产品创新数字化峰会有奖征文：基于HyperForm软件的汽车零部件回弹仿真初探

    1 概述
   
    统计表明，在汽车制造中，有60%-70%的零件是通过冲压工艺进行生产的。汽车冲压件成形质量的好坏不仅影响到整车装配和汽车外观，而且对汽车的制造成本和新车型的开发周期等都会产生很大影响。
   
    冲压成形的覆盖件或多或少都要考虑到回弹的问题，回弹不仅是工业生产的实际问题，也是学术界长期以来关注的热点。利用数值模拟技术对轿车冲压件成形后的回弹变形进行准确预测，并在此基础上研究回弹控制方法以提高成形精度，对于降低轿车冲压件制造成本、保障整车装配质量、缩短新产品开发周期有着重要意义。
   
    板料成形的几种主要变形方式中弯曲成形后的卸载回弹现象最为典型，回弹量也最大，但其变形方式也相对简单，为摸清回弹的主要变形规律，下面将以板料的弯曲成形及卸载过程为主要研究对象，对回弹的力学本质和模拟计算结果进行讨论。
   
    回弹影响较大的覆盖件主要分为两种：以弯曲为主要变形的类U或V形弯曲件，如各种梁结构件，以浅拉深为主要变形方式的小曲率件，如前后翼子板、前后门外板、发动机罩外板、行李箱盖外板、顶盖等，以及与之相应的内覆盖件。还有一些空间形状复杂的零件，如各种骨架件包括各种加强板、固定座和支架，以及车轮的轮辐、轮辋和挡圈、油底壳等。但由于冲压成形时各部分的相互制约作用较大，增加了弯曲时的变形阻力，使得板料内层受压变形成分减小，板材截面切向应力趋向于平均，回弹较小。在回弹研究的前期阶段，本文就弯曲回弹的基本规律进行初步探讨。
   
    2 有限元模型的回弹分析流程
   
    本文选用Altair公司的HyperWorks8.0软件平台对汽车覆盖件回弹进行有限元模拟，其中核心设置在HyperForm环境下完成，采用LS-DYNA求解器完成计算，下面简单介绍一下分析流程。
   
    板料成形的各种工艺中，弯曲成形后的卸载回弹现象最为典型，回弹量也最大。对于以弯曲为主要变形的类U或V形弯曲件，可抽象为典型的U形和V形件，这样进行的有限元模拟单元量小，所需计算量小，但仍旧可以反映回弹的基本规律，CAD模型在Catia环境下构建如图1，2所示。
   

图1  U形件数模                      
   

    图2  V形件数模

    
    图中R1，R2分别为可变参数，即凹模圆角和凸模圆角，α为弯角。