1 叉車覆寫件沖壓成形模拟
按照叉車覆寫件形狀設計和制造模具，由于零件沖壓存在回彈問題，覆寫件尺寸超過公差要求，需要進行矯正和修複。用三坐标測量儀采集多塊沖壓成形後的叉車擋泥闆尺寸，根據測量尺寸繪制擋泥闆的三維結構，如圖1所示。
對叉車擋泥闆沖壓過程進行有限元分析，擋泥闆厚度為14mm，采用Q345材料成形，屈服強度為345MPa，抗拉強度為530MPa，彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3，擋泥闆一次沖壓成形。将擋泥闆iges格式圖形導入AutoForm，按照預設精度對導入的擋泥闆自動劃分網格，然後進行擋泥闆沖壓過程有限元數值模拟，如圖2所示。将AutoForm計算結果導出并導入CAD軟體，如圖3所示，最左側擋泥闆形狀網格為有限元計算結果。有限元數值模拟與測量的結果比較如圖4所示。擋泥闆有限元計算結果與實際闆料沖壓成形相符，以下采用擋泥闆有限元模型分析影響其沖壓成形的因素。
2 擋泥闆沖壓成形回彈分析
（1）摩擦系數對沖壓成形回彈的影響。通過給模具零件添加不同的潤滑油來改變模具零件與闆料的摩擦系數，分析模具零件與擋泥闆之間的摩擦系數對沖壓成形回彈的影響。為此，設定摩擦系數分别為0.1、0.15、0.2，數值模拟結果如圖5所示，摩擦系數為0.1時，擋泥闆沖壓成形後與實際測量結果有較大誤差，摩擦系數為0.15時，接近實際測量結果，摩擦系數為0.2時，擋泥闆沖壓成形後與實際測量結果誤差較小。為進一步确認摩擦系數對仿真結果的影響，将凹模摩擦系數設定為0.15不變，改變凸模摩擦系數，分别設定為0.11、0.15、0.2，數值模拟結果如圖6所示。結果表明，單獨改變凸模的摩擦系數對擋泥闆沖壓成形結果有一定影響。凹模、凸模摩擦系數均為0.15符合實際測量結果。
（2）擋泥闆定位對沖壓成形回彈的影響。在擋泥闆成形工藝設計中，模具設定了5個定位銷，如圖7所示，但在實際生産過程中，為了友善和提高效率，擋泥闆采用了3個定位銷等欠定位方式。為讨論定位方式對擋泥闆沖壓成形回彈的影響，模拟擋泥闆采用5個定位銷的完全定位方式、3個定位銷和無定位銷的定位方式，計算表明擋泥闆的沖壓過程中定位方式對零件成形結果無明顯影響。
（3）擋泥闆的加工過程對沖壓成形回彈的影響。分别模拟擋泥闆打孔後再沖壓成形、擋泥闆未打孔沖壓成形2種情況，仿真結果表明，2種情況對擋泥闆沖壓成形無影響，擋泥闆平闆打孔有利于打孔工序的定位和加工，模拟按照擋泥闆先打孔後沖壓的順序成形。
（4）擋泥闆材料對沖壓成形的影響。考慮鋼闆材料品質的波動，材料屈服強度取300、345、400MPa進行模拟，分析鋼闆材料的屈服強度對擋泥闆沖壓成形的影響，結果如圖8所示。擋泥闆材料屈服強度為400、345、300MPa，回彈從大變小，說明材料屈服強度越大，回彈越明顯。材料屈服強度取345MPa，材料抗拉強度分别取470、530、630MPa進行擋泥闆沖壓成形數值模拟，結果如圖9所示。結果表明抗拉強度越大，擋泥闆回彈越大，材料品質對擋泥闆沖壓成形一緻性具有影響，材料品質需要保持穩定。通過上述仿真計算分析，在材料品質穩定的前提下，探索通過修改模具結構，對擋泥闆沖壓進行補償和控制，實作其一次沖壓達到精度要求。
3 模具結構參數與擋泥闆沖壓成形
沖模按照擋泥闆尺寸設計、制造，未考慮鋼闆回彈影響，分析模具結構尺寸對擋泥闆沖壓成形的影響，其中凸模尺寸如圖10所示，凸、凹模合模狀态如圖11所示，凸模輪廓由直線段ED、圓弧段DB、直線段BC和CA組成。
圖10中凸模圓弧半徑設計為R396mm，将凸模半徑分别設定為R426、R416、R406、R396、R386、R376、R326mm，同時更改凹模相應圓弧的半徑，模拟仿真結果如圖12所示。凸模半徑取R326mm，擋泥闆沖壓變形超出尺寸要求，凸模半徑R取值越小，擋泥闆沖壓成形後回彈越大，當凸模半徑取R396mm，擋泥闆沖壓成形形狀接近要求，但仍然沒有達到要求，取R406mm以上，回彈變形不再顯著，說明凸模的圓弧半徑尺寸對擋泥闆沖壓成形的影響顯著。
凸模AC、CB、ED為直線段（見圖10），AC、CB長度為234mm。在A點不變的情況下，改變B、C點的位置，AC、CB長度分别取為214、224、234、244、254mm，保持凸、凹模的間隙為14mm，修改凹模相應的尺寸進行沖壓成形數值模拟，結果如圖13所示。
圖13顯示修改模具B、C點的位置對擋泥闆沖壓成形有顯著影響，說明凸模B、C點的位置尺寸設計是擋泥闆沖壓成形的關鍵參數。凸模結構參數B、C點位置的坐标、圓弧半徑R等顯著影響擋泥闆沖壓成形。由于影響擋泥闆沖模零件結構參數較多，采用正交試驗設計方法，選取模具零件結構參數為試驗因子，圖14中凸模B（Xb，Yb）、C（Xc，Yc）、D（Xd，Yd）水準和垂直2個方向位置及半徑R共7個尺寸作為試驗因子，每個試驗因子取5個水準，凹模與凸模相應結構尺寸同步改變，按照正交試驗設計方法生成7因素5水準的數值模拟試驗方案，對每組方案逐一采用AutoForm進行模拟，确定凸模、凹模最佳結構方案能夠進行沖壓補償，使擋泥闆成形回彈後的形狀達到要求。凸模補償沖壓回彈最佳結構尋優試驗設計方案如圖14所示。
按照最優模具結構進行沖壓成形有限元計算，結果如圖15所示，擋泥闆尺寸符合要求。
按照最優模具結構重新設計制造模具，擋泥闆沖壓成形過程如圖16所示，擋泥闆一次沖壓成形後的尺寸均在公差要求範圍内。
▍原文作者：戚海勇1 ， 梅磊1 ， 蘇景明 1 ， 王铮浩 2 ， 洪逸豪 2 ， 劉銘翹 2 ， 甯曉斌 2
▍作者機關：1.杭叉集團股份有限公司；2.浙江工業大學