù)載水平。將回彈后的工件形狀與目標(biāo)工件比較，如果存在的形狀誤差超出容許值，就從模具形狀中減去形狀誤差，得到新的加工要求，作為確定往復(fù)加工所需負(fù)載的基礎(chǔ)。在往復(fù)加工中，金屬板料將用這一新的試探模具型面成形。如果成形工件的形狀與目標(biāo)工件誤差仍超出容許值，將再次從試探模具型面反向減去形狀誤差，得到更新的加工要求，作為確定下一次往復(fù)加工所需力負(fù)載的基礎(chǔ)，直到成形的工件形狀滿足要求，往復(fù)加工可進(jìn)行5次或更多。2.2有限元模型分析。有限元模型以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立，收集不同工件的基本使用要求和加工存在的問題、加工流程，建立涵蓋上述內(nèi)容的電子模型。如工件為齒輪，其使用的核心要求是良好的嚙合度，本質(zhì)則是嚴(yán)格的精度控制。加工存在的問題也主要在機(jī)床的精度上，加工流程則相對固定，對金屬板材進(jìn)行沖壓、粗加工，再進(jìn)行打磨作業(yè)。建立模型時(shí)，以上述三項(xiàng)內(nèi)容為基礎(chǔ)，將工件的各個(gè)部分以微米為單位劃分為若干部分，對存在較嚴(yán)重回彈問題的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行精劃分。沖壓加工是一種典型的物理加工方法，應(yīng)用外力破壞板材固有的物理特征，并通過模具對其進(jìn)行規(guī)范，在這一過程中，板材首先受力，之后出現(xiàn)形變，并在整個(gè)過程中不斷回彈。各國工業(yè)生產(chǎn)都面臨回彈問題，德國、日本等機(jī)械制造強(qiáng)國對回彈的控制最為成功，日本對各行業(yè)所用工件都給出十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，而德國所用的加工材料性能突出、加工設(shè)備的剛性和精度也極為優(yōu)越，因此能夠有效控制回彈問題。在板材受力的一瞬間，作用力和反作用力雖然在數(shù)值上基本是均等的，但會造成構(gòu)件的形變，作用力消失后，反作用力也消失，被導(dǎo)入板材中的力因此失去制約，會沿著力消失的方向快速擴(kuò)散，擴(kuò)散的力受到板料物理性質(zhì)影響，在擴(kuò)散過程中不斷損耗，如果在工件邊緣已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p耗，回彈也會相對輕微，反之則較為嚴(yán)重。2.3模具設(shè)計(jì)。模具的設(shè)計(jì)理念是往復(fù)式加工，其控制則依賴于自動化技術(shù)，模具加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包括控制端、執(zhí)行端兩大部分，應(yīng)用集成技術(shù)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)際作業(yè)。在往復(fù)加工的過程中，沖壓的負(fù)載是不同的，取往復(fù)5次加工模式，則負(fù)載變化的基本規(guī)律為：100％、90％、80％、70％、60％。實(shí)際工作中可視工件精度要求調(diào)整負(fù)載水平，基本規(guī)律是逐步降低?？刂贫酥饕捎?jì)算機(jī)構(gòu)成，在對工件進(jìn)行加工前，要通過反復(fù)收集數(shù)據(jù)了解精度要求，設(shè)定默認(rèn)程序控制加工過程，控制端與執(zhí)行端連為一體，依靠通信技術(shù)進(jìn)行指令的下達(dá)，并將指令集和各類軟件、輸入、輸出系統(tǒng)、可視化結(jié)構(gòu)集成到一塊芯片中，控制全過程。沖壓件模具實(shí)際工作的流程是：設(shè)定程序、粗加工、精加工、完成。人員下達(dá)的指令通過輸入模塊和通信技術(shù)傳輸至控制段，并實(shí)現(xiàn)記憶，之后模具對板料進(jìn)行沖壓加工，分割為規(guī)格要求下的小模塊，再利用往復(fù)加工法進(jìn)行精加工，最終完成沖壓作業(yè)，實(shí)現(xiàn)工件的精度加工。

3實(shí)驗(yàn)分析

3.1實(shí)驗(yàn)過程。為檢驗(yàn)往復(fù)式加工法的可行性，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行4次，包括常規(guī)加工實(shí)驗(yàn)2次以及往復(fù)式?jīng)_壓件模具加工實(shí)驗(yàn)4次，比對兩組實(shí)驗(yàn)后的回彈量，并模擬使用，了解兩類工件的使用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)過程中，人工模擬了工作環(huán)境和往復(fù)式加工的作用力、反作用力。所選的工作模型如圖1所示。該工件的加工重點(diǎn)為AGFE范圍內(nèi)的部分，要求將其突出工件表面0.5cm。3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析。常規(guī)加工共進(jìn)行四次，第一次加工所獲工件，AGFE部分突出工件表面0.5cm，但DB一側(cè)存在明顯的回彈問題，回彈量達(dá)到0.6％，無法滿足使用。第二次加工所獲工件回彈問題同樣在DB一側(cè)，回彈量超過1％，造成AGFE部分突出范圍大于0.6cm，也難以滿足使用要求。應(yīng)用往復(fù)式?jīng)_壓件模具進(jìn)行加工，第一次加工完成后，AGFE部分突出工件表面0.5cm，工件回彈量為0.03％，滿足使用需求，第二次加工完成后，AGFE部分突出工件表面0.5cm，工件回彈量為0.02％，滿足使用需求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。在隨后進(jìn)行的使用模擬中，以數(shù)控機(jī)床為模擬對象，為快速了解成果，人員加快了模擬速度，取100倍數(shù)值快速進(jìn)行試驗(yàn)。1、2號工件在作業(yè)中存在嚴(yán)重的不穩(wěn)定問題，使加工作業(yè)誤差增加。3、4號工件工作性能較為良好，也能應(yīng)對電動穩(wěn)定性問題。

4結(jié)語

通過分析補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)，了解了相關(guān)理論內(nèi)容。回彈是板料沖壓中的主要缺陷之一，在工件制造等領(lǐng)域，回彈會帶來很多不利影響，比如降低工件精度、影響電動穩(wěn)定性、降低剛性等。通過建立有限元模型，可以分析得到金屬板料受力、形變、回彈等情況，再根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)往復(fù)式?jīng)_壓件模具。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對設(shè)計(jì)構(gòu)想進(jìn)行模擬，結(jié)果證明了設(shè)計(jì)方法的可行性。深入了解上述理論，有利于在后續(xù)工作中控制回彈問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李貴.面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的回彈模擬與幾何補(bǔ)償方法研究[D].華中科技大學(xué),2014.

[2]解利娜.車身覆蓋件的回彈補(bǔ)償與模具型面設(shè)計(jì)方法的研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2014.

作者:管幸寰 單位:上海電子工業(yè)學(xué)校