隨著國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全性、節(jié)能環(huán)保的要求越來(lái)越高，人們對(duì)汽車(chē)安全性和低油耗的愈發(fā)重視，高強(qiáng)度鋼板（HSS）甚至超高強(qiáng)度鋼板（AHSS）的大量應(yīng)用已成為提升汽車(chē)結(jié)構(gòu)安全性和輕量化的重要方法。相對(duì)于低碳鋼板，高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高，延伸率低，進(jìn)而導(dǎo)致高強(qiáng)度鋼板零件沖壓成形回彈控制尤其困難。在這個(gè)背景下，僅憑借工程師的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不足以提供可靠和準(zhǔn)確的高強(qiáng)度鋼板回彈控制方案，基于高精度CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）數(shù)值模擬在試模前進(jìn)行回彈預(yù)測(cè)和控制方案驗(yàn)證已成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的客觀要求。其中，基于CAE數(shù)值模擬開(kāi)展高強(qiáng)度鋼板沖壓回彈預(yù)測(cè)和補(bǔ)償是控制回彈最為有效和普遍使用的方式之一。本文研究了影響多工序沖壓回彈分析精度的關(guān)鍵因素，回彈分析和補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t，以及補(bǔ)償策略的選擇。影響高強(qiáng)度鋼板多工序沖壓回彈分析精度的關(guān)鍵因素
在高強(qiáng)度鋼板的沖壓回彈數(shù)值模擬過(guò)程中，影響分析精度的因素很多，相關(guān)的論文均有所總結(jié)。對(duì)于多工序沖壓回彈分析而言，前工序的設(shè)定對(duì)后工序的計(jì)算結(jié)果有著較大影響，有必要強(qiáng)調(diào)的兩個(gè)主要因素：材料本構(gòu)模型及參數(shù)和成形力設(shè)定。在多工序成形過(guò)程中，材料往往承受拉伸-壓縮的循環(huán)載荷，同一個(gè)區(qū)域在前工序中承受“拉伸”載荷，在后工序中則受到“壓縮”載荷。由于包辛格效應(yīng)的影響，金屬材料承受循環(huán)載荷加載后，屈服強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。因此，高強(qiáng)度鋼板多工序沖壓回彈有必要優(yōu)先選擇考慮包辛格效應(yīng)的材料本構(gòu)模型，而不是等向強(qiáng)化的材料模型。本文建議應(yīng)用吉田-上森材料模型（YU模型），它考慮了彈性模量隨塑性應(yīng)變的變化而變化和包辛格效應(yīng)的影響，其計(jì)算精度的準(zhǔn)確性已在業(yè)界得到了高度認(rèn)可。在成形力設(shè)定方面，壓力機(jī)噸位的上限決定了模具在成形過(guò)程中所能提供的最大載荷。如果壓力機(jī)噸位不足，則鈑金幾何特征在沖壓過(guò)程中不可能得到充分成形，并且鈑金在成形過(guò)程中的殘余應(yīng)力也有所區(qū)別。當(dāng)某工序的成形力改變時(shí)，該工序的仿真計(jì)算結(jié)果輸出映射至后工序的應(yīng)力、應(yīng)變皆有不同，零件的最終回彈分析精度也將受到較大影響，有必要在仿真過(guò)程中按實(shí)際使用的壓力機(jī)噸位設(shè)定成形力上限。
高強(qiáng)度鋼板多工序沖壓回彈補(bǔ)償
回彈補(bǔ)償是指完成沖壓回彈分析或試模檢測(cè)回彈量后，將鈑金零件的回彈量反向補(bǔ)償?shù)皆紨?shù)模面上，重構(gòu)新的模具數(shù)模，從而達(dá)到回彈控制的目的。之前回彈補(bǔ)償?shù)墓ぷ餍枰こ處熢贑AD軟件中手動(dòng)調(diào)整模具原始數(shù)模，工作量大且對(duì)工程師經(jīng)驗(yàn)要求較高。現(xiàn)在以JSTAMP/NV為代表的沖壓CAE軟件已發(fā)布了自動(dòng)回彈補(bǔ)償?shù)墓δ�，只需設(shè)定補(bǔ)償目標(biāo)要求，由軟件自動(dòng)生成迭代補(bǔ)償數(shù)模面。以JSTAMP軟件為例，其集成了兩種主要的回彈補(bǔ)償方法，即回彈位移補(bǔ)償和回彈形狀差分補(bǔ)償。前者基于Karafillis和Boyce兩位學(xué)者于1996年提出的SF(Spring Forward）方法，通過(guò)施加與成形后內(nèi)力方向相反的力，來(lái)計(jì)算模具型面的補(bǔ)償，特點(diǎn)是補(bǔ)償快，不足是不適用于多次迭代，且對(duì)于部分特征復(fù)雜的模具型面補(bǔ)償效果不佳。后者是基于Wagoner等學(xué)者于2004年提出的DA(Displacement Adjustment）方法，通過(guò)給模具型面施加一個(gè)與回彈方向相反的位移對(duì)模具型面進(jìn)行補(bǔ)償，該方法還可用于基于試模掃描數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。基于兩種方法的特征，本文建議第一輪補(bǔ)償可采用回彈位移補(bǔ)償法，后續(xù)的補(bǔ)償則均采用回彈形狀差分補(bǔ)償，如圖1所示。
回彈補(bǔ)償?shù)牧鞒倘鐖D2所示。首先，因?yàn)榛貜椦a(bǔ)償是模擬解決沖壓回彈缺陷的辦法，在此之前，零件的成形性缺陷（破裂和褶皺）需予以解決，否則回彈分析補(bǔ)償?shù)挠?jì)算對(duì)于模具研發(fā)沒(méi)有意義。其次，回彈分析完成后，有必要確認(rèn)回彈分析結(jié)果的合理性，包括：有無(wú)結(jié)果異�；蚓W(wǎng)格畸變的單元，回彈是否收斂，結(jié)果是否穩(wěn)定可靠（如：回彈分析約束點(diǎn)的選擇）等等。同時(shí)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中還需要確認(rèn)回彈量檢測(cè)的方法，即零件回彈分析后的網(wǎng)格與目標(biāo)形狀數(shù)據(jù)的對(duì)齊方式，對(duì)齊方式對(duì)回彈量數(shù)值的檢測(cè)結(jié)果影響很大，如圖3所示。對(duì)齊方式的選擇需要考慮后續(xù)回彈補(bǔ)償數(shù)模的質(zhì)量，一般建議優(yōu)先考慮關(guān)鍵區(qū)域，同時(shí)務(wù)必保證每輪的回彈補(bǔ)償都按照相同的對(duì)齊方式進(jìn)行，以保證回彈量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。再次，回彈補(bǔ)償策略是指在哪些工序進(jìn)行回彈補(bǔ)償，以及回彈量在各工序的補(bǔ)償量。補(bǔ)償策略一般可分為三種，包括：全部補(bǔ)償?shù)侥骋粋�(gè)工序數(shù)模（如：拉延模）；全部工序進(jìn)行補(bǔ)償，將各自的回彈補(bǔ)償至自身數(shù)模，每工序均補(bǔ)償至目標(biāo)形狀；以及部分工序模具進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償策略的選擇對(duì)于模具制造補(bǔ)償調(diào)試的效果和周期影響很大，有必要整體考慮，在試模前基于CAE數(shù)值仿真對(duì)比各補(bǔ)償策略的優(yōu)劣。
