適合于深沖壓加工的金屬材料是板材變形加工中最常用的材料。在遇到問題時(shí)，人們清楚的知道如何解決，而彈性回彈也是人們能夠掌握的一個(gè)問題。但這些普通的鋼材必須退出現(xiàn)代化的高強(qiáng)度板材應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)樾滦筒牧显谧冃渭庸ぶ杏兄艽蟮睦щy，多年來人們掌握的關(guān)于彈性回彈的經(jīng)驗(yàn)在新材料的變形加工中毫無用處。高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的鋼材或者鋁合金材料在輕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著重要的作用。但是比普通深沖壓鋼材更大的彈性回彈使人們很難確定它的用途。變形加工模擬和材料性能的預(yù)測因此變的非常困難。在高強(qiáng)度鋼材的變形加工中，隨著相變的出現(xiàn)材料晶格結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。這種現(xiàn)象在大多數(shù)金屬材料模型中還沒有出現(xiàn)過。
計(jì)算彈性回彈
傳統(tǒng)板材裂紋和褶皺失效理論是根據(jù)人們對板材延伸變化觀察得出的。當(dāng)彈性回彈發(fā)揮“作用”時(shí)，傳統(tǒng)的失效預(yù)測模型已經(jīng)無能為力了。此時(shí)起到關(guān)鍵作用的是應(yīng)力，也就是說要有很高的精度等級。
圖1 利用彈性回彈模擬軟件模擬的汽車C立柱
在模具的設(shè)計(jì)制造過程中，彈性回彈是依靠設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹Ｆ淠康氖潜M可能的從模具中選出符合技術(shù)要求的工件（圖1）。在計(jì)算機(jī)軟件的幫助下可以大大的減少模具試驗(yàn)調(diào)試的次數(shù)。而通常情況下，變形加工模具的試驗(yàn)調(diào)試時(shí)間都非常緊迫，是模具生產(chǎn)過程中最后的階段。在模具設(shè)計(jì)中，有許多不確定的因素，而每一套模具又都是一個(gè)復(fù)雜的綜合機(jī)械部件，一個(gè)共同作用的整體。許多工作是同時(shí)平行進(jìn)行的，出現(xiàn)的沖突和矛盾自然而然的影響著供貨期和制造費(fèi)用。
圖2 深沖壓工藝示意圖：模具（藍(lán)色），壓板（紅色），沖頭（綠色）
圖3 深沖壓變形加工時(shí)的作用面：壓板作用面（紅色），凸模作用面（綠色），收縮流動面（黃色）和工件（藍(lán)色）
開始時(shí)利用模擬技術(shù)對模具零部件進(jìn)行模擬，以保證模具制造的可靠性。在這一過程中應(yīng)首先檢驗(yàn)彈性回彈問題，保證從幾何尺寸到形狀能完全補(bǔ)償彈性回彈。然后才能開始考慮補(bǔ)償?shù)拇胧榱四茇瀼剡@些補(bǔ)償措施，Autoform軟件系統(tǒng)在模具內(nèi)部定義了三個(gè)不同的區(qū)域（圖2）。在第一個(gè)區(qū)域中，彈性回彈被完全補(bǔ)償平衡。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，每個(gè)作用面，也就是模具的每個(gè)使板材變形的表面，都與模擬的結(jié)果進(jìn)行匹配，其形狀相當(dāng)于產(chǎn)品工件加上變形補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域。不變化的是第二個(gè)區(qū)域，它的典型特點(diǎn)是模具壓緊后保持不變。第三個(gè)區(qū)域是板件設(shè)計(jì)中凸起部分所在的區(qū)域，是上述兩個(gè)區(qū)域之間的過渡區(qū)域，即沖壓工件凸起、凹陷的區(qū)域。在Autoform軟件中生成這三個(gè)區(qū)域之后，軟件系統(tǒng)會自動的進(jìn)行區(qū)域選擇（圖3）。工人可以隨時(shí)進(jìn)行手動操作，以便把自己的想法加入到三個(gè)區(qū)域之中。計(jì)算機(jī)軟件會自動分析、確定最終產(chǎn)品進(jìn)行彈性回彈補(bǔ)償?shù)奈恢煤蛿?shù)值。補(bǔ)償量的方向與彈性回彈的方向相反。完成補(bǔ)償量調(diào)整的模具作為下一次模擬的基礎(chǔ)。通常情況下，經(jīng)過2~3次這樣的補(bǔ)償和模擬之后就可以得到符合圖紙要求的零件了，工件中殘剩的彈性回彈量已在公差允許的范圍之內(nèi)了。
公差范圍內(nèi)的參數(shù)模擬
經(jīng)過上述彈性回彈的補(bǔ)償模擬，得到的是變形加工參數(shù)不變時(shí)的一個(gè)模擬計(jì)算結(jié)果。但是在大批量生產(chǎn)過程中，許多變形加工的工作參數(shù)是變化的。典型的偏差和誤差往往與材料的特性有關(guān)，例如板厚、強(qiáng)度或者板材軋制方向所引起的變形加工性能。其他的一些影響因素還包括：摩擦、板材的壓緊力、板材的定位精度等，也都對彈性回彈有一定的影響。若要使模擬計(jì)算更加接近實(shí)際，從而提供更具說服力的模擬結(jié)論，則需要在規(guī)定的公差極限范圍內(nèi)使用大量變量參數(shù)進(jìn)行彈性回彈的補(bǔ)償模擬，也就是對實(shí)踐的“模擬”。
圖4 沖壓模具內(nèi)三個(gè)區(qū)域的定義，以便補(bǔ)償工件的幾何形狀濾清器
Autoform-Sigma彈性回彈補(bǔ)償模擬軟件能自動的提供彈性回彈發(fā)生范圍內(nèi)的統(tǒng)計(jì)評價(jià)結(jié)果，對變形加工的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)（圖4）。根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)評價(jià)結(jié)果確定影響彈性回彈的主要因素是偏差。從而可以在變形加工模具制造過程的早期對沖壓生產(chǎn)能力做出預(yù)測。變形加工參數(shù)的匹配可以在生產(chǎn)過程參數(shù)賦值時(shí)進(jìn)行，也可以在沖壓工藝方案的制定中進(jìn)行，甚至在修改零部件時(shí)進(jìn)行。Autoform-sigma模擬分析系統(tǒng)提供的不是絕對準(zhǔn)確的最終產(chǎn)品，相反，它提供的是大批量生產(chǎn)時(shí)的最佳配制。
現(xiàn)代化的變形加工材料，有缺陷的材料模型和高精度等級等，對板材變形加工領(lǐng)域中先進(jìn)的模擬軟件提出了很高的要求。同時(shí)，模擬軟件研發(fā)企業(yè)也在這個(gè)環(huán)境中不斷成長，研發(fā)出了滿足實(shí)踐應(yīng)用要求的板材加工彈性回彈模擬軟件，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了更好的解決方案。