钣金_07基于回弹自动补偿的模具设计

基于回弹自动补偿的模具设计

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李光俊1,许旭东1，王书恒，王玮

(1,成都飞机工业（集团）有限责任公司;2,伊塞-埃特控股有限公司)

0.前言

回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，严重影响了模具设计的正确性和准确性，回弹效应使按照零件的理论要求形状设计制造出的模具生产出的零件不符合零件设计的要求。因此，要想得到符合零件设计要求的形状，就必须改变模具的形状，这种以生产得到零件设计要求形状为目标，设计生产模具形状，然后对模具进行一定的修正使以消除回弹影响的模具设计方法称为回弹补偿的模具设计方法。

传统的模具设计补偿方法使在钣金车间现场试模实施，通过人工手动修模实现的。人工手动修模的过程是一个依赖钳工的丰富经验的试凑过程：通过一次又一次的修模和一次又一次的试模，反复修正，直到获得所需要的模具形状。很明显，这个修模过程是一个费时、费力、费钱的落后的回弹补偿方法。

本文以专业的板料成形数值模拟软件Pam-stamp 2G的回弹自动补偿功能（DIE COMPENSATION模块）为基础，建立基于虚拟试模过程的模具回弹自动补偿方法，从而使以往“只能意会，不能言传”的修模“艺术”成为在计算机上实现不依赖人的模具设计方法。

1.模具回弹补偿原理

本文提出模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。它是先按照零件的设计要求形状设计出初始模具形状，经过有限元离散后输入专业板料成形数值模拟软件Pam-stamp 2G中，经过成形模拟和回弹计算分析，获得了板料成形回弹后形状。

将板料成形回弹前后形状和初始模具形状输入Pam-stamp 2G中DIE COMPENSATION模块，软件将进行模具回弹自动补偿，得到模具修正后模具形状；然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较，判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。若满足设计误差要求，输出模具回弹补偿结果；若不满足设计误差要求，软件重新进行回弹自动补偿循环，直到得到符合设计误差要求的最好的模具回弹补偿结果。

利用Pam-stamp 2G进行模具回弹补偿流程图如图1所示。其中DIEMAKER 模块能够在几分钟内完成模面和工艺补充面的设计与优化。它能快速地通过参数迭代的方法获得实际的仿真模型，并快速地分析判断零件有无过切（负角）和计算出最佳的冲压方向，然后可以非常简单地对模面和工艺补充面的几何形状进行修改。ATUOSTAMP模块采用显式增量算法，是一种基于材料物理学，对金属成形过程进行精确预测的算法，能提供金属成形过程的工业验证和可信的仿真，从而满足工程上的需求。DIE COMPENSATION模块是基于零件设计要求形状的

虚拟修模迭代过程。其完成回弹自动补偿功能非常强大，无须人为干预，回弹补偿过程软件自动完成，DIE COMPENSATION 使用方法简单，是以目标为导向的软件回弹补偿工具。

图1 Pam-stamp 2G 进行模具回弹自动补偿流程图

2.Pam-stamp 2G 回弹自动补偿过程分析

本文所提出的模具回弹补偿方法是基于零件回弹量大小修改模具型面的虚拟试模的方法，为了验证此方法的有效性，下面用Pam-stamp 2G 做一个实际叶片零件的模具回弹自动补偿过程，直观有效地验证Pam-stamp 2G 的回弹自动补偿功能。

由于回弹量大小的影响因数有很多，如有材料参数、工艺参数、初始毛坯的形状和厚度等。改变其中的任何一个参数，就必然影响回弹计算的结果，同时也就影响到回弹补偿的结果，因此，要得到一个实际件的正确可靠的回弹补偿结果，必须首先确定合适的材料参数、工艺参数和初始毛坯的形状和厚度。

模拟本实际件冲压成形采用的有限元模型如图2所示，分别显示了凹模DIE 、凸模PUNCH 、压边圈BINDER 和毛坯板料BLANK 的有限元模型。

图2 叶片的有限元模型图

毛坯BLANK 板料的材料为St12，板料厚度为1mm ，密度为7800 kg/m ，弹性模量为192GPa ，泊松比为0.3，各向异性系数r0、 r45 和r90分别为0.616、0.646和0.778，材料St12采用的硬化法则为Krupkowsky 法则，其硬化曲线为30(n p K )σεε=?+=0.01985，K=562MPa ，n=0.1969。

0ε，其中本实际件的冲压成形工艺参数为：压边力为20KN ，摩擦润滑条件等效为摩擦系数为0.12，模拟冲压成形速度为2m/s 。

首先用Pam-stamp 2G 模拟进行冲压成形后，不改变工艺参数和材料参数，得到回弹量结果分布图如图3所示。

图3 回弹补偿前成形零件回弹大小分布图

从图3 中可以看出：零件的两个尖端的回弹量最大，其数值最大有1.044mm；零件中间部位回弹量最小，回弹量是从两端最大向中间最小递减分布，回弹量大小分布形式和实际生产过程中产品产生的回弹量大小分布形式是基本一致，这明显说明专业的钣金成形模拟软件Pam-stamp 2G可以比较准确地预测回弹量的大小和分布形式。

由于此零件的回弹量很大，不能满足设计要求，因此要进行模具回弹补偿设计，利用Pam-stamp 2G进行模具回弹自动补偿设计过程以解决这个问题，软件判断模具回弹自动补偿的结果是否符合设计要求的标准是：将回弹自动补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，把回弹计算后的零件形状与理论要求的形状进行对比，如果两者误差达到设计误差要求，就可以认为模具回弹补偿结果已经得到；反之，则要进行下一轮回弹自动补偿循环，以得到最合适的回弹补偿结果。

分析第一次模具回弹自动补偿后进行成形模拟和回弹计算分析结果，通过Pam-stamp 2G的测量工具测量知道：零件回弹后两个尖端与理论要求形状只有0.5mm的间距，只有回弹补偿前回弹量1.044mm的一半，说明回弹自动补偿后的模具生产的零件与理论形状更接近，更符合零件理论形状。

第二次模具回弹自动补偿循环结果如图5所示，通过Pam-stamp 2G的测量工具测量知道：零件回弹后两个尖端与理论要求形状只有0.2mm的间距，比回弹自动补偿前回弹量1.044mm小很多，说明回弹补偿后的模具生产的零件与理论形状非常接近，很符合零件理论形状，已经满足设计要求误差，因此认为进行两次模具回弹自动补偿的结果已经符合本实例的模具回弹补偿要求。

图5显示了模具两次回弹自动补偿后形状与初始模具形状的比较，从图5中可以看出：回弹自动补偿后的模具型面比初始模具型面更向上翘（图5中Z 轴正方向），两尖端回弹补偿量最大，中间部分回弹补偿最小，回弹补偿量分布与模具回弹量分布是基本一致的，这也就说明Pam-stamp 2G是基本根据计算回弹量大小进行回弹自动补偿的，而不是人工手动去进行模具回弹补偿过程，从根本上解决了模具回弹补偿问题。

图4 第二次模具补偿循环结果回弹计算结果 图5 第二次模具补偿循环结果

3.总结

本文以Pam-stamp 2G 自动补偿功能为基础，提出了进行模具自动回弹补偿方法解决模具回弹问题，建立了基于模具回弹自动补偿的模具设计方法，从根本上解决了消除模具回弹影响的问题。该方法的基本思路是：利用Pam-stamp 2G 进行零件的成形过程模拟和回弹计算过程模拟，预测零件各个部位的回弹量；以零件回弹后形状与设计要求形状的几何误差为依据，修正初始模具的形状，生成了新的模具形状；采用新的模具再进行成形-回弹模拟过程，获得下一步零件回弹后的几何误差；反复进行上面的回弹补偿循环直到零件回弹后的几何形状与设计要求形状的误差满足工艺要求为止。

利用Pam-stamp 2G 进行模具回弹自动补偿的方法的优势是：整个回弹补偿过程是Pam-stamp 2G 软件自动完成，不用人为手动去修改模具型面，在全面地考虑了各种回弹影响因数后进行准确的回弹自动补偿过程，得到合理回弹补偿结果。上文中的一个实际叶片零件的回弹自动补偿过程的实际例子有力证明了利用Pam-stamp 2G 进行模具回弹自动补偿的方法是有效可靠的。

作者介绍：

李光俊，成都飞机工业（集团）有限责任公司，主任工艺师。

dynaform回弹补偿流程

Dynaform回弹补偿流程详解DynaForm软件从5.7版本开始增加了回弹补偿模块（SCP），用户可以在重力、拉延、修边和翻边、回弹等一系列工艺过程CAE仿真之后，通过回弹补偿模块将回弹计算出的数值直接按照一定的系数补偿回模具上，减少实际的模具试模次数，缩短产品的开发周期并降低成本。 DynaForm中回弹补偿的基本流程如下图所示（此图片引用于DynaForm 软件帮助文件）。 图1 DynaForm中回弹补偿的基本流程

从上图可以看出，要进行补偿，需要首先进行拉延和回弹计算，也就是说必须有一次拉延分析，并得到一个合理的回弹结果；软件第一次进行回弹补偿需要2个Dynain文件（一个是回弹前一步的，可能为拉延也可能为修边，第二个是回弹本身的）。 在DynaForm软件本身的Manual手册的Application手册中的第三个案例是关于回弹补偿的，但是案例本身说的比较简略，也没有详细的描写多次补偿需要注意的事项，还有就是DynaForm软件个版本本身的不稳定性，导致计算回弹补偿非常困难，本文从拉延开始，详细诉述多次回弹补偿（案例补偿2次，第2次之后和第2次分析方法一致）方法； 此次分析使用的模型如下： 材质：DP800，厚度2mm 分析软件：DynaForm5.9.2.1 操作系统：Windows 7 X64

图2 分析使用的模型 工艺说明： 如上图所示的零件，V型零件，使用一步成型，肯定会有回弹，通过补偿可以适当补偿，冲压模具如下： 图3 冲压模具 1.第一次成型分析及回弹 具体成型分析及回弹分析设置步骤在此不一一详述，第一次成型分析结果如下：

补偿回弹的冲压件模具设计方法

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。

dynaform回弹补偿流程

Dynaform回弹补偿流程详解 DynaForm软件从5.7版本开始增加了回弹补偿模块（SCP），用户可以在重力、拉延、修边和翻边、回弹等一系列工艺过程CAE仿真之后，通过回弹补偿模块将回弹计算出的数值直接按照一定的系数补偿回模具上，减少实际的模具试模次数，缩短产品的开发周期并降低成本。 DynaForm中回弹补偿的基本流程如下图所示（此图片引用于DynaForm软件帮助文件）。 图1 DynaForm中回弹补偿的基本流程 从上图可以看出，要进行补偿，需要首先进行拉延和回弹计算，也就是说必须有一次拉延分析，并得到一个合理的回弹结果；软件第一次进行回弹补偿需

要2个Dynain文件（一个是回弹前一步的，可能为拉延也可能为修边，第二个是回弹本身的）。 在DynaForm软件本身的Manual手册的Application手册中的第三个案例是关于回弹补偿的，但是案例本身说的比较简略，也没有详细的描写多次补偿需要注意的事项，还有就是DynaForm软件个版本本身的不稳定性，导致计算回弹补偿非常困难，本文从拉延开始，详细诉述多次回弹补偿（案例补偿2次，第2次之后和第2次分析方法一致）方法； 此次分析使用的模型如下： 材质：DP800，厚度2mm 分析软件：DynaForm5.9.2.1 操作系统：Windows 7 X64 图2 分析使用的模型 工艺说明： 如上图所示的零件，V型零件，使用一步成型，肯定会有回弹，通过补偿可以适当补偿，冲压模具如下：

1.第一次成型分析及回弹 具体成型分析及回弹分析设置步骤在此不一一详述，第一次成型分析结果 如下：

回弹的距离大约是0.6mm,此零件公差要求在0.1mm以内，所以需要进行回弹补偿； 回弹补偿的方式有2种，一种是在3D软件中，根据CAE的分析结果，手动的处理模型，对于复杂的零件，这种处理过程很繁琐，第二种就是用本文的方法，使用DynaForm软件的回弹补偿功能进行自动的补偿并映射曲面用于实际的模具设计或模具加工； 2.第一次回弹补偿 在进行补偿计算前，一定要确认第一次的分析正常终止，并有Dynain文件 存在方可，回弹补偿的具体步骤如下：

钣金_07基于回弹自动补偿的模具设计

基于回弹自动补偿的模具设计 22 李光俊1,许旭东1，王书恒，王玮 (1,成都飞机工业（集团）有限责任公司;2,伊塞-埃特控股有限公司) 0.前言 回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，严重影响了模具设计的正确性和准确性，回弹效应使按照零件的理论要求形状设计制造出的模具生产出的零件不符合零件设计的要求。因此，要想得到符合零件设计要求的形状，就必须改变模具的形状，这种以生产得到零件设计要求形状为目标，设计生产模具形状，然后对模具进行一定的修正使以消除回弹影响的模具设计方法称为回弹补偿的模具设计方法。 传统的模具设计补偿方法使在钣金车间现场试模实施，通过人工手动修模实现的。人工手动修模的过程是一个依赖钳工的丰富经验的试凑过程：通过一次又一次的修模和一次又一次的试模，反复修正，直到获得所需要的模具形状。很明显，这个修模过程是一个费时、费力、费钱的落后的回弹补偿方法。 本文以专业的板料成形数值模拟软件Pam-stamp 2G的回弹自动补偿功能（DIE COMPENSATION模块）为基础，建立基于虚拟试模过程的模具回弹自动补偿方法，从而使以往“只能意会，不能言传”的修模“艺术”成为在计算机上实现不依赖人的模具设计方法。 1.模具回弹补偿原理 本文提出模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。它是先按照零件的设计要求形状设计出初始模具形状，经过有限元离散后输入专业板料成形数值模拟软件Pam-stamp 2G中，经过成形模拟和回弹计算分析，获得了板料成形回弹后形状。 将板料成形回弹前后形状和初始模具形状输入Pam-stamp 2G中DIE COMPENSATION模块，软件将进行模具回弹自动补偿，得到模具修正后模具形状；然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析，将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较，判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。若满足设计误差要求，输出模具回弹补偿结果；若不满足设计误差要求，软件重新进行回弹自动补偿循环，直到得到符合设计误差要求的最好的模具回弹补偿结果。 利用Pam-stamp 2G进行模具回弹补偿流程图如图1所示。其中DIEMAKER 模块能够在几分钟内完成模面和工艺补充面的设计与优化。它能快速地通过参数迭代的方法获得实际的仿真模型，并快速地分析判断零件有无过切（负角）和计算出最佳的冲压方向，然后可以非常简单地对模面和工艺补充面的几何形状进行修改。ATUOSTAMP模块采用显式增量算法，是一种基于材料物理学，对金属成形过程进行精确预测的算法，能提供金属成形过程的工业验证和可信的仿真，从而满足工程上的需求。DIE COMPENSATION模块是基于零件设计要求形状的

回弹补偿

第九章回弹补偿 回弹补偿模块（SCP）是eta/DYNAFROM 5.6中新增加的一个用于工具回弹补偿计算的模块。通过使用诸如铝合金、高强度钢以及超高强度钢之类的高级板料，既减轻了车体的重量，又保证了汽车的安全性能。随着高级板料被越来越多的应用到车体制造中，金属冲压工业领域也涌现出若干新课题。其中一个重要的课题就是成形后由于板料弹性回复和不均匀的应力分布导致的回弹现象。 传统上，回弹可以通过过度弯曲、整形等方式在车间解决。现在在预测钣金零件回弹以及有效地对模具进行回弹补偿方面，冲压CAE软件扮演着一个重要的角色。用户可以在经过拉延、修边和翻边等一系列工艺过程后采用冲压CAE 软件进行回弹分析。但是如果要对原始模具曲面进行补偿以解决回弹问题，这就需要使用回弹补偿技术。几十年来，回弹补偿都是依靠工程师的经验完成的。如今，随着计算机硬件和软件技术的不断发展，回弹补偿可以方便地在如eta/DYNAFORM之类的CAE软件中得到解决。 在eta/DYNAFORM中，通过进行回弹补偿，可以修正回弹后的零件形状，从而达到所需零件设计的尺寸公差。如图9.1所示，回弹补偿在一系列成形模拟和回弹分析之后进行。

图 9.1回弹补偿流程示意图 在eta/DYNAFORM中，回弹补偿菜单如图9.2所示。包括回弹补偿模块（COMPENSATION）、补偿结果检查（RESULT CHECK）、网格拓朴结构修复（TOPOLOGY REPAIR）、变形（MORPHING）和曲面映射（SURFACE MAPPING）功能。下面将对每一个功能进行的详细介绍。 图9.2回弹补偿菜单 9.1回弹补偿（COMPENSATION） 在进行回弹补偿之前，用户需要分别导入回弹前和回弹后的结果文件

国际领先的回弹补偿解决方案

国际领先的回弹补偿解决方案Compensator Compensator, 方案, 回弹, 国际 汽车行业国际竞争非常激烈，要求汽车厂商不断缩短产品上市周期，并不断推出新产品，同时，市场还要求汽车低消耗、更加轻便安全，这驱动了汽车制造厂商对于高强度钢、铝合金及复杂合成材料的使用。回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，按照零件的理论形状设计制造出的模具，所生产出的零件会由于回弹现象而不符合设计要求，严重影响了模具设计的正确性和准确性。因此，要想得到符合要求的形状，就必须改变模 具型面的形状。 用户面临的问题 ?传统的模具设计补偿方法是在模具车间现场试模实施，通过人工手动修模实现的，修改模具型面的次数 较多，增加了模具的试模次数，模具的设计与制造周期长； ?采用CAD软件来手工修改模具的型面，修改过程是一个费时的、落后的回弹补偿方法，并且修改后的模 型曲面质量不好； ?工程师通过优化FEA步骤，获得尽可能准确的板料成型和回弹结果。但是FEA工作和CAD模具设计工作是独立的，需要客户花费大量的时间和精力把结果反馈到模具设计的型面修改设计中去。 Compensator：解决回弹补偿问题 通常，企业采用试模或CAE两种方法来预防回弹，这两种方法都存在一个耗时费力的问题，那就是如何快速的根据试模或CAE的数据来修改模具型面。Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工 具，它提供了上述两种问题的解决方法。 CMD（compensator adaptation based on measured data）基于扫描点的回弹补偿修改。CMD是根据测量实物的点数据来修改3D模型，Compensator的处理步骤如下： ?通过坐标测量仪或白光测量仪获取实物上的点数据，