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作者：管幸寰

（上海電子工業(yè)學(xué)校，上海 201411）

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，沖壓屬于一種常見(jiàn)工藝，金屬以及非金屬材料在加工過(guò)程中可能面臨回彈問(wèn)題，影響加工質(zhì)量。

基于此，本文以回彈的影響作為切入點(diǎn)，重點(diǎn)給出補償回彈的沖壓件模具設計方法，利用有限元模型進(jìn)行分析，綜合考慮受力、形變、回彈等問(wèn)題，設計往復式?jīng)_壓件模具，再利用實(shí)驗證明設計方法的可行性。

關(guān)鍵詞：補償回彈；有限元模型；往復式?jīng)_壓件模具

中圖分類(lèi)號：TG385

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0711（2018）02（下）-0106-02

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。

因多數情況下板料無(wú)需加熱，故稱(chēng)冷沖壓，又簡(jiǎn)稱(chēng)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(huì )帶來(lái)影響，使板材在加工過(guò)后出現回彈問(wèn)題，如果這種回彈的幅度較小，肉眼可能無(wú)法分辨，但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于工件精度不足，可能影響使用價(jià)值。

就補償回彈的沖壓件模具設計方法進(jìn)行探討有一定的實(shí)際意義。

1 回彈問(wèn)題的出現以及影響

1.1 板材的回彈

常規的沖壓過(guò)程中，板材會(huì )按照模具狀況不斷出現形變，直到滿(mǎn)足實(shí)際使用需求?；貜梿?wèn)題在這一過(guò)程中是始終存在的，此前技術(shù)人員一般通過(guò)“試錯法”進(jìn)行處理，但結果并不理想。

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(wèn)題往往十分嚴重，在力的相互作用下，瞬時(shí)回彈以及加工后一小段時(shí)間內出現的回彈現象屢見(jiàn)不鮮，比如汽車(chē)使用的鋁材，部分構件的回彈率甚至超過(guò) 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

回彈的影響包括直接影響和衍生影響兩個(gè)方面，以數控機床所用工件為例，在沖壓制造完成后，存在回彈問(wèn)題的工件被應用于數控機床，會(huì )造成精度、剛性的下降，并進(jìn)一步影響機床的電動(dòng)穩定性。

數控機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載條件下機床的加工結構出現的形變量，形變量越大、精度越低。

應用存在回彈問(wèn)題的工件，機床的精度受到直接影響，在實(shí)際工作中，還可能產(chǎn)生嚙合不嚴等問(wèn)題，進(jìn)一步降低剛性，而電動(dòng)機工作帶來(lái)的小幅位移則會(huì )加劇回彈工件的破壞作用，使機床的加工成果無(wú)法得到保證。

2 補償回彈的沖壓件模具設計方法

2.1 設計思路

回彈問(wèn)題雖然廣泛存在于各類(lèi)板料的加工作業(yè)中，但帶有一定的規律性，如進(jìn)行一次沖壓的板材可能存在較為嚴重的回彈問(wèn)題，而反復沖壓后，每一次回彈都能得到控制，總的回彈量也因此較低。

針對補償回彈的沖壓件模具設計也以此為切入點(diǎn)，分析可行思路。

模具設計的核心理念為往復式加工，可以在現有技術(shù)條件下實(shí)現，其工作的基本流程是，了解加工物的特點(diǎn)，建立流水線(xiàn)，取固定模型，對于存在回彈可能的位置，給予多次沖壓，并在反復加工的過(guò)程中逐步降低沖壓力度，實(shí)現對其外形的有效控制，避免回彈問(wèn)題。

從初定的模具型面的結點(diǎn)位移反向減去模擬計算的回彈量，得到用于補償回彈所需的加工要求。

金屬板料首先用試探模具成形，計算成形回彈后的工件形狀。該數值在不同的工件加工作業(yè)中也存在差異，需要根據實(shí)際情況確定往復次數和力負載水平。

將回彈后的工件形狀與目標工件比較，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，作為確定往復加工所需負載的基礎。在往復加工中，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加工所需力負載的基礎，直到成形的工件形狀滿(mǎn)足要求，往復加工可進(jìn)行 5 次或更多。

編輯

2.2 有限元模型分析

有限元模型以數據為基礎建立，收集不同工件的基本使用要求和加工存在的問(wèn)題、加工流程，建立涵蓋上述內容的電子模型。

如工件為齒輪，其使用的核心要求是良好的嚙合度，本質(zhì)則是嚴格的精度控制。

加工存在的問(wèn)題也主要在機床的精度上，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)，以上述三項內容為基礎，將工件的各個(gè)部分以微米為單位劃分為若干部分，對存在較嚴重回彈問(wèn)題的結構需要進(jìn)行精劃分。

沖壓加工是一種典型的物理加工方法，應用外力破壞板材固有的物理特征，并通過(guò)模具對其進(jìn)行規范，在這一過(guò)程中，板材首先受力，之后出現形變，并在整個(gè)過(guò)程中不斷回彈。

各國工業(yè)生產(chǎn)都面臨回彈問(wèn)題，德國、日本等機械制造強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格的標準，而德國所用的加工材料性能突出、加工設備的剛性和精度也極為優(yōu)越，因此能夠有效控制回彈問(wèn)題。

在板材受力的一瞬間，作用力和反作用力雖然在數值上基本是均等的，但會(huì )造成構件的形變，作用力消失后，反作用力也消失，被導入板材中的力因此失去制約，會(huì )沿著(zhù)力消失的方向快速擴散，擴散的力受到板料物理性質(zhì)影響，在擴散過(guò)程中不斷損耗，如果在工件邊緣已經(jīng)嚴重損耗，回彈也會(huì )相對輕微，反之則較為嚴重。