补偿回弹的冲压件模具设计方法
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冲压回弹现象解决措施摘要:在冲压的过程中,冲压件会在分子的作用下在冲压过程中产生回弹现象,即在弯曲变形过程中,板料除本身的塑性变形之外,还产生弹性变形,弯曲件从模具中取出后,弹性变形部分恢复导致弯曲件的形状与模具形状不一致,这种现象称为弯曲件的回弹。
这种现象在加工要求中是不允许存在的,因为这样会严重影响弯曲件的质量,影响生产。
正因为如此,我们就要想办法解决它,我们将通过冲压板料的本身和模具这两个方面进行分析解决。
关键字:回弹;弯曲件;质量;精度;正文:1、问题产生冲压回弹严重影响着冲压件的质量,造成工件报废,引起不必要的损失。
谈起回弹,大家想到最多的就是弯曲,这是因为弯曲回弹量大,对制品精度影响严重。
材料的弯曲过程是由弹性变形过渡到塑性变形的过程,即使在塑性变形过程中,也不可避免有弹性变形存在,从而致使工件弯曲后弯曲角度与弯曲半径发生变化而与模具尺寸不一致,因而影响工件质量。
2、解决方案(1)、从弯曲材料上克服弯曲件回弹弯曲冲压所用的材料主要有合金钢、铸铁、碳钢、硬质合金等,在进行弯曲冲压时,如果板料的弹性变形较大,那么在弯曲后极易产生回弹现象,可以在冲压前对板料进行热处理,改变板料内部的应力组织,适当的解决在弯曲过程中的回弹。
(2)、从模具结构上克服弯曲件回弹①对于回弹较大的材料,如中碳钢、锰钢、硬黄铜等,当弯曲半径较大时,可在凸、凹模上做出补偿回弹角或将凹模的顶出件做成弧形,以补偿圆角部分的回弹。
②对于一般性的材料其回弹角〈5°时,且工件厚度偏差较小时,可将凸模或凹模做成负角,其弯曲间隙做成最小材料厚度,以克服弯曲后的回弹。
③校正法,当材料厚度〉0.8mm。
塑性较好而且弯曲半径不大时,可以采用摆块结构,使校正力集中在弯曲变形区,减小回弹。
④纵向加压法,在弯曲过程完成后,用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压,使弯曲变形区横断面上都受到压应力,卸载时工件内外侧的回弹趋势相反,从而大大减小了回弹,常见的有W形折弯和反向整形的V形折、U形折。
冲压件回弹补偿经验冲压件是一种常用的金属加工工艺,用于将金属板材通过模具受力而形成所需的形状。
在冲压过程中,由于金属材料的弹性,冲压件在受力后会发生一定程度的回弹。
为了保证冲压件达到设计要求的准确尺寸,需要进行回弹补偿。
回弹补偿是通过调整模具的设计和工艺参数,使冲压件在冲压过程中受到适当的强迫变形,以达到预期的尺寸和形状。
下面我将从模具设计和工艺参数两个方面介绍一些回弹补偿的经验。
1.模具设计方面:合理选择模具材料:模具材料应具备足够的强度和硬度,以减少在冲压过程中模具的变形和磨损,从而提高冲压件的精度和寿命。
考虑模具结构和强度:模具结构要合理,保证足够的刚性和稳定性,以减小变形和翘曲的可能性。
合理设置模具的引导部位和定位装置,以确保模具在冲压过程中的稳定性和重复性。
应用适当的补偿方法:常用的回弹补偿方法包括压制补偿、挤壁补偿和拉伸补偿等。
具体选择哪种方法,需要根据材料的性质、厚度和冲压件的形状而定。
2.工艺参数方面:控制冲压速度:合理控制冲压速度可以改变金属材料的应变速率,进而影响回弹程度。
一般来说,冲压速度越低,回弹越小。
但过低的冲压速度可能会引起堵塞或卡料等问题,需要根据具体情况进行调整。
模具加工精度:模具加工精度的高低对回弹补偿有很大影响。
较高的模具加工精度可减小冲压件的回弹量。
因此,在模具制造过程中要注意选择合适的数控机床和工艺,提高模具的加工精度。
控制冲压次数和冲程:多次冲压可以逐渐减小回弹量,但过多的冲压次数可能会引起模具磨损和加工效率低下。
合理控制冲压次数和冲程,以达到最佳的补偿效果。
注意辅助装置的设置:在一些特殊情况下,通过设置辅助装置,如强力顶针、强制定位装置等,可以有效控制回弹量,并提高冲压件的精度。
以上是一些关于冲压件回弹补偿的经验。
在实际应用中,还需要根据具体的冲压件和材料特性进行合理的调整和优化,以取得最佳的效果。
模具中克服回弹的方法
克服回弹常用有补偿法和校正法
一.一.补偿法
补偿法是指预先估算或试验所得的回弹量,在模具工作部分相应的形状和尺寸中予以”扣除”,从而使出模后的弯曲件获得要求的形状和尺寸.
线向内弯曲一角度,出模后工件回弹两边恢复垂直.
又如下图所示:
模具内底部凹入,出模后底部部弹平,促使两边向内,以抵削两边向外的回弹,从而保持垂直.
二.二.校正法
校正法是在模具结构上采取措施,使校正力集中在弯角处,力求消除弹性弯形,克服回弹.
如下图所示:
触,使校正力集中在较小的接触面上,提高单位面积的力.另如下图所示:
模具凹模的图面部分R大于凸模的圆角r和材料厚度t之和,能促使工件圆角部分材料峦薄,达到消除回弹效果.。
冲压成形中的回弹补偿技术研究近年来,随着制造业的快速发展和产品质量的提升要求,冲压工艺在金属加工领域中扮演着重要的角色。
然而,冲压成形过程中的回弹现象一直是制约产品精度和一致性的主要问题之一。
为了解决回弹问题,人们逐渐研究并应用回弹补偿技术,以提高冲压产品的成形精度。
本文将重点探讨冲压成形中的回弹补偿技术的研究现状和发展趋势。
一、回弹补偿技术的概述回弹补偿技术旨在通过对冲压模具或工艺参数的调整,减少或消除冲压成形过程中产生的回弹变形。
回弹补偿技术主要包括预弯补偿法、后补偿法以及基于数值模拟的补偿方法。
预弯补偿法是通过在冲压工艺前向工件施加逆向弯曲,利用弹性恢复力来补偿回弹变形。
后补偿法则是通过在冲压工艺后对工件进行补偿来消除回弹变形。
基于数值模拟的补偿方法则是在冲压过程中通过仿真模拟和优化算法,提前预测和调整工艺参数,实现回弹补偿。
二、回弹补偿技术的研究进展1. 预弯补偿法预弯补偿法是回弹补偿技术中的一种常用方法。
通过对工件进行逆向弯曲,能够在冲压过程中产生内应力,与回弹应力相互抵消,从而减少回弹变形。
然而,预弯补偿法存在补偿量与预测量不一致、批量生产不便等问题,需要进一步进行研究和改进。
2. 后补偿法后补偿法是在冲压成形过程后对工件进行局部或整体补偿的方法。
常用的后补偿法包括热处理补偿、机械修形补偿等。
热处理补偿通过对工件进行加热或冷却处理,改变其组织结构和性质,从而消除回弹变形。
机械修形补偿则是通过对工件进行二次成形,利用应力重分布来实现回弹补偿。
后补偿法虽然能够有效地减少回弹变形,但对工艺过程和设备的要求较高,成本较大。
3. 基于数值模拟的补偿方法基于数值模拟的补偿方法是近年来快速发展起来的一种回弹补偿技术。
通过建立冲压成形过程的数值模型,结合材料本构模型和优化算法,预测和优化冲压工艺参数,从而实现回弹补偿。
该方法能够较准确地预测回弹变形,并通过优化工艺参数,实现回弹补偿,提高产品精度。
然而,该方法在模拟过程中存在模型精度、计算复杂度等问题,需要进一步研究和改进。
冲压模具中的回弹解决办法对于各类冲压件来说,拉深模是最不好处理的,因为材料会产生流动,其它的类型,会处理一些,但像尺寸要求高的冲压件,回弹的问题有时候也是非常头痛的,目前部落还没有看到哪里有准备的回弹计算公式,一般都是大家凭经验,针对不同的材料,不同的R角来进行补偿处理.当然,产生回弹的影响因素我们都是比较清楚的,如果在修理模具方面,针对一些状况,我们还是可以找到有效控制回弹方法.回弹对于汽车冲压件来说是较难解决的问题,现阶段仅用软件分析理论回弹补偿量,在产品上增加加强筋控制回弹,但这样却不能完全控制回弹,还需要在模具调试阶段弥补分析回弹补偿量的不足,增加整形工序。
冲压件回弹的影响因素1. 材料性能在汽车身上有不同强度的冲压件,从普通板材到高强板,不同板材有着不同的屈服强度,板材的屈服强度越高,就越容易出现回弹现象。
厚板料零件的材料一般采用热轧碳素钢板或热轧低合金高强度钢板。
与冷轧薄板料相比,热轧厚板料的表面质量差、厚度公差大、材料力学性能不稳定,并且材料的延伸率较低.2. 材料厚度在成形过程中,板料厚度对弯曲性能有很大的影响,随着板料厚度增加,回弹现象会逐渐减少,这是因为随着板料厚度增加,参与塑性变形材料增加,进而弹性回复变形也增加,因此,回弹变小。
随着厚板料零件材料强度级别的不断提高,回弹所造成零件尺寸精度的问题越来越严重,模具设计和后期的工艺调试都要求对零件回弹的性质及大小有所了解,以便采取相应的对策和补救方案。
对于厚板料零件,其弯曲半径与板厚之比一般都很小,板厚方向的应力及其应力变化不容忽视.3. 零件形状不同形状的零件回弹差异很大,形状复杂的零件一般都会增加一序整形,防止成形不到位出现回弹现象,而更有一部分特殊形状零件比较容易出现回弹现象,如U型零部件,在分析成形过程中,必须考虑回弹补偿事宜。
4. 零件压边力压边力冲压成形过程是一项重要的工艺措施,通过不断优化压边力,可以调整材料流动方向,改善材料内部应力分布。
冲压件中的弹性回复研究概述:冲压件是一种常用的加工方法,广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
在冲压过程中,材料受到巨大的应力,因此产生了一定程度的弹性变形,即弹性回复。
本文将探讨冲压件中的弹性回复现象,以及对其进行研究的意义和方法。
一、弹性回复的定义和特点:冲压件的弹性回复是指冲压过程中材料在卸载后产生的回弹变形。
由于材料的弹性模量和材料厚度的影响,冲压件在卸载时会产生一定的回弹,导致最终产品与设计要求存在一定的偏差。
弹性回复一般表现为产品的形状不平整、尺寸偏差以及内外表面的不规则等现象。
二、弹性回复的影响因素:1. 材料特性:材料的弹性模量是影响弹性回复的重要因素之一。
弹性模量越大,产生的回弹变形就越小。
2. 冲压工艺参数:冲压工艺参数包括冲压速度、冲压力度、冲压次数等,这些参数的变化都会影响材料的回弹变形。
3. 模具设计:模具的结构和形状会影响材料的弹性回复。
合理的模具设计可以减少产品的回弹变形。
三、弹性回复的研究意义:1. 产品质量改进:通过深入研究弹性回复现象,可以提出相应的改进措施,减少产品的回弹变形,提高产品质量。
2. 工艺优化:研究弹性回复还可以帮助优化冲压工艺参数和模具结构,提高生产效率和降低成本。
3. 材料选择:了解不同材料的弹性回复特性有助于合理选择冲压材料,提高产品的可靠性和耐用性。
四、弹性回复的研究方法:1. 实验研究:通过设计不同的冲压试验,测量和记录产品的回弹变形,分析不同因素对回弹变形的影响。
可以采用光学测量方法、数值模拟等手段来获取准确的数据。
2. 数值模拟:利用有限元分析等数值模拟方法,模拟冲压过程中材料的变形和回弹情况,通过参数调整和模拟结果对比来研究和优化弹性回复现象。
3. 理论分析:基于弹性力学理论,结合特定的冲压工艺和材料特性,推导出描述弹性回复的数学模型,并通过计算和分析来深入理解和解决回弹现象。
五、弹性回复的控制方法:1. 优化工艺参数:通过调整冲压速度、冲压力度、冲压次数等工艺参数,减小冲压件的回弹变形。
补偿回弹的冲压件模具设计方法
作者:李文平边文德郭宝峰
1引言
板料冲压成形后存在回弹,回弹是冲压生产中的主要缺陷之一。
合理地设计模具是减小回弹的有效方法。
传统的任意三维型面的成形,在补偿回弹变形时一般仍采用"试错法"(trial-and-errox)。
这种方法需要操作者有很高的技能和丰富的经验,并且成功与否伴有一定的偶然性。
对复杂的铝车身覆盖件,在模具试制阶段仅为补偿回弹的修模时间就需半年多,所以,传统的"试错法"耗费了大量的财力和时间。
随着计算机硬件和软件技术的提高,使有限元数值模拟技术成功地应用到薄板成形领域,能够比较准确地预测冲压件成形中的各种缺陷。
如果板料成形回弹预测准确,并巨采用数值迭代方法完成补偿过程的时间少于现在实际生产中采用的"试错法",那么采用数值模拟方法将大人节约模具开发资金和缩短新产品研发周期。
本文提出基于数值模拟迭代过程的"循环位移补偿"设计模具方法,并将其应用于一小型铝合金三维板料成形的模具补偿过程;通过多次循环计算得出合理的模具形状,最终获得形状精度高的工件。
2基于数值模拟补偿回弹的循环位移补偿法
"循环位移补偿"的模具设计力法就是利用有限元数值模拟计算回弹量来修正模具型面,其步骤是:从初定的模具型面的结点位移反向减去模拟计算的相应结点回弹量,得到用于补偿回弹的模具型面。
金属板料首先用试探模具(对于第一次循环,试探模具形状和工件相同)成形,计算成形回弹后的工件形状。
此工件与目标工件比较,如果存在的形状误差超出容许值,就从模具形状中减去形状误差,得到新的模具型面。
在下一循环中,金属板料将用这一新的试探模具型面成形。
如果成形工件的形状与目标工件误差仍超出容许值,将再次从试探模具型面反向减去这一循环的形状误差,得到更新的模具型面,进人下一循环,直到成形的工件形状满足要求。
具体计算过程为:首先按目标工件形状建立凸凹模型面,应用软件ANSYS/LS-DYNA动态显式模拟簿板成形;把成形前板料的单元结点坐标及成形分析得到的冲压件成形后的结点
位移分别存人数据文件、heel.dat和form.dal,把数据文件Loan.dat和数据文件sheet.dal 相加可得到目标工件的结点坐标数据文件part.dal;把动态显式模拟得到的、保存有儿何形状和应力的成形工件用静态隐式进行卸载过程模拟,得到的结点回弹位移存入数据文件springback.dat,把part.dat和springback.dal的相应结点位移坐标数据相加,得到成形回弹后的工件形状结点坐标,存人数据文件newpart.dal;比较文件part.dat和newpart. dat,即可得出试冲工件与目标工件的型面误差;如果试冲工件与目标工件的型面误差较大,将从newpart.dat按一定比例减去springback.dat,得到考虑回弹后应成形的工件形状文件newform.dat。
为建立新的冲压模具形状,在三维CAD软件UG中利用newform.dat中工件坐标点云生成有实际板厚的片体,拾取片体的部分表面通过偏移生成模具型面。
把得到的新模具型面数据文件以IGES格式存储转人到分析软件ANSYS/LS-DYNA中,进行新的成形-回弹-误差分析过程。
下面就这种基于回弹预测的模具型面设计的过程和效果给出一个算例。
3数值模拟补偿回弹的模具型面设计算例
3.1有限元模型
模拟的冲压工件如图1所示,具有以下特点:(1)工件曲率小,成形时塑性变形不充分,回弹较大;(2)工件尺寸小(坯料尺寸100mm*80mm),可缩短数值模拟计算过程迭代时间,便于在配置低的微机上短时间内完成;(3)金属板料成形时,在压边区域不会出现褶皱,可避免分析褶皱问题;(4)YZ截面呈U型,冲压件底部平面与压料面曲率相同,侧壁部分与XY平面有一定夹角。
图1三维零件图
由于工件形状对称,在工件截面A-B(x=0)处和裁面A-C(z=D)处的二维形状可代表整个三维形状,如图2和图3所示,且有限元模型取整体的1/4,如图4所示。
单元类型为BT壳单元,板料单元尺寸为1.0mm*1.0mm,板厚方向积分点数为5个,圆角处单元数为7个,应用3参数Barlat屈服准则.板料选用东北轻合金的铝板5754M,其成分及单向拉伸实验得到的材料性能参数见表1及表2。
3.2循环计算及结果
首先,对该冲压件进行成形--回弹的有限元数值模拟。
模具形状和目标工件匹配,完全成形时的冲压件如图5所示。
冲压件的回弹预测结果如图6所示,从图中可以看出,回弹变形很不均匀,工件上D处的回弹变形最大,可达0.72mm;翼边BD和CD回弹较大,回弹量沿BD边由B点的0.1mm到D点增大至0.72mm,CD边回弹变形量。
其次,为了减小工件的形状误差,根据回弹计算结果对模具形状进行了两次修正,分别在三维建模软件UG中将回弹变形按50%和70%比例反向施到工件模型的结点坐标上,得到修正后的工件形状点云,该点云在UG中被用来生成片体。
由于在UG中利用结点坐标点云形成片体时,需要使用剪切面把点云外的多余片体部分剪除掉,在CAD模型中会留有多余的剪切线;同时,在补齐凹模圆角和板料支撑面时,面与面之间的边线不一定共享,所以为了便于划分单元网格,有必要把CAD模型中多余的线删除掉,一般采用Hypermesh处理。
但由于本算例CAD模型较简单,是在ANSYS/LS-DYNA前处理中对CAD模型进行处理,再补上板料的模型,就得到了完整的CAD模型。
得到修正后的冲压件形状,然后对此工件形状向上偏移1个板料厚度(模具采用刚性壳单元划分,单元厚度和板料厚度相同。
)得到凸模形状,并上移1个冲压行程确定凸模位置;对工件形状向下偏移1个板料厚度,得到凹模形状;补齐凹模圆角和板料支撑面,得到模具型面(图10),最后以ICES文件记录,作为下一次成形回弹循环模拟计算的模具CAD模型。
在建立了CAD模型后,建立有限元模型,进行下一次成形-回弹模拟计算。
计算表明,本算例仅需要二次循环、两次补偿修正就使得到的模具型面成形的工件与目标工件的误差非常小。
第三次循环计算得到的工件与目标工件及采用的模具型面在A-B,A-C,B-D和C-D 截面处的偏差如图11和图12所示。
可以看出,所得工件的形状尺寸偏差显著降低,最大偏差处(D点)仅为0.1mm所得工件与目标工件型面吻合的非常好,如图13所示。
4实验验证
通过实验验证循环位移补偿法设计的模具补偿回弹的效果。
制作两套模具,分别根据目标工件和反向补偿得到的模具型面的数模生成的数控代码在数控铣床上加工得到,如图14
所示,由凸模、凹模组成。
在两套模具上各进行了8次实验,实验所得工件如图15所示。
由于实验试件小,若在大吨位液压机上进行实验,位移控制不准确,且在成形工件上施加大的校正力,也不会出现预想的回弹,所以实验是在WE-108型材料实验机上进行。
WE-108型材料实验机的工作台和活动横梁无T型安装槽,凸凹模不能利用模架紧固在上面,所以仅设计加工了凸凹模。
实验时,板料依靠模具上事先划好的线定位,而凸模的定位依靠在本身和板料上划的线与凹模对正。
另外,为了对比采用三坐标划线测量机测得的工件数据和数值模拟数据,测量的轨迹应和数值模拟时板料划分的结点对应。
前面零件上C-D截面和B-D截面也是节点的位置,但由于是零件的边界,实际上无法测得准确值,所以在实验前在板料上还划了便于三坐标测量的轨迹线,靠近试件边界划线的位置分别离边界是5个和3个单元格,见图1中的EF和FG线。
图11第三次循环的工件与目标工件在A-B和C-D截面的尺寸偏差
图12第三次循环的工件与目标工件在A-C和B-D截面的尺寸偏差
图13第三次循环的工件、目标工件和模具型面
冲压实验讨程如图16所示,用三坐标测量机对冲压试件进行了测量,测量所结果如图17和图18所示。
图17经补偿和未经补偿的模具得到的工件与目标工件在A-E和F-G截面比较
图18经补偿和未经补偿的模具得到的工件与目标工件在E-F和A-G截面比较
从测量的数据可以看出,经补偿的模具所得工件的测量结果与目标工件非常接近,而依据目标工件制作模具得到的工件却与目标工件在这几个截面处相差较大,回弹变形很大。
未经补偿的模具得到的工件在A-E.E-F和F-G截而最大误差分别为0.14,0.40和0.38mm;而补偿后得到的工件与目标工件在A-E,E-F和F-G截面最大误差分别为0.44,0.14和0.10 mm;由于A-G截面成形充分,回弹量小,补偿也小,所以补偿前后与目标工件误差很小。
因此,可以说经过三次模拟循环和两次修正所得模具型面加工出的工件精度已经大大提高,同时说明采取循环位移补偿法来修正模具型面补偿回弹误差是可行的。
5结论
提出了一种基于数值模拟预测回弹的冲压件模具设计方法,即冲压件CAD模型-冲压模具CAD模型-冲压模具CAE模型-能够进行回弹变形补偿的冲压模具CAE模型-符合设计要求的模具CAD模型的设计过程。
利用此方法对一小型三维弯曲冲压件的模具型面进行了设计。
数值模拟和实验结果证明,这种模具设计方法对纠正冲压件回弹误差非常有效。
(end)。