汽車覆蓋件拉深成形過程中易出現(xiàn)破裂、起皺與回彈的質量缺陷，其中，回彈缺陷是制約零件成形精度的主要因素，還可能使零件無法滿足基本的裝配要求。

為了解決零件的回彈問題，汽車企業(yè)在覆蓋件生產(chǎn)過程中常采用人工修正模具零件的方法，不僅耗時耗力，且模具設計和制造周期長。因此，快速精確地對成形零件回彈進行數(shù)值模擬和修模補償成為汽車覆蓋件沖壓成形模擬的研究熱點與難點。

基于此，以某汽車頂板作為研究對象，以非線性有限元分析軟件Dynaform為平臺，利用回彈補償法解決零件在沖壓成形過程中出現(xiàn)的回彈缺陷問題。

圖1 汽車頂板三維模型

圖1所示為某汽車頂板的三維模型，板料厚度為1mm，材料選用DC01型冷軋鋼板，其力學性能如表1所示。

圖2 工藝補充設計

為確保最終產(chǎn)品達到圖紙要求，在產(chǎn)品原始結構上設計工藝補充面。研究表明，合理的工藝補充設計對于產(chǎn)品質量十分重要。通過將UGNX軟件與非線性有限元分析軟件Dynaform相結合的方式完成零件的工藝補充部分的設計，如圖2所示。

圖3 汽車頂板有限元模型

汽車頂板拉深成形過程中涉及拉深成形和沖孔修邊兩大工序，由于該零件為軸對稱體，為降低運算成本取其對稱部分建立有限元模型，如圖3所示。

圖4 汽車頂板拉深成形極限圖

圖5 汽車頂板拉深成形厚度分布云圖

由圖4所示的汽車頂板拉深成形極限圖與圖5所示的汽車頂板拉深成形厚度分布云圖可知，研究對象成形質量較好，厚度最小為0.939mm，對應減薄率僅為6.10%，符合最大減薄率不超過30%的要求。故該零件拉深成形過程中不會出現(xiàn)破裂與起皺現(xiàn)象，滿足企業(yè)的實際生產(chǎn)需求。

采用多步隱式分析方法，其中將單元公式設置為全局積分單元公式（full integrated shell element），并將積分點數(shù)設置為7個。

圖6 定義幾何約束點

為保證每次回彈分析的邊界條件一致，必須對該零件設置相同的約束點，并保證約束點定義在變形較小的位置。由于零件已進行對稱約束，只需定義2個約束點即可，如圖6所示。

圖7 第1次回彈分析結果

圖7所示為第1次回彈分析的結果，定義沿沖壓方向的反方向回彈量為正值，反之為負值。如圖7中A處所指，此處“*”號表明沿沖壓方向的反向發(fā)生了回彈，其值為19.048mm，此處為最大正向回彈；同理，圖7中B處所指，此處“O”號表明沿沖壓方向發(fā)生了回彈，其值約為-8.598mm，此處為最大反向回彈。

圖8 零件回彈前后對比

圖9 第1次回彈分析截面

為對比回彈前后板料的變形情況，采用圖8所示的方式對板料進行剖切可得如圖9所示的截面。通過觀察圖9可發(fā)現(xiàn)：①零件AB段出現(xiàn)了嚴重的正向回彈缺陷；②零件BC段出現(xiàn)了嚴重的反向回彈缺陷；③對比零件AB段與BC段可知，零件在成形過程中出現(xiàn)了嚴重的扭曲現(xiàn)象，表現(xiàn)為回彈值出現(xiàn)了正負值。

基于以上分析，該零件在拉深成形過程中出現(xiàn)嚴重回彈缺陷并在回彈過程中出現(xiàn)了扭曲現(xiàn)象，如不能減小回彈量，實際生產(chǎn)的零件將無法保證裝配精度。

目前控制回彈缺陷的方法有2種：①通過工藝參數(shù)尋找最優(yōu)方案，改變板料成形時的應變狀態(tài)以降低回彈量；②通過修正模具零件型面或修改模具結構使沖壓件過正向成形，使板料卸載后的形狀與期望形狀符合或相近。

圖10 回彈補償流程

回彈補償原理的基本思路為：①利用Dynaform軟件對研究對象進行拉深成形分析；②對拉深成形結果進行回彈分析，若回彈量較大，無法滿足設計要求，在回彈單元節(jié)點上施加反向載荷，使之產(chǎn)生逆向變形；③將逆向變形后的型面形狀作為新的模具結構進行非線性有限元分析，重復執(zhí)行至零件的回彈量達到設計要求，其流程如圖10所示。

利用回彈補償法修正汽車頂板模具零件的形狀，降低回彈量，其步驟如下。

 No.1 

進行第n次（n=1~8）回彈補償設置時，須將第n次拉深成形結果設置為“回彈前板料”。并且，將第n次回彈分析的結果文件設置為“回彈后板料”。

 No.2 

由于拉深工序與回彈工序獨立計算和求解，在拉深成形階段不計算回彈量，可將其設置為“期望板料形狀”。在之后的回彈補償中，均須將第1次的拉深成形結果設置為“期望板料”。

 No.3 

進行第1次回彈補償設置時，須將第1次拉深成形結果設置為“補償形狀”，應注意在之后第i次（i=2~8）的回彈補償中，須將第i-1次的回彈補償結果中的disp.tmp文件設置為“補償形狀”。

 No.4 

進行第1次回彈補償設置時，將原始的模具結構設置為成形的“主動、從動工具”，應注意在之后的第i次回彈補償設置步驟中，須將第i-1次回彈補償后新的模具結構設置為當前“主動、從動工具”。

 No.5 

提交計算完成后，將修正后的模具結構導入至Dynaform軟件，重新對零件拉深與回彈進行有限元分析。

 No.6 

最后通過偏差計算反映回彈程度并確定是否進行下一次回彈補償。

（a）第1次回彈補償分析結果

（b）第2次回彈補償分析結果

（c）第3次回彈補償分析結果

（d）第4次回彈補償分析結果

（e）第5次回彈補償分析結果

（f）第6次回彈補償分析結果

（g）第7次回彈補償后回彈分析結果

（h）第8次回彈補償后回彈分析結果

圖11 回彈補償分析結果

通過初次回彈補償對模具結構進行修改，使回彈量較大程度地減小，對比圖11（a）與圖7可知，最大正向回彈量由19.048mm降低至7.044mm；最大反向回彈量由-8.598mm降低至-5.690mm。

由于回彈量仍大于企業(yè)實際需要（2mm），需要逐一進行8次回彈補償。

圖12 8次回彈補償結果

對成形某汽車駕駛艙頂板的模具零件進行8次回彈補償，其結果如圖12所示，優(yōu)化前后的最大回彈量對比如表2所示，通過分析最大正、反向回彈量可得如下結論。

 No.1 

采用回彈補償法可降低回彈量，使最大正向回彈量19.048mm降至1.052mm，回彈量降低了94.477%，使最大反向回彈量-8.598mm降低至-2.172mm，回彈量降低了74.7387%。

 No.2 

第4次回彈補償后的模具結構，所得板料最大正向回彈量最小，僅為1.052mm，已達到最大回彈量不超過2mm的要求。雖然最大反向回彈量為-2.172mm超過2mm，并略高于第3次回彈補償后的回彈量（-2.080mm），但通過第4次回彈補償后，最大正向回彈量相對第3次回彈補償結果，減小了51.876%，而最大反向回彈僅增大了4.423%。綜上所述，第4次回彈補償結果為8次回彈補償中最優(yōu)的補償結果。

 No.3 

前4次回彈補償中，最大正、反向回彈量均呈現(xiàn)較明顯地減小趨勢，其中在第4次回彈補償后的回彈分析結果（1.052mm）為8次回彈補償結果最小值。從第5次回彈補償開始，該零件的最大正向回彈量出現(xiàn)緩慢遞增趨勢，到達第8次回彈補償，最大正向回彈量由第4次回彈補償?shù)?.062mm增加至4.631mm。由此說明，隨著回彈補償次數(shù)的增加會對成形零件產(chǎn)生過補償，增大回彈量。

▍