空調(diào)后板沖壓成形的回彈方案分析

板料沖壓成形中主要缺陷為拉裂、起皺和回彈。其中回彈問題最為復(fù)雜,它是模具卸載之后,板料內(nèi)部 應(yīng)力重新分布的一個(gè)過程?；貜椀拇嬖谠斐蓻_壓件的形狀、尺寸與設(shè)計(jì)之間的偏離,直接影響著沖壓 件的品質(zhì),包括表面質(zhì)量、形狀、尺寸精度和裝配性能等。回彈問題突出,已成為汽車和飛機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

1 回彈有限元模擬

為了獲得一定剛性及強(qiáng)度,無(wú)明顯翹曲現(xiàn)象的加筋柜式空調(diào)后板零件,采用 Dynaform 對(duì)其進(jìn)行成形模擬及回彈模擬。利用 UG 三維軟件建造柜式空調(diào)后板三維實(shí)體模型,將原模型中的面特征進(jìn)行抽取,以iges格式 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 Dynaform 中作進(jìn)一步計(jì)算。在 Dy-naform 中編輯零件層,定義毛坯,劃分網(wǎng)格,從材料庫(kù)選取材料 DQSK,定義厚度,選取壓邊力、摩擦系 數(shù)、沖壓速度等工藝參數(shù),建立有限元模擬模型。提交計(jì)算機(jī)進(jìn)行成形計(jì)算,再將成形計(jì)算結(jié)果文件導(dǎo) 入 Dynaform 中定義厚度、材料參數(shù),選擇約束點(diǎn)及 控制參數(shù)進(jìn)行回彈模擬。

1.1 后板原有模型

模擬原有的格力后板加筋模型如圖1所示,實(shí) 現(xiàn)回彈翹曲等缺陷的有限元再現(xiàn)。空調(diào)后板坯料尺寸為1712.2mm暳545.4mm 暳0.75mm。各參數(shù)設(shè)置見表1。成形模擬及回彈模擬結(jié)束后,后板回彈值如圖 2所示,邊角1的z向回彈值為9.5mm,邊角2的z向回彈值為56.0mm,邊角3的z向回彈值為27.6 mm,邊角4的z向回彈值為29.2mm,其中后板最大回彈值為56.0mm,出現(xiàn)在邊角2處。回彈值大且回彈分布不均勻。

1.2 簡(jiǎn)單兩條筋模型

簡(jiǎn)單的兩條筋模型如圖3所示,從最簡(jiǎn)單的加 筋方式來(lái)研究回彈。各參數(shù)設(shè)置見表2。成形模擬及回彈模擬結(jié)束后,后板回彈值如圖 4所示,邊角1的z向回彈值為1.2mm,邊角2的z 向回彈值為27.2mm,邊角3的z向回彈值為0.6 mm,邊角4的z向回彈值為21.6mm,其中后板最大回彈值為27.2mm,出現(xiàn)在邊角2處?；貜椛孕〉で鷩?yán)重。

1.3 方框及工字組合模型

由于原始毛坯是長(zhǎng)方形,故考慮隨形(即添加同 樣也是長(zhǎng)方形框的筋)與工字型,研究不同筋寬、圓 角半徑、角度、框與工字的組合方式對(duì)回彈的影響。此類模型主要由方框和工字型組成,如圖5所示。方框的筋寬不同,分別為16,20,25,125 mm; 方框的組合形式不同,有單個(gè)框,回字框,框內(nèi)套多 個(gè)小框,板上均勻分布小方框;方框4個(gè)邊角圓角半 徑不同,分別為20,25,40,100 mm;工字型與板長(zhǎng)度方向所成的角度也不同?；貜棽粌H要求回彈最大值較小,而且要求后板 的4個(gè)邊角回彈翹曲均勻。此組方框及工字型組合 模型回彈最大值較大,多為30~50 mm,且回彈翹 曲最大值所在位置不均勻,不利于空調(diào)后板安裝。故考慮添加斜筋,以減小4個(gè)邊角的回彈。

1.4 添加斜筋的模型

此類模型如圖6所示,由長(zhǎng)度方向筋,寬度方向筋及斜筋組成。筋的條數(shù)、角度、寬度、長(zhǎng)度不同?；貜椬畲笾禐?2~29mm,此類模型回彈模擬結(jié)果 較好。此組添加斜筋的模型回彈最大值多為20~30 mm,回彈較小且4個(gè)邊角回彈比較均勻。其中一 組斜筋在對(duì)角線上,筋寬40mm 的模型回彈最大值為21.3mm,4個(gè)邊角回彈值在20mm 左右,回彈模擬結(jié)果最佳。

2 最佳模型分析

針對(duì)上述4組模型中最佳的一個(gè)斜筋模型(如 圖7所示),具體研究斜筋的角度毩、寬度b、長(zhǎng)度l 對(duì)回彈的影響情況。

2.1 斜筋角度對(duì)回彈的影響

研究斜筋角度對(duì)回彈的影響,分別模擬了斜筋 與長(zhǎng)度方向夾角為5°、10°、15°、17.6°、20°、25°、30°、 35°等幾種模型,其余參數(shù)設(shè)置相同。設(shè)4個(gè)邊角分別為點(diǎn)1,2,3,4,回彈最大值所在位置為點(diǎn)5,分析斜筋角度對(duì)這4個(gè)點(diǎn)及最大回彈值的影響。如圖8所示,斜筋角度為15°的模型4個(gè)邊角回彈值較小且比較均勻,為6mm 左右。回彈最大值為12.2mm,出現(xiàn)在板長(zhǎng)度方向靠近斜筋處,為最佳模型。

2.2 斜筋寬度對(duì)回彈的影響

研究斜筋寬度對(duì)回彈的影響,分別模擬了筋寬 為20,30,40,50,60mm 等幾種模型,其余參數(shù)設(shè)置相同。在斜筋角度15°的最佳模型基礎(chǔ)上研究不同筋寬對(duì)回彈的影響情況。設(shè)4個(gè)邊角分別為1,2,3,4 點(diǎn),回彈最大值所在位置為點(diǎn)5,分析斜筋寬度對(duì)這 4個(gè)點(diǎn)及最大回彈值的影響。如圖9所示,筋寬為 40mm 的模型回彈較小且均勻,為最佳筋寬。

2.3 斜筋長(zhǎng)度對(duì)回彈的影響

研究斜筋長(zhǎng)度對(duì)回彈的影響,分別模擬了斜筋 長(zhǎng)度為420,480,525mm 等3種模型,其余參數(shù)設(shè) 置相同。設(shè)4個(gè)邊角分別為點(diǎn)1,2,3,4,回彈最大值所 在位置為點(diǎn)5,分析斜筋長(zhǎng)度對(duì)這4個(gè)點(diǎn)和最大回 彈值 的 影 響。由 圖 10 分 析 可 知 斜 筋 長(zhǎng) 度 為 420 mm 時(shí),回彈較小且分布均勻。

綜上所述,得到了后板加筋設(shè)計(jì)的最佳模型。其設(shè)計(jì)規(guī)范的具體尺寸如圖11所示:筋寬40mm, 筋高3mm,槽的斜角為45°。該最佳模型回彈模擬結(jié)果如圖12所示,后板的 4個(gè)邊角回彈量分別為5.4,6.6,6.6,6.0mm。其余區(qū)域回彈量如圖12所示?；貜椬畲笾禐?2.2mm, 出現(xiàn)在板長(zhǎng)度方向靠近斜筋處。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)最佳模型設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)出空調(diào)后板模具, 該試驗(yàn)在JH36-250 型閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)上進(jìn)行,試 驗(yàn)?zāi)＞呒霸O(shè)備如圖13所示。試驗(yàn)所用材料為沖壓普通料,厚度為0.75mm,長(zhǎng)度為1712 mm,寬度 為545mm。

試驗(yàn)得到的空調(diào)后板如圖14所示?；貜椬畲笾党霈F(xiàn)在板長(zhǎng)度方向靠近斜筋處,4個(gè)邊角回彈值 稍小?；貜棾霈F(xiàn)的位置與 Dynaform 中回彈模擬結(jié) 果相一致,但實(shí)際試驗(yàn)值稍偏大。其中回彈模擬最大值為12.2mm,實(shí)際回彈最大值為20mm,如圖15所示。邊角回彈模擬值為8mm,實(shí)際邊角回彈 值為11mm,如圖16所示。這可能是由模擬精度 及實(shí)際試驗(yàn)材料不同而引起。

4  結(jié)語(yǔ)

采用 CAE 分析以及試驗(yàn)相結(jié)合的方法,建立空調(diào)后板加筋后沖壓成形及回彈的有限元數(shù)值模型,研究了空調(diào)后板在沖壓成形過程中的回彈問題, 得到了加強(qiáng)筋的形狀、位置、尺寸等對(duì)成形效果的影響。提出了該后板的加筋設(shè)計(jì)規(guī)范,依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范, 加筋后的后板在自重平放時(shí),回彈較小,滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。解決了因后板在加筋后導(dǎo)致的試模次數(shù)及模具費(fèi)用增加,安裝匹配困難等問題。

作者：郭美玲,張茂,王新云,陳勇