1 叉车覆盖件冲压成形模拟
按照叉车覆盖件形状设计和制造模具，由于零件冲压存在回弹问题，覆盖件尺寸超过公差要求，需要进行矫正和修复。用三坐标测量仪采集多块冲压成形后的叉车挡泥板尺寸，根据测量尺寸绘制挡泥板的三维结构，如图1所示。
对叉车挡泥板冲压过程进行有限元分析，挡泥板厚度为14mm，采用Q345材料成形，屈服强度为345MPa，抗拉强度为530MPa，弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，挡泥板一次冲压成形。将挡泥板iges格式图形导入AutoForm，按照默认精度对导入的挡泥板自动划分网格，然后进行挡泥板冲压过程有限元数值模拟，如图2所示。将AutoForm计算结果导出并导入CAD软件，如图3所示，最左侧挡泥板形状网格为有限元计算结果。有限元数值模拟与测量的结果比较如图4所示。挡泥板有限元计算结果与实际板料冲压成形相符，以下采用挡泥板有限元模型分析影响其冲压成形的因素。
2 挡泥板冲压成形回弹分析
（1）摩擦系数对冲压成形回弹的影响。通过给模具零件添加不同的润滑油来改变模具零件与板料的摩擦系数，分析模具零件与挡泥板之间的摩擦系数对冲压成形回弹的影响。为此，设定摩擦系数分别为0.1、0.15、0.2，数值模拟结果如图5所示，摩擦系数为0.1时，挡泥板冲压成形后与实际测量结果有较大误差，摩擦系数为0.15时，接近实际测量结果，摩擦系数为0.2时，挡泥板冲压成形后与实际测量结果误差较小。为进一步确认摩擦系数对仿真结果的影响，将凹模摩擦系数设置为0.15不变，改变凸模摩擦系数，分别设定为0.11、0.15、0.2，数值模拟结果如图6所示。结果表明，单独改变凸模的摩擦系数对挡泥板冲压成形结果有一定影响。凹模、凸模摩擦系数均为0.15符合实际测量结果。
（2）挡泥板定位对冲压成形回弹的影响。在挡泥板成形工艺设计中，模具设置了5个定位销，如图7所示，但在实际生产过程中，为了方便和提高效率，挡泥板采用了3个定位销等欠定位方式。为讨论定位方式对挡泥板冲压成形回弹的影响，模拟挡泥板采用5个定位销的完全定位方式、3个定位销和无定位销的定位方式，计算表明挡泥板的冲压过程中定位方式对零件成形结果无明显影响。
（3）挡泥板的加工过程对冲压成形回弹的影响。分别模拟挡泥板打孔后再冲压成形、挡泥板未打孔冲压成形2种情况，仿真结果表明，2种情况对挡泥板冲压成形无影响，挡泥板平板打孔有利于打孔工序的定位和加工，模拟按照挡泥板先打孔后冲压的顺序成形。
（4）挡泥板材料对冲压成形的影响。考虑钢板材料质量的波动，材料屈服强度取300、345、400MPa进行模拟，分析钢板材料的屈服强度对挡泥板冲压成形的影响，结果如图8所示。挡泥板材料屈服强度为400、345、300MPa，回弹从大变小，说明材料屈服强度越大，回弹越明显。材料屈服强度取345MPa，材料抗拉强度分别取470、530、630MPa进行挡泥板冲压成形数值模拟，结果如图9所示。结果表明抗拉强度越大，挡泥板回弹越大，材料质量对挡泥板冲压成形一致性具有影响，材料质量需要保持稳定。通过上述仿真计算分析，在材料质量稳定的前提下，探索通过修改模具结构，对挡泥板冲压进行补偿和控制，实现其一次冲压达到精度要求。
3 模具结构参数与挡泥板冲压成形
冲模按照挡泥板尺寸设计、制造，未考虑钢板回弹影响，分析模具结构尺寸对挡泥板冲压成形的影响，其中凸模尺寸如图10所示，凸、凹模合模状态如图11所示，凸模轮廓由直线段ED、圆弧段DB、直线段BC和CA组成。
图10中凸模圆弧半径设计为R396mm，将凸模半径分别设定为R426、R416、R406、R396、R386、R376、R326mm，同时更改凹模相应圆弧的半径，模拟仿真结果如图12所示。凸模半径取R326mm，挡泥板冲压变形超出尺寸要求，凸模半径R取值越小，挡泥板冲压成形后回弹越大，当凸模半径取R396mm，挡泥板冲压成形形状接近要求，但仍然没有达到要求，取R406mm以上，回弹变形不再显著，说明凸模的圆弧半径尺寸对挡泥板冲压成形的影响显著。
凸模AC、CB、ED为直线段（见图10），AC、CB长度为234mm。在A点不变的情况下，改变B、C点的位置，AC、CB长度分别取为214、224、234、244、254mm，保持凸、凹模的间隙为14mm，修改凹模相应的尺寸进行冲压成形数值模拟，结果如图13所示。
图13显示修改模具B、C点的位置对挡泥板冲压成形有显著影响，说明凸模B、C点的位置尺寸设计是挡泥板冲压成形的关键参数。凸模结构参数B、C点位置的坐标、圆弧半径R等显著影响挡泥板冲压成形。由于影响挡泥板冲模零件结构参数较多，采用正交试验设计方法，选取模具零件结构参数为试验因子，图14中凸模B（Xb，Yb）、C（Xc，Yc）、D（Xd，Yd）水平和垂直2个方向位置及半径R共7个尺寸作为试验因子，每个试验因子取5个水平，凹模与凸模相应结构尺寸同步改变，按照正交试验设计方法生成7因素5水平的数值模拟试验方案，对每组方案逐一采用AutoForm进行模拟，确定凸模、凹模最佳结构方案能够进行冲压补偿，使挡泥板成形回弹后的形状达到要求。凸模补偿冲压回弹最佳结构寻优试验设计方案如图14所示。
按照最优模具结构进行冲压成形有限元计算，结果如图15所示，挡泥板尺寸符合要求。
按照最优模具结构重新设计制造模具，挡泥板冲压成形过程如图16所示，挡泥板一次冲压成形后的尺寸均在公差要求范围内。
▍原文作者：戚海勇1 ， 梅磊1 ， 苏景明 1 ， 王铮浩 2 ， 洪逸豪 2 ， 刘铭翘 2 ， 宁晓斌 2
▍作者单位：1.杭叉集团股份有限公司；2.浙江工业大学