1 引言
    板料沖壓成形后存在回彈，回彈是沖壓生產中的主要缺陷之一。合理地設計模具是減小回彈的有效方法。傳統的任意三維型面的成形，在補償回彈變形時一般仍采用"試錯法"(trial-and-errox)。這種方法需要操作者有很高的技能和豐富的經驗，并且成功與否伴有一定的偶然性。對復雜的鋁車身覆蓋件，在模具試制階段僅為補償回彈的修模時間就需半年多，所以，傳統的"試錯法"耗費了大量的財力和時間。
    隨著計算機硬件和軟件技術的提高，使有限元數值模擬技術成功地應用到薄板成形領域，能夠比較準確地預測沖壓件成形中的各種缺陷。如果板料成形回彈預測準確，并巨采用數值迭代方法完成補償過程的時間少于現在實際生產中采用的"試錯法"，那么采用數值模擬方法將大人節約模具開發資金和縮短新產品研發周期。
    本文提出基于數值模擬迭代過程的"循環位移補償"設計模具方法，并將其應用于一小型鋁合金三維板料成形的模具補償過程；通過多次循環計算得出合理的模具形狀，最終獲得形狀精度高的工件。
2 基于數值模擬補償回彈的循環位移補償法
    “循環位移補償”的模具設計力法就是利用有限元數值模擬計算回彈量來修正模具型面，其步驟是：從初定的模具型面的結點位移反向減去模擬計算的相應結點回彈量，得到用于補償回彈的模具型面。金屬板料首先用試探模具(對于第一次循環，試探模具形狀和工件相同)成形，計算成形回彈后的工件形狀。此工件與目標工件比較，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，得到新的模具型面。在下一循環中，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工件誤差仍超出容許值，將再次從試探模具型面反向減去這一循環的形狀誤差，得到更新的模具型面，進人下一循環，直到成形的工件形狀滿足要求。
    具體計算過程為：首先按目標工件形狀建立凸凹模型面，應用軟件ANSYS/LS-DYNA動態顯式模擬簿板成形；把成形前板料的單元結點坐標及成形分析得到的沖壓件成形后的結點位移分別存人數據文件、heel. dat和form. dal，把數據文件Loan. dat和數據文件sheet. dal相加可得到目標工件的結點坐標數據文件part. dal；把動態顯式模擬得到的、保存有兒何形狀和應力的成形工件用靜態隱式進行卸載過程模擬，得到的結點回彈位移存入數據文件springback. dat，把part. dat和springback. dal的相應結點位移坐標數據相加，得到成形回彈后的工件形狀結點坐標，存人數據文件newpart. dal；比較文件part. dat和newpart. dat，即可得出試沖工件與目標工件的型面誤差；如果試沖工件與目標工件的型面誤差較大，將從newpart. dat按一定比例減去springback. dat，得到考慮回彈后應成形的工件形狀文件newform.dat。
    為建立新的沖壓模具形狀，在三維CAD軟件UG中利用newform.dat中工件坐標點云生成有實際板厚的片體，拾取片體的部分表面通過偏移生成模具型面。把得到的新模具型面數據文件以IGES格式存儲轉人到分析軟件ANSYS/LS-DYNA中，進行新的成形-回彈-誤差分析過程。下面就這種基于回彈預測的模具型面設計的過程和效果給出一個算例。
3 數值模擬補償回彈的模具型面設計算例
3.1 有限元模型
    模擬的沖壓工件如圖1所示，具有以下特點：(1)工件曲率小，成形時塑性變形不充分，回彈較大；(2)工件尺寸小(坯料尺寸100 mm*80mm) ，可縮短數值模擬計算過程迭代時間，便于在配置低的微機上短時間內完成；(3)金屬板料成形時，在壓邊區域不會出現褶皺，可避免分析褶皺問題；(4)YZ截面呈U型，沖壓件底部平面與壓料面曲率相同，側壁部分與XY平面有一定夾角。