U形件弯曲影响回弹因素模拟分析
U型梁类冲压件弯曲回弹问题的研究
U型梁类冲压件弯曲回弹问题的研究刘芳梅;林虎;曾学文;李福贵;潘敏【摘要】U形梁类冲压件广泛用于汽车工业,如汽车的主梁,起到重要的支撑保护作用.但是由于此类工件通常是在常温下通过模具弯曲板料成型的,变形时带有弹性变形,当载荷卸载以后,弹性变形恢复使冲压件的形状尺寸与模具的形状尺寸不一致,其弯曲角度和外形尺寸都发生与施加载荷时变形方向相反的变化,使冲压件的几何精度受到损害,从而形成U形冲压件回弹等较难解决的质量问题.对于U形梁类冲压件出现的回弹问题,文章分析了板料产生回弹的原因,重点研究了消除冲压件回弹的有效方法,提出了符合质量要求的解决措施.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2019(021)006【总页数】4页(P53-56)【关键词】弯曲;预压;回弹;拉延;塑性变形【作者】刘芳梅;林虎;曾学文;李福贵;潘敏【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】TG38弯曲是将平直板材或管材等型材的坯料或半成品，用模具或其它工具弯成具有一定角度或一定曲面形状的加工方法。
板料弯曲成形时，将平直的板料放在模具中，在凸模的压力作用下，板料受弯矩作用产生弯曲。
在弯曲变形的开始阶段，由于弯曲圆角半径大，弯曲力矩小，弯曲变形仅会引起板料的弹性变形，随着弯曲凸模进入凹模深度的增加，凹模与板料的接触点沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂和弯曲圆角半径逐渐变小。
当弯曲圆角半径减小到一定值时，坯料变形区的内外表面首先出现塑性变形，并逐渐向坯料内部扩展，变形由弹性变形过渡到弹-塑性弯曲。
在此变形过程中，板料弯曲变形区进一步减小，弯曲力矩逐渐增大。
当凸模继续冲压时，板料的直边部分向以前相反的方向变形，弯曲力矩继续增加，直至板料与凹凸模完全贴紧。
U形弯曲模结构浅析
（）对于弯曲精度有要求 ，回弹值较大 的零 件 ，可 ３ 采用 图 ３ 所示的结 构。ｕ形 件弯 曲，可用改变 背压 （ 顶
板压力 ）的方法改变回弹角。背压加大 ，工件 角部 产生
４
的正 回弹大于底部正向凸起 校平后产生 的负回弹 ，从而
５
回弹角加大 。背压减小而又作最 后底部校平 时会 产生负 回弹 ， 当凋整背压值 ， 适 可使底 部产生的 负回弹和角部
采用图 ４ 所示结构。其特点是 采用一对摆动 凹模 ，当 凸 模将坯料压弯至下死点 时 ，迫使两摆动 凹模 向内压 ，使 工件压成 形以弥补 弯后 回弹量 。当上模上行 ，弹顶销 使摆动 凹模张开复位。
（ ）凹模 凹模的设计 主要是摆动块 的设计 。这也 ２
是摆动弯 曲模设计 的关键 。
利用经验公式算出回弹角及回弹半径在凸模上作出补偿角及补偿半径以消除回橡胶或弹簧对于弯曲精度有要求回弹值较大的零件可采用图所示的结构
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Ｕ 形 弯 曲模 结 构 浅 析
模具结构时考虑弥补。下面 就以消除 回弹 为重点 ，对几
（）对于弯曲精度有要求 ，回弹值较 小的零件 ，则 ２ 可采用 图 ２ 所示结构 。利 用经 验公式 ，算 出回弹角及 回 弹半径 ，在 凸模上 作 出补偿 角 及 补偿 半径 ，以消 除 回
弹。
种常用 ｕ形 弯曲模结构进行分析 ，并介绍一种可调式 ｕ
图
４
１ 弹形顶销 ．
２ 销轴 ．
３ 摆动凹模 ．
（）定位销 ６外径 的确定 。如 图示 ： 件半 径 Ｂ ３ 工 Ｅ
为Ｄ ２ ／ ，偏心距 Ａ Ｂ＝ｅ ，圆盘 中心 到定 位销 中心距 离
U型钢弯曲回弹试验及回弹规律数值分析
２ １ 年 ８月 ０１ 第３ ９卷 第 １ ５期 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机床 与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ Ｔ０ＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
Ａｕ ． ０１１ ｇ２
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Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ． ０ １—３ ８ ． ０ １ ． １ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ８ １２ １． ５０ ６ １
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汽车高强度钢U形件弯曲回弹有限元分析研究
2020年17期工艺创新科技创新与应用Technology Innovation and Application汽车高强度钢U 形件弯曲回弹有限元分析研究*黄能会1，周均涛1，张军建2（1.湖北文理学院理工学院，湖北襄阳441053；2.襄阳汽车职业技术学院，湖北襄阳441021）随着汽车工业的快速发展，汽车数量的增加影响着大气污染的环境问题。
为减少污染物排放、降低汽车能耗，实现汽车的可持续发展。
同时，人们生活质量的提高对汽车在碰撞后能保护乘客等安全性能上的要求越来越高，为了实现保证安全性能的同时减轻汽车的重量，采用新型的高强度钢板代替普通钢材已成为发展趋势[1]。
冲压作为汽车制造过程中四大工艺的最前工序，其成形结果对后续加工和装配起着非常大的影响作用。
在板料成型过程中，尤其是高强度钢板，容易出现如破裂、起皱、回弹等缺陷[2]。
而回弹是高强度钢板板料成形过程中最为复杂的问题[3]。
回弹问题的不解决好，对后续制件的装配和实用性能会影响很大。
1高强度钢回弹我国汽车工程学会产业研究院根据力学特性，把屈服强度在210~550MPa 和抗拉强度在270~700MPa 的钢为高强钢，而屈服强度大于550MPa 和抗拉强度大于700MPa 的钢为超高强钢。
板料在冲压过程中受到外力作用就会发生弯曲，有弯曲就一定有回弹现象发生，板料在发生弯曲过程中，其弯曲的内表面受压应力，外表面受拉应力，应力状态不一致导致板料所受屈服应力不一样，当外力移除后，弹性变形区因回复而引起回弹。
因此，掌握高强度钢板冲压成形技术是我国当前汽车零部件制造行业急需解决的问题。
2有限元分析方法高强度和超高强度钢板在汽车工业中的应用越来越普遍，回弹产生的问题也越来越制约着高强度钢在汽车行业中的应用，精确的回弹分析预测和有效的补偿控制在当前也越来越重要。
随着借助软件进行计算机辅助分析（CAE ）的日趋成熟，板料成形理论的逐步完善，结合CAD 技术，CAE 技术得到了广泛的应用，同时，对于提高产品的精度、缩短模具开发的周期、降低模具制造的成本等都达到了很多企业的认可。
弯曲回弹的影响因素及其克服措施
一
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图１ ０榭 主 弯曲 ｌ椎压 凸模 ；＿ — ２ 弹压板 ；－ 曲凸模 ；－ ３弯 ＿ ４ 弯曲 凹模 ；
５ 顶板 一 （ 下转 １０页 ） ８
２ ．设计有利于弯曲变形的弯曲 １ １ 形状 ， 尽量 避免过大的相对弯曲半径 。
图 ６ 弧 形 凸模
一
３９ 一
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图 ８间 隙可调的 弯 曲模
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２ ． ４采用弹性凹模 Ｌ Ｌ …． 堡 图９ 所示用橡胶或聚氨酯凹模代替刚性金属 图 ４ 拉 弯时断 面 内应 力 分布 凹模 ， 以排除材料在非变形区的变形和回弹。通 ２ ． ３改善弯 曲模结构 过调节凸模 压＾ 橡胶或聚氨酯凹模的深度来控制 ２ ．对精度要求较高的弯曲件 ，尽可能取较 回弹值， ．１ ３ 从而获得满足精度要求的弯曲 件。 小的凸模圆角半径 、较深的凹模直线部分和较小 的凸 、 凹模间隙。 ２． ．２把凸模做成图 ５ ３ 所示局部凸起的形状 ， 使凸模的作用力集中在 回弹变形 区，以改善变形 区的应 力状 态达 到减 小 回弹的 目的 。
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科赫
唐 鹏
市政 与路 桥 ｌｌ ｌ ｌ
赵 金 龙
关于鸡讷公路松花江大桥冬季施工方案的介绍
（ 龙建路桥 股份有 限公 司第一工程处 ， 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５０ ０
U形弯曲件弯曲回弹的控制及模具设计改进
图1所示为U形弯曲件的结构简图，采用3mm厚的60Si2MnA弹簧钢制成，由于使用功能上的需要，要求弯曲后的两臂与底平面垂直，要求保证垂直度0.1mm，2处φ10H10孔同轴。
图1 零件结构简图工艺分析及方案确定该零件形状并不复杂，外形呈U形结构，仅为一冲裁与弯曲的复合件，2处φ10H10孔为十级精度，采用冲压加工能够保证；分析零件的技术要求可知：该U形弯曲件的加工关键与难点主要在于弯曲后的直臂与底平面垂直度0.1mm的形位公差要求，以及2处φ10H10孔的同轴要求。
考虑到采用校正、调整U形弯曲件的定位等措施可分别控制其弯曲回弹，保证2处φ10H10孔的同轴要求，为此，决定设计专用弯曲模完成上述加工要求。
整个零件加工工艺方案为：冲切零件外形（含2-φ10H10孔）→弯曲零件→校正各弯曲直臂，保证垂直度要求。
为完成零件加工，需设计外形冲切模及U形弯曲模两套模具，由于零件外形冲切模结构较为普遍，此处不再详述。
设计的U形弯曲模由上、下模两部分组成，结构如图2所示。
在U形弯曲模设计中，为保证零件弯曲后的直臂与底平面垂直，凸模、凹模工作部位间的单面间隙取2.8 2.9mm；为增大零件的压紧及成形力，减小零件弯曲回弹，将模具置于300t四柱油压机上加工。
工作时，压机顶出缸通过顶杆5将顶件板4顶至与凹模2上平面平齐，此时，将冲切好的半成品置于凹模2上平面适当位置的定位板1内，随着压机的下降，凸模3与顶件板4、凹模2共同作用完成零件U形弯曲。
图2 弯曲模结构简图加工缺陷产生及原因分析上述模具设计、制造后试模，弯制的零件外形普遍出现左右高度不一致，弯曲后的U形直臂上部与底平面垂直度达3mm左右，经调整定位板1位置及模具两侧间隙后，零件外形左右高度一致性得到一定的控制，但仍不能满足产品要求，U形直臂与底平面垂直度仍达2mm左右，且弯曲圆角不清晰。
针对上述缺陷，经现场观察、分析后认为：因60Si2MnA强度高，凹模两处弯曲部位的圆角半径不完全一致以及模具间隙的不均匀、材料的各向异性等因素，造成了零件弯曲时受力的不平衡，两侧弯曲变形的不一致，最终导致零件的偏移与回弹。
多角度U型弯曲件冲压回弹的研究
现 象在 ｕ形多 角度冲 压件 中更 为明显 。 基于 ｕ形 多
角 度 冲 压 件 在 各 种 工 业 生 产 中 的 广 泛 应 用 ．对 其 如
收 稿 １ 期 ：０ ９ ０ ～ ７ ５ １ 况 是驾 驶室在 行驶 过程 中经 常遇 到 的工况 ， 实际工 作 中 ， 在 扭转工 况主 要 出现在 车辆单 轮经过 凹坑 或者 凸包时 ， 时 ， 此 当车 辆行驶 速度 很 大 时， 车身 地板将 承 受 巨大 的冲 击载荷 ， 对驾 驶 室的强 度 和刚度 是个 较为严 峻 的考验 本 文通过 对驾 驶室
２Ｄ ｎ ｆｎ ｉ ｎ ｔｍｐｎ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓＣｏ ，ｔ Ｗｕ ａ ３ ０ ６， ｈｎ ．ｏ ｇｅ ｇ Ｄ ｅａ ｄＳａ ｉｇＴ ｃ ｎ ｌｇｅ ．Ｌ ｄ， ｈ ｎ４ ０ ５ Ｃ ｉａ）
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U型弯曲件dynaform回弹分析
（4）导入结果到后处理
打开后处理器，打开上步计算得到的d3plot文件。由于回弹计算采用的是单步隐式，所以d3plot文件中只有两帧，分别单击两帧查看变化，其中第一帧为回弹前的结果，第二帧为回弹后的结果。
Q235属性:密度：7.858T/
屈服强度：235MP
抗拉强度：380-500MP
伸长率：》26%
泊松比：0.25-0.33
弹性模量：200-210GPa
3.3定位工具
选择Tools命令下的Position tools/move tool菜单项，设置punch与blank的接触间隙为1.5mm，blank与die的接触间隙为0.5mm。
3.5预览运动，求解
选择Tools/Animate（预览）菜单项，单击Play按钮可以观看工具的模拟运动
选择Analysis命令下的LS-DYNA菜单项，弹出对话框。Control Parameters中的各个参数采用系统默认值，选择Analysis Type（分析类型）为FullRunDyna，求解器开始在后台进行运算。
回弹分析之前夹角
回弹之后夹角
回弹分析前圆角
回弹之后圆角
经过分析，可得回弹角分别为85°和88°，因工件尺寸较小，可以满足要求。
3.2定义毛坯
选择Tools/Define Blank菜单项，在Define Blank对话框中，首先点击Add添加毛坯零件层，接着单击Material选项的None按钮设置毛坯材料的属性，根据使用的材料对材料属性进行更改；然后单击Property选项的None按钮，在Property对话框中，设定毛坯厚度（UNIFORM THICKNESS）为1mm，其它参数采用缺省值。
AM50A镁合金U形件回弹影响因素分析
AM50A镁合金U形件回弹影响因素分析郭磊;贾维平;杜坤;王绍杰【摘要】为了使镁合金冲压产品在尺寸和形状方面达到更高的精度,利用Dynaform对AM50A镁合金U形件进行了冲压模拟,得到了部分模拟参数对冲压成形及回弹效果的影响,同时进行回弹分析比较.确定了某种电路叉板U形件冲压参数:凹模间隙0.4 mm,压边间隙1.1 mm,压边力40 kN,板料厚度2 mm,凹模静摩擦系数0.001.为回弹补偿设计提供依据.【期刊名称】《辽宁科技大学学报》【年(卷),期】2012(035)004【总页数】5页(P360-364)【关键词】回弹;冲压模拟;镁合金;U形件【作者】郭磊;贾维平;杜坤;王绍杰【作者单位】辽宁科技大学材料成型与组织性能控制省重点实验室,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料成型与组织性能控制省重点实验室,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料成型与组织性能控制省重点实验室,辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学材料成型与组织性能控制省重点实验室,辽宁鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TG376.2镁合金具有较低的密度、相对高的强度以及较好的抗冲击韧性，在计算机零部件、电子产品领域得到了广泛的应用［1］。
压铸成形是镁合金的主要成形方式，但塑性成形在性能和环保方面已显示出很大的优势［2－3］。
在弯曲成形中，外载荷的去除会导致板料弹性回复，这种“回弹”现象严重影响产品的质量和性能。
本文以简单的U形件为例，通过对弯曲回弹的数值模拟，研究不同冲压参数对弯曲回弹的影响。
1 回弹原理分析弯曲变形时，金属流动情况通常采用网格法［4］。
如图1所示，板料弯曲变形后，变形集中在圆角区域，圆角部分的网格形状由原来方形变成了扇形，两端的网格变化较小。
金属纤维层的内层受到压缩而变短，外层受到拉伸而延长。
如果板料弯曲，变形程度较大，外侧材料受拉应力而伸长，厚度方向的材料就会流动过来补充，使得厚度减薄；而内侧材料受压使厚度增加。
影响弯曲件回弹的因素及控制方法
不仅角度有回弹，弯曲半径也有较大的变化。这时，
回弹值可按下式进行计算，然后在生产中再进行修
正。
r凸
=
1
+
r σ 3
s
r
=
1 1 +3σs
E t r Et
α凸
=α
−（180°− α）（ r r凸
− 1）
式中：r——工件的圆角半径，mm；
r 凸——凸模的圆角半径，mm；
α——弯曲件的角度，（°）；
α 凸——弯曲凸模角度，（°）；
图 2 铰链式结构图
1－活动凹模 2－工件 3－凸模 4－底板 5－转轴 6－橡皮
图 3 所示结构可以像一般压弯模那样调行程，但 它的封闭高度较大。弯曲时件 4 下行，压动件 3，件 3 带动和它以件 2 连接的件 5 下行，件 5 转动，压紧 工件。
图 3 铰链式结构图
1－靠模板 2－转轴 3－卸料板 4－凸模 5－活动凹模
对于 V 形弯曲件，只须将凸、凹模角度减去回弹 量即可，对于 U 形件，可将凸模两侧分别做出等于回 弹角、向上的倾斜度。弯曲时工件被具有同样斜度的 凹模压紧，工件自模具中退出后，自然回弹到图纸要 求尺寸。压紧坯料的方法有以下两种。 4.1.1 斜楔式
结构如图 1 所示，利用凹模自身的斜度，将垂直 运动变为水平运动，压紧毛坯。设计这种结构时应注 意：件 1 的推力应大于工件的弯曲力；件 2、6 与件 7 相接触的斜角一般为 8°～20°为宜；件 2、5、6、7 各 件角度公差的取法，应能保证可以对工件角根部产生 挤压，使之塑性变形，并利于模具修正。
2 弯曲件回弹的影响因素
a. 材料的屈服点越高，弹性模量越小，弯曲回弹 值越大；材料的弹性模量越大，回弹值越小；
无边压力时宽板U形弯曲的回弹实验研究
条 件下进行 实 验 。表 １为 ４种 工 件 弯 曲 回 弹 的角
度 。图 １ ４种板料 Ｕ 形弯 曲 回弹后 工件 的形状 。 为
表 １ ３种 材 料 回 弹 的 角 度
ｌ 宽 板 Ｕ 形 弯 曲实验 研 究
实验 设备包 括 ： Ｐ Ｃ 一１ Ｔ ４柱 液 压机 ， — Ｘ ２ Ｃ３５ ＷＤ ｌ Ｃ型多功 能 电子 实验机 、 移动式 多功 能实 验数 据采
２ 材 料 性 能 对 回弹 的影 响
在 凸 模 圆角 半 径 ＝１ ５ ｍｍ， 度 Ｌ ＝１ ０ 跨 ０
ｍｍ， 厚度 ｔ ． ：０ ９ ｍｍ， 凹模 间 隙 ｃ＝１ ０ ｍｍ， 凸 ． 弯 曲角 口＝９ 。引用 的 材料 分别 为 Ｃ 、 ８ １Ｓ １ ０， ｕ ０ Ａ 、 Ｔ ２的
Ｙｕ ｉ ｅ ＲＵ
（Ｎａｊ ｇＡｇｉ ｌ ｒ ｉｅｓ ｙ Ｎａｊ ｇ２ ０ ９ ， ｈｎ ｎｉ ｒ ｕｔ ｅＵｎｖｒｉ ， ｎｉ １ ０ ５ Ｃ ｉａ） ｎ ｃ ｕ ｔ ｎ
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《冷冲压工艺与模具设计》模块三U形件弯曲模
式中： 为中性层位移系 数，见表3-6。
二
弯曲件展开尺寸计算
对于形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件，可直 接采用下面介绍的方法计算坯料长度。 对于形状比较复杂或精度要求高的弯曲件，在利用下述 公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯不断修正，才能最 后确定坯料的形状及尺寸。
1.圆角半径 1.圆角半径r>0.5t的弯曲件 按中性层展开的原理，坯 料总长度应等于弯曲件直线部 分和圆弧部分长度之和，即
三 弯曲件的结构
5．弯曲件孔边距离 当t<2mm时， 当t≥2mm时，
三 弯曲件的结构
6．增添连接带和定位工艺孔
增添连接带和定位工艺孔的弯曲件
三 弯曲件的结构
7．尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。
课题五 弯曲件展开尺寸计算
一 弯曲中性层位置的确定
据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。 中性层位置以曲率半径 表示（右图），通常用 下面经验公式确定：
课题三 弯曲件质量分析 一 弯曲变形程度与最小弯曲半径
1.弯曲变形程度 ：常用板料的相对弯曲半径r/t来表 1.弯曲变形程度
示板料弯曲变形程度的大小 。
2.最小弯曲半径： 2.最小弯曲半径：通常将不致使材料弯曲时发生开裂 最小弯曲半径
的最小弯曲半径的极限值，称为该材料的最小弯曲半径。
二 弯裂与最小相对弯曲半径的控制
1.最小相对弯曲半径rmin/t 1.最小相对弯曲半径r 最小相对弯曲半径
2.最小弯曲半径影响因素 （１）材料的力学性能；（2）弯曲方向；（3）弯曲件 角度φ ；（4）板料的热处理状态 ；（5）板料的边缘 以及表面状态: （6）板宽的影响 。
3．最小弯曲半径rmin的数值 最小弯曲半径r
一种不锈钢U型件折弯回弹影响因素的有限元分析
第20卷 第4期 中 国 水 运 Vol.20 No.4 2020年 4月 China Water Transport April 2020收稿日期：2020-02-25作者简介：余 亨（1994-）男，上海理工大学，机械设计及理论硕士研究生。
一种不锈钢U 型件折弯回弹影响因素的有限元分析余 亨，何仕荣，陈 辰（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）摘 要：由于Switch 主机滑轨生产过程中，不锈钢板料在第一次90°折弯（U 型件）成形时，回弹对折弯成形精度的影响很大，为此，针对不锈钢板料的成形和回弹过程进行有限元仿真试验，分析了弹性模量、板料厚度、下模具圆角半径，摩擦因数对折弯回弹的影响。
试验结果表明：回弹角随着弹性模量和板料厚度的增大而显著减小；随着下模圆角半径的增大而减小；摩擦因数对折弯回弹的影响比较小，回弹角随着摩擦因数的增大而缓慢减小。
研究揭示了影响回弹的主要规律，为提高板料折弯成形精度提供了可靠的依据。
关键词：折弯；回弹；仿真分析；弹性模量；板料厚度；摩擦因数中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）04-0201-03引言在钣金折弯成形中，板料在卸载阶段总会发生反向弹性变形，即回弹，它是存在一种普遍现象。
而回弹是一种钣金折弯成形中的主要缺陷，并且对折弯件的成形精度产生影响[1]，因此研究板料折弯回弹的规律显得尤为重要。
目前，国内外对折弯回弹的研究一般集中在理论模型的探究和有限元仿真。
王飞和游有鹏[2]提出通过仿真修正材料的性能参数和模具几何参数等，对钣金V 型件的折弯回弹进行有效控制；孙伟[3]等提出了利用响应面法分析了一种高强度钢U 型件，发现了压边力、摩擦系数及其交互作用对回弹有显著影响；LPapeleux [4]等提出了增大上模圆角半径、减小摩擦系数及上下模的间隙会加重回弹现象。
本文采用Deform [5]对一种不锈钢U 型件的折弯与回弹过程进行仿真试验，并且分析了不锈钢材料的弹性模量、板料的厚度、下模圆角半径以及摩擦因素对不锈钢板料折弯回弹的影响，有效地提高了该产品的折弯成形精度[6]。
铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析
铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析李国栋;黄亮;李建军;崔俊佳;冯飞【摘要】目的揭示铝合金板材磁脉冲辅助弯曲成形对回弹的影响机理.方法基于两种磁脉冲辅助成形方案,采用数值模拟软件LS-DYNA,建立磁脉冲辅助U形弯曲的有限元模型.结果与准静态成形相比,磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料圆角区的残余应力,方案Ⅰ板料圆角区等效塑性应变大于方案Ⅱ板料圆角区的等效塑性应变;电磁体积力能有效减小回弹,且放电能量越大,回弹角越小;磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料的弹性应变能.结论相同放电电压下,方案Ⅰ的回弹控制效果好于方案Ⅱ的回弹控制效果.磁脉冲辅助U形弯曲减小回弹的主要原因是板料圆角区残余应力的减小和弹性应变能的降低.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)001【总页数】8页(P148-155)【关键词】铝合金板材;磁脉冲辅助成形;数值模拟【作者】李国栋;黄亮;李建军;崔俊佳;冯飞【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉 430074;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉 430074;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙 410082;华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TG391随着航天、航空和汽车领域的高速发展以及能源危机问题的日益突出，构件的轻量化变得越来越为重要[1—2]。
铝合金因为其密度低、比强度和比刚度高、抗腐蚀能力强等优点，常常作为轻量化构件的首选材料[3]，但是铝合金在传统塑性加工方式下成形性能差、弹性模量小、易发生回弹，故传统的塑性成形工艺难以满足铝合金轻量化构件的高性能成形制造需求[4]。
板料弯曲回弹影响因素的有限元模拟研究_陈磊
Abstract: Sp ringback during unloading affects the dimensional accuracy of sheet m etal parts. The purpose of this paper is to study the factors influencing sp ringback. A new finite element model based on U - bending benchmark of NUM ISHEET’93 has been p roposed to p redict sp ringback w ith contact evolution between the sheet and dies. Sheet unloading p rocess is simulated by the tools’reverse motion. The sim ulation results agree well w ith experim ental data of NUM ISHEET’93. The effects of several key factors such as blank holding force (BHF) , fillets of the die and thickness of sheet are investigated. Sp ringback is reduced w ith the increase of BHF, whilst sheet metal thickness is reduced. The fillet of the punch show s little effect on the sp ringback, whilst the fillet of die has great effect on the sp ringback of the flange. The thickness of blank has more effect on sp ringback than that of BHF. Key words: sp ringback U 2bending FEM modeling factors
折弯零件的回弹CAE分析模拟
折弯零件的回弹CAE分析模拟摘要板料弯曲成形在冲压的工艺是十分重要和广泛的一项，在这日益辉煌的机械行业中表现十分突出。
例如在汽车上面有很多的零件像横梁或者是纵梁等这些都是通过弯曲成形才最终得到的，电器上一些卡头零件也是如此。
在这过程之中无可避免会出现回弹的现象，这是无法避免的，而且会影响到工件的美观，产品性能，产品质量和使用寿命等。
所以总的来说，影响还是很大的。
从传统意义上讲，弯曲回弹有很多的原因，像一些压边的大小、摩擦性能的一些系数、弯曲的角度、半径、模具之间的一些间隙，还有产品材料的性能等。
这都是一些难以去解决的问题，也是目前来讲十分头疼的问题。
板料的回弹缺陷难以控制，给模具开发造成了不小的影响。
本文将通过计算机软件DYNAFORM对U形折弯零件进行板料成形和回弹模拟，希望通过一系列的对比分析模拟来论述一些思路，验证一些板料的合理性以及一些相关参数带来的影响。
关键词：回弹；弯曲成形；摩擦性能；使用寿命目录前言 (1)1 DYNAFORM软件介绍 (2)1.1基本资料 (2)1.2主要应用 (2)2 前处理 (3)2.1三维建模 (3)2.2读入零件模型 (4)2.3确定冲压方向 (4)2.4编辑零件层 (5)2.5创建零件的网格 (5)2.6新建板料模拟 (6)2.7定义Blank (6)2.8定义Punch (6)2.9定义凹模DIE (8)2.10定义Binder (8)2.11相关参数设置 (9)2.11.1工序设定 (9)2.11.2压边的定位 (10)3计算与后处理 (11)3.1计算 (11)3.2回弹的模拟及分析 (11)3.2.1回弹的设置 (11)3.2.2回弹结果对比分析 (12)结论 (13)致谢 (14)参考文献 (15)前言这几年来我国的重工业，一系列制造产业发展十分的迅速，尤其制造业的企业越来越多。
竞争力日益加大，各个企业都寻找着新的出路，为了能够减少生产成本和研发成本，计算机的地位就显现出来了。
4.铝合金板材U形弯曲回弹研究
铝合金板材U形弯曲回弹研究发布时间：2010-12-29 点击率：332摘要：主要研究了铝合金板材U形弯曲回弹角与弯曲间隙、凹模入口圆弧半径之间的关系，分析了不同厚度的板材弯曲回弹角的差异。
结果表明，在U形弯曲中铝合金板材的弯曲回弹角随着弯曲间隙的增加，回弹角增加，且弯曲间隙对厚板弯曲回弹角的影响较薄板明显；随着凹模入口圆弧半径的增加，对于薄板其弯曲回弹角呈先降后增的变化趋势，而对厚板则几乎无影响。
关键词：铝合金；U形弯曲；回弹角本文基于对铝合金板材V形弯曲成形性能的研究上[1～6]，进一步对其U形弯曲成形性能进行研究，对弯曲成形过程中弯曲间隙、凹模入口圆弧半径等对其回弹角的影响进行试验，并对不同厚度板材弯曲的差异进行研究，以期为铝合金板材弯曲成形提供全面的试验依据。
1 试验实验中所用铝合金板材为LY12，其状态为冷轧态。
LY12铝合金板材的U形弯曲在WDW－100电子万能拉伸试验机上进行，所用U形弯曲模具如图1所示，模具结构参数如表1所示。
铝合金弯曲板材长度为55mm，宽度为15mm，厚度t 分别为2mm和1mm，板材在电火花线切割机上制得。
实验中，为了消除弯曲间隙对回弹角的影响，并保证最终加载力相同，所有试样的最终弯曲加载力均为2kN。
试验中，每组试样重复三次试验，卸载后对其弯曲角α进行测量，结果取平均值，然后计算回弹角Δα。
其中，弯曲间隙定义为c＝（Rd－Rp－t）/t。
2 实验结果2．1 U形弯曲回弹角与弯曲间隙的关系图2分别给出了厚度为1mm和2mm的 Ly12铝合金板材弯曲回弹角与弯曲间隙之间的关系。
从图 2 可以看出，随着弯曲间隙的增加，板材弯曲成形后回弹角逐渐增大，当rd＝8mm时，厚度为1mm的板材的回弹角由弯曲间隙为0．05mm 时的15．48o增加到弯曲间隙为0．3mm时的19．15o，厚度为2mm的板材则由5．42o 增加到13．15o。
同时，从图 2 还可看出，板材的厚度对回弹角也有较大的影响，当弯曲间隙相同时，厚板弯曲的回弹角明显小于薄板弯曲的回弹角，但rd ＝4mm，弯曲间隙为0．05时，1mm厚板材的回弹角为15．07o，而2mm厚板材则为5．38o。
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图７是Ｓｐｃｃ钢板在压边力Ｎ一５０ ｋＮ的条件，
不同凹模圆角半径下的板材回弹后形状，图８为法
兰和侧壁弯曲角随凹模圆角半径变化情况（Ｌ一
图７不同凹模圆角半径下的板材回弹形状
Ｆｉｇ．７ Ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｃ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｄｉｅ ａｆｔｅｒ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ
ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
半径ｒｐ一１５ ｉｎｔｏ，凹模圆角半径ｒｄ一３ ｍｍ，板材厚 度为ｔ＝ｌ ｍｍ，摩擦系数岸一ｏ．１７）。
图３不同压边力下的板材回弹形状
Ｆｉｇ．３ Ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＢＨＦ ａｆｔｅｒ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ
Ｓｐｃｃ。１ Ｃｕａ Ｓｔｌ３８１ Ｓｐｃｃ晚 Ｃｕ晚 Ｓｔｌ３０２ 法兰角 侧壁角
寸与模具工作部分的形状和尺寸不符。弯曲件的最后形状与整个变形过程有关，模具几何参数、材料性能参数等都会对
回弹产生很大影响。在板材弯曲成形智能化控制系统中，准确确定实时识别和预测模型的输入、输出参数是弯曲智能化
控制的成功与否以及回弹控制精度高低的关键。本文采用Ｌｓ－ｄｙｎａ软件，对Ｕ形件弯曲影响回弹的因素进行了分析，得
２ 建立模型
Ｕ形件弯曲模型如图１所示。由于零件的结构
＊高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２００５０２１６０１３） ＊＊男，５１岁，博士，教授，博士生导师 收稿日期：２００７—０１—２０；修订日期：２００７—０４—２０
万方数据
对称性，采用零件的１／２进行分析。板材长度为 ３００ ｍｍ，宽度为６０ ｍｍ，材料选用ＨＰｂ５９—１黄铜 板、ＳＰＣＣ钢板和ＳＴｌ３钢板３种材料。材料模型选 用三参数Ｂａｒｌａｔ材料模型，既考虑了材料的厚向异 性对屈服面的影响，也考虑了板料平面内的各向异 性对屈服面的影响，模型能很好地反映各向异性对 冲压成形的影响。
１ 引言
在板材弯曲成形智能化控制系统中，准确确定 实时识别和预测模型的输入、输出参数是弯曲智能 化控制的成功与否以及回弹控制精度高低的关键［１］ 而板材弯曲成形中，影响回弹的因素很多［２］，尤其 是结构复杂的Ｕ形件。因此了解和掌握影响回弹的 主要因素，对实现板材弯曲回弹的智能化控制至关 重要。本文以ｕ形件弯曲为研究对象，利用Ｌｓ－ｄｙ— ｎａ软件，对影响ｕ形件弯曲回弹的主要因素进行了 分析，为Ｕ形件弯曲神经网络识别及预测模型输 入、输出参数的选择提供了依据。
６ 影响板料弯曲成形及回弹的主要因素
图２为模拟回弹前后的板材形状及回弹测量示 意图。材料为ＳＴｌ３钢板、ＳＰＣＣ钢板和黄铜。其中 ０。为法兰弯曲角，晚为侧壁弯曲角。 ６．１压边力对回弹的影响
图３是Ｓｐｃｃ钢板在不同压边力下的板材回弹后 形状，图４为法兰和侧壁随压边力变化情况（凹模 跨度Ｌ一１００ ＩＴｌＩｎ，凸凹模间隙ｃ一１．１ ｔ，凸模圆角
万方数据
Ｘ／ｍｍ
图５不同凸模圆角半径下的板材回弹形状
Ｆｉｇ．５ Ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｃ
ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｐｕｎｃｈ ａｆｔｅｒ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ
◆一Ｉ∞
％ 眩 ＾ｏ）＼躲坦静 明
阻
ｂ
ＩＵ
ｌｂ
ＺＵ
Ｚｂ
ｒｐ／ｍｍ
图６不同凸模圆角半径对法兰和侧壁的影响
模拟用板材性能参数是通过材料的单向拉伸性
能试验获得，主要性能参数如表１所示。
表１板材的性能参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌｓ
万方数据
ห้องสมุดไป่ตู้３算法的选择
动态显式算法效率高，稳定性好，适于计算各 种复杂成形问题，但计算回弹时效率较低，所用机 时往往成倍于成形计算；静态隐式算法在求解大型 成形问题时效率低，收敛性差，但求解回弹问题时 效率极高，往往一步或数步迭代即可获得很好的结 果，因此采用动静联合算法求解回弹问题，即以动 力显式算法求解成形过程，然后将其结果作为静力 隐式算法的输入进行回弹计算［４ｊ。
出了影响回弹规律的主要因素。为ｕ形件弯曲智能化控制神经网络参数识别及预测模型输入、输出参数的选择提供依据。
关键词：Ｕ形件弯圃；数值模拟；影响因素；回弹
中图分类号：ＴＧ３８６
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－３９４０（２００７）０６－０１３６—０５
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｏｆ Ｕ－ｂｅｎｄｉｎｇ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｅ．Ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａ—
ｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｄｉｅ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｄｆｅｃｔ ｏｎ ｓｐｒｉｎｇｂａｅｋ．Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｔｈｅ ｏｆ ｓｕｃｃｅｓｓ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｃｏｎｆｉｒｍｓ ｗｅｌｌ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｉ— ｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｉｎｇ．ｕｓｉｎｇ Ｌａ－ｄｙｎａ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｐｆｉｎｇｂａｃｋ ｏｆ Ｕ－ｂｅｎｄｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｍｌｙｚｅｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｍｄｄ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌ ｏｆ Ｕ－ｂｅｎｄｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕ ｂｅｎｄｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ；ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ
ｍ％∞％∞踮∞％∞
２０
４０
６０
８０
１００
Ⅳ／ｋＮ
Ｆｉｇ．４
图４不Ｉ司压边力对法兰和侧壁的影啊 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＢＨＦ ｏｎ ｆｌａｎｇｅ ａｎｄ ｓｉｄｅｗａｌｌ
从图４中可以看出，随着压边力的增大，法兰 和侧壁的回弹将减小，并且当压边力为１２０ ｋＮ时， 板材出现负回弹。出现负回弹的原因是：弯曲时， 弯曲部位中性层内侧切向应力为压应力，外侧为拉 应力，卸载后，内外层回弹的趋势都是使板料复直， 因此回弹量较大。当压边力较大时，在凸模的作用 下，板料受拉伸力增大，中性层内侧的切向应力的 绝对值逐渐减小，甚至转变成拉应力，因此在卸载 后内外层回弹趋势相互抵消，使回弹逐渐减小，当 压边力增大到一定数值时，回弹将减小至零，并进 而出现负回弹。因此，当压边力的选择适当时，回
ＺＨＡＯ Ｊｕｎｌ，ＳＵ Ｃｈｕｎ－ｊｉａｎＩ，ＧＵＡＮ Ｙｉｎｇ－ｐｉｎｇ。１，ＹＡＮＧ Ｓｏｎｇ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｂｅｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ ｉｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇｈａｃｋ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｍｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｒｒｌａｋｅｓ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｉｎｃｏｎｇｒｕｅｎｔ ｈｅｔｖｃｅｅｎ ｂｅｎｄｉｎｇ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ａｎｄ
Ｉ仃百云十了云／∞
式中∞——板料上与轧制方向成函角时的材料单
向拉伸屈服强度
取西一４５。，则ｒ４５，呦，印一ｔ７４５均为已知值，
利用迭代方法，求取使ｇ（ｑ）一。时的ｑ就是要得到
的解。
材料模型为：
疗一勉”一忌（ｅｏ＋ｅ’）”
（７）
式中尼一强度系数
咒一硬化指数
ｅ一材料的等效应变
ｅ。一初始屈服应变
ｅ一一塑性等效应变
４ 单元类型的选择
单元类型的选择是影响成形模拟精度的主要因 素之一。在进行有限元数值模拟时，要根据不同的 情况选择合适的单元类型，对于板料成形模拟分析， 最常用的单元为Ｈｕｇｈｅｓ－Ｌｉｕ壳单元和Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ— Ｔｓａｙ壳单元。但在回弹分析中，需用ＦＵＬＬ ＩＮＴＥ— ＧＲＡＴＥＤ单元（全积分单元），应用该公式时间长， 但对于回弹分析精确，也较少出现不收敛问题。因 此，采用ＦＵＬＬ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ单元。模拟中选用 壳单元应在板材厚度方向上设置积分点，一般塑性 变形取５个积分点，但对于回弹分析，须取７个积 分点。
１３８
锻压 技术
第３２卷
弹几乎可以消除。 ６．２凸模圆角半径对回弹的影响
图５是Ｓｐｃｃ钢板，压边力Ｎ一５０ ｋＮ条件下， 不同凸模圆角半径下的板材回弹后形状，图６为法 兰和侧壁随凸模圆角半径的变化关系（Ｌ一１００ ｍｍ，
ｆ一１．１ ｔ，ｒｄ一３ ｍｍ，￡一１ ｍｍ，雎一０．１７）。
图２ 回弹前后的板材形状以及回弹测量示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｈａｐｅ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ ａｎｄ
凸模
／
４。
１００一２０