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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，沖壓屬于一種常見工藝，金屬以及非金屬材料在加工過程中可能面臨回彈問題，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(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法，利用有限元模型進(jìn)行分析，綜合考慮受力、形變、回彈等問題，設(shè)計(jì)往復(fù)式?jīng)_壓件模具，再利用實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)方法的可行性。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)償回彈；有限元模型；往復(fù)式?jīng)_壓件模具

中圖分類號(hào)：TG385

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(shù)情況下板料無需加熱，故稱冷沖壓，又簡稱冷沖或沖壓。

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)帶來影響，使板材在加工過后出現(xiàn)回彈問題，如果這種回彈的幅度較小，肉眼可能無法分辨，但在實(shí)際使用過程中，由于工件精度不足，可能影響使用價(jià)值。

就補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討有一定的實(shí)際意義。

1 回彈問題的出現(xiàn)以及影響

1.1 板材的回彈

常規(guī)的沖壓過程中，板材會(huì)按照模具狀況不斷出現(xiàn)形變，直到滿足實(shí)際使用需求。回彈問題在這一過程中是始終存在的，此前技術(shù)人員一般通過“試錯(cuò)法”進(jìn)行處理，但結(jié)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，回彈問題往往十分嚴(yán)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(nèi)出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象屢見不鮮，比如汽車使用的鋁材，部分構(gòu)件的回彈率甚至超過 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(shù)控機(jī)床所用工件為例，在沖壓制造完成后，存在回彈問題的工件被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，會(huì)造成精度、剛性的下降，并進(jìn)一步影響機(jī)床的電動(dòng)穩(wěn)定性。

數(shù)控機(jī)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(fù)載條件下機(jī)床的加工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的形變量，形變量越大、精度越低。

應(yīng)用存在回彈問題的工件，機(jī)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(yán)等問題，進(jìn)一步降低剛性，而電動(dòng)機(jī)工作帶來的小幅位移則會(huì)加劇回彈工件的破壞作用，使機(jī)床的加工成果無法得到保證。

2 補(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)方法

2.1 設(shè)計(jì)思路

回彈問題雖然廣泛存在于各類板料的加工作業(yè)中，但帶有一定的規(guī)律性，如進(jìn)行一次沖壓的板材可能存在較為嚴(yán)重的回彈問題，而反復(fù)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(bǔ)償回彈的沖壓件模具設(shè)計(jì)也以此為切入點(diǎn)，分析可行思路。

模具設(shè)計(jì)的核心理念為往復(fù)式加工，可以在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，其工作的基本流程是，了解加工物的特點(diǎn)，建立流水線，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(fù)加工的過程中逐步降低沖壓力度，實(shí)現(xiàn)對其外形的有效控制，避免回彈問題。

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

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

將回彈后的工件形狀與目標(biāo)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(fù)加工所需負(fù)載的基礎(chǔ)。在往復(fù)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(biāo)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(fù)加工所需力負(fù)載的基礎(chǔ)，直到成形的工件形狀滿足要求，往復(fù)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(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立，收集不同工件的基本使用要求和加工存在的問題、加工流程，建立涵蓋上述內(nèi)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(yán)格的精度控制。

加工存在的問題也主要在機(jī)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(xiàng)內(nèi)容為基礎(chǔ)，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(yán)重回彈問題的結(jié)構(gòu)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(yīng)用外力破壞板材固有的物理特征，并通過模具對其進(jìn)行規(guī)范，在這一過程中，板材首先受力，之后出現(xiàn)形變，并在整個(gè)過程中不斷回彈。

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

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