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作者：管幸寰

（上海电子工业学校，上海 201411）

摘要：在工业生产活动中，冲压属于一种常见工艺，金属以及非金属材料在加工过程中可能面临回弹问题，影响加工质量。

基于此，本文以回弹的影响作为切入点，重点给出补偿回弹的冲压件模具设计方法，利用有限元模型进行分析，综合考虑受力、形变、回弹等问题，设计往复式冲压件模具，再利用实验证明设计方法的可行性。

关键词：补偿回弹；有限元模型；往复式冲压件模具

中图分类号：TG385

文献标识码：A

文章编号：1671-0711（2018）02（下）-0106-02

板料冲压是利用冲模，使板料产生分离或形变的加工方法。

因多数情况下板料无需加热，故称冷冲压，又简称冷冲或冲压。

在进行板料加工时，材料的延展性、弹性等物理性质往往会带来影响，使板材在加工过后出现回弹问题，如果这种回弹的幅度较小，肉眼可能无法分辨，但在实际使用过程中，由于工件精度不足，可能影响使用价值。

就补偿回弹的冲压件模具设计方法进行探讨有一定的实际意义。

1 回弹问题的出现以及影响

1.1 板材的回弹

常规的冲压过程中，板材会按照模具状况不断出现形变，直到满足实际使用需求。回弹问题在这一过程中是始终存在的，此前技术人员一般通过“试错法”进行处理，但结果并不理想。

由于大部分金属材料，尤其是合金和其他延展性较好的材料，回弹问题往往十分严重，在力的相互作用下，瞬时回弹以及加工后一小段时间内出现的回弹现象屡见不鲜，比如汽车使用的铝材，部分构件的回弹率甚至超过 0.5％，对实际性能产生了很多不利影响。

1.2 回弹的影响

回弹的影响包括直接影响和衍生影响两个方面，以数控机床所用工件为例，在冲压制造完成后，存在回弹问题的工件被应用于数控机床，会造成精度、刚性的下降，并进一步影响机床的电动稳定性。

数控机床对加工精度的要求非常高，精度则取决于刚性，刚性是指在固定工作负载条件下机床的加工结构出现的形变量，形变量越大、精度越低。

应用存在回弹问题的工件，机床的精度受到直接影响，在实际工作中，还可能产生啮合不严等问题，进一步降低刚性，而电动机工作带来的小幅位移则会加剧回弹工件的破坏作用，使机床的加工成果无法得到保证。

2 补偿回弹的冲压件模具设计方法

2.1 设计思路

回弹问题虽然广泛存在于各类板料的加工作业中，但带有一定的规律性，如进行一次冲压的板材可能存在较为严重的回弹问题，而反复冲压后，每一次回弹都能得到控制，总的回弹量也因此较低。

针对补偿回弹的冲压件模具设计也以此为切入点，分析可行思路。

模具设计的核心理念为往复式加工，可以在现有技术条件下实现，其工作的基本流程是，了解加工物的特点，建立流水线，取固定模型，对于存在回弹可能的位置，给予多次冲压，并在反复加工的过程中逐步降低冲压力度，实现对其外形的有效控制，避免回弹问题。

从初定的模具型面的结点位移反向减去模拟计算的回弹量，得到用于补偿回弹所需的加工要求。

金属板料首先用试探模具成形，计算成形回弹后的工件形状。该数值在不同的工件加工作业中也存在差异，需要根据实际情况确定往复次数和力负载水平。

将回弹后的工件形状与目标工件比较，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，得到新的加工要求，作为确定往复加工所需负载的基础。在往复加工中，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形状误差，得到更新的加工要求，作为确定下一次往复加工所需力负载的基础，直到成形的工件形状满足要求，往复加工可进行 5 次或更多。

编辑

2.2 有限元模型分析

有限元模型以数据为基础建立，收集不同工件的基本使用要求和加工存在的问题、加工流程，建立涵盖上述内容的电子模型。

如工件为齿轮，其使用的核心要求是良好的啮合度，本质则是严格的精度控制。

加工存在的问题也主要在机床的精度上，加工流程则相对固定，对金属板材进行冲压、粗加工，再进行打磨作业。

建立模型时，以上述三项内容为基础，将工件的各个部分以微米为单位划分为若干部分，对存在较严重回弹问题的结构需要进行精划分。

冲压加工是一种典型的物理加工方法，应用外力破坏板材固有的物理特征，并通过模具对其进行规范，在这一过程中，板材首先受力，之后出现形变，并在整个过程中不断回弹。

各国工业生产都面临回弹问题，德国、日本等机械制造强国对回弹的控制最为成功，日本对各行业所用工件都给出十分严格的标准，而德国所用的加工材料性能突出、加工设备的刚性和精度也极为优越，因此能够有效控制回弹问题。

在板材受力的一瞬间，作用力和反作用力虽然在数值上基本是均等的，但会造成构件的形变，作用力消失后，反作用力也消失，被导入板材中的力因此失去制约，会沿着力消失的方向快速扩散，扩散的力受到板料物理性质影响，在扩散过程中不断损耗，如果在工件边缘已经严重损耗，回弹也会相对轻微，反之则较为严重。