超薄镀锌板辊弯成形回弹工艺
全硬薄宽镀锌带钢的拉伸弯曲矫直工艺
第42卷 第6期 2007年6月钢铁Iron and Steel Vol.42,No.6J une 2007全硬薄宽镀锌带钢的拉伸弯曲矫直工艺张清东1, 常铁柱1, 黄 河1, 姜正连2, 吴 彬2(1.北京科技大学机械工程学院,北京100083; 2.宝钢股份公司冷轧厂,上海200941)摘 要:建筑用全硬彩涂薄宽钢板是一种具有高附加值和高技术含量的高等级冷轧板带产品,但其在热镀锌工序中的板形控制是一个生产技术难题。
通过对全硬钢的力学性能的测定和拉矫变形行为的有限元仿真,发现屈服应力大、屈强比高以及断裂时塑性延伸小等特性是造成镀锌后全硬带钢拉矫困难和板形难以控制的根本原因。
基于仿真分析和现场调试,提出了针对全硬钢生产的包括拉矫参数设定的全套工艺对策,取得了良好的效果,可以稳定生产多种宽度和厚度规格的全硬彩涂钢板。
关键词:全硬钢;拉伸弯曲矫直机;带钢;有限元;热镀锌中图分类号:T G334.9 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2007)0620047204T ension Leveling for Wide and ThinG alvanized Full H ard Steel StripZHAN G Qing 2do ng 1, C HAN G Tie 2zhu 1, HUAN G He 1, J IAN G Zheng 2lian 2, WU Bin 2(1.School of Mechanical Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China ;2.Cold Rolling Department ,Baoshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Shanghai 200941,China )Abstract :As a product with high added value ,the full hard (F H )strip is mainly used for building and its shape con 2trol is a difficult problem in hot 2dip galvanizing.By mechanical test of the steel strip and simulation of strip deforma 2tion in tension leveling using finite element method ,characteristic features of the strip were obtained ,such as ;high yield stress ,high yield ratio and low plastic elongation as the basic reason of difficulty in tension leveling and shape control.Based on simulation results and debugging of process parameters on site ,f ull set of technical measures in 2cluding optimum tension leveling parameters for F H product were put forward ,and good effect of strip shape control was obtained.Varieties of color coated hard f ull strip are steady produced.K ey w ords :full hard steel ;tension leveler ;steel strip ;FEM ;hot 2dip galvanizing作者简介:张清东(19652),男,博士,研究员; E 2m ail :zhang_qd @ ; 修订日期:2006209230 结合国内外热镀锌技术自行设计建造的具有国内先进水平的热镀锌生产线,在全硬钢的生产中遇到了拉矫困难和板形不良等生产及质量问题,严重制约了此种产品的正常生产。
板料弯曲回弹及工艺控制
板料弯曲回弹及工艺控制板料在弯曲过程中，产生塑性变形的同时会产生弹性变形。
当工件弯曲后去除外力时，会立即发生弹性变形的恢复，结果使弯曲件的角度和弯曲半径发生变化，与模具相应形状不一致，即产生回弹。
回弹是弯曲成形过程的主要缺陷，它的存在造成零件的成形精度差，显著地增加了试、修模工作量和成形后的校正工作量，故在冲压生产中，掌握回弹规律非常重要。
如果在设计模具前，能准确掌握材料的回弹规律及回弹值大小，设计模具时可预先在模具结构及工作部分尺寸上采取措施，试冲后即使尺寸精度有所差异，其修正工作量也不会太大，这不仅可以缩短模具制造周期，而且有利于模具成本的降低及弯曲件精度的提高。
1 弯曲回弹的表现形式弯曲回弹的表现形式有下列二个方面(如图1所示)：(a) 弯曲半径增加：卸载前板料的内半径r (与凸模的半径吻合)，在卸载后增加至r0，半径的增量为△r二r0一r(b) 弯曲件角度增大：卸荷前板料的弯曲角为α(与凸模的顶角吻合)，在卸荷后增大到α0，角度增量为△α=α0一α图1 回弹导致弯曲角和弯曲半径变化2 弯曲回弹产生的原因弯曲回弹的主要原因是由于材料弹性变形所引起的。
板料弯曲时，内层受压应力，外层受拉应力。
弹塑性弯曲时，这两种应力尽管超过屈服应力，但实际上从拉应力过渡到压应力时，中间总会有一段应力小于屈服应力的弹性变形区。
由于弹性变形区的存在，弯曲卸载后工件必然产生回弹。
在相对弯曲半径较大时，弹性变形区占的比重大，回弹尤其显著。
回弹是由于在板厚方向应力或应变分布不均匀而引起的。
这种应力和应变的不均匀分布是弯曲的特点，对于只施加弯矩的弯曲方式，要有效减少回弹是困难的。
为了使回弹减小，应尽量使板厚断面内的应力和应变分布均匀，为此可采取在纵向纤维方向对板料进行拉伸或压缩的方法，也可采用在板厚方向施加强压的方法。
在沿板的长度方向单纯拉伸变形的场合，除去外力后，由于在整个板厚断面内变形的恢复是均匀的，所以不会发生形状的变化。
解决板料冲压回弹的工艺措施
解决板料冲压回弹的工艺措施回弹是板料成形过程中，当外载荷卸除之后，其形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反变化的现象。
回弹影响了工件的加工精度和表面质量。
解决的工艺措施为：1、校正弯曲校正弯曲力将使冲压力集中在弯曲变形区，迫使内层金属受挤压，被校正后，内外层都被伸长，卸载后挤压两区的回弹趋势相抵可以减小回弹。
2、热处理在弯曲前进行退火，降低其硬度和屈服应力可减小回弹，同时也降低了弯曲力，弯曲后再淬硬。
3、过度弯曲弯曲生产中，由于弹性恢复，板料的变形角度及半径会变大，可以采用板料变形程度超出理论变形程度的方式来减小回弹。
4、热弯采用加热弯曲，选择合适温度，材料有足够的时间软化，可以减小回弹量。
5、拉弯该方法是在板料弯曲的同时施加切向拉力，改变板料内部的应力状态和分布情况，让整个断面处于塑性拉伸变形范围内，这些卸载后，内外层的回弹趋势相互抵消，减小了回弹。
6、局部压缩局部压缩工艺是通过减薄外侧板料的厚度来增加外侧板料的长度，使内外层的回弹趋势相互抵消。
7、多次弯曲将弯曲成形分成多次来进行，以消除回弹。
8、内侧圆角钝化从弯曲部位的内侧进行压缩，以消除回弹。
当板形U形弯曲时，由于两侧对称弯曲，采用这种方法效果比较好。
9、变整体拉延成为部分弯曲成形将零件一部分采用弯曲成形后再通过拉延成形以减少回弹。
这种方法对二维形状简单的产品有效。
10、控制残余应力拉延时在工具的表面增加局部的凸包形状，在后道工序时再消除增加的形状，使材料内的残余应力平衡发生变化，以消除回弹。
11、负回弹在加工工具表面时，设法使板料产生负向回弹。
上模返回后，制件通过回弹而达到要求的形状。
12、电磁法利用电磁脉冲冲击材料表面，可以纠正由于回弹造成的形状和尺寸误差。
(紫焰)本文来源锌钢百叶窗:。
弯曲回弹、弯曲力与弯曲工艺
则有利于弯曲成形和工件质量的提高。 脆较大的材料， rmin 则最小相对弯曲半径大， / t 回弹大，不利于成形。
三、弯曲件的结构
１．弯曲半径ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次弯曲， 增加工序数； 也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲 半径的精度都不易保证。 2．弯曲件的形状 一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料 受力平衡而无滑动。
对于有压料的自由弯曲 对于校正弯曲
F压机 ≥ (1.2 ~ 1.3) F自 + FY） （
F压机 ≥ (1.2 ~ 1.3) F校
五、弯曲件的工艺性
一、弯曲件的精度 一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下 级以下，角度公差大于15´。 级以下 二、弯曲件的材料 具有足够的塑性，屈强比（ σ s / σb )小 ) 屈服点与弹性模量的比值（ σ / E )小
2.校正弯曲时的弯曲力
F校 = Ap
式中：
F校
——校正弯曲应力；
A——校正部分投影面积； P——单位面积校正力，其值见表3-4。
三、顶件力或压料力
若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力 FD （或压料力
FY
)可近似取自由弯曲力的30％～80％。即
FD = (0.3 ~ 0.8) F自
四、压力机公称压力的确定
当t<2mm时，
l ≥t
l ≥ 2t
当t≥2mm时
6．尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。
坯料端部加压弯曲
用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。
软凹模弯曲
四、 弯曲力的计算
1、自由弯曲时的弯曲力
V形件弯曲力
镀锌生产线工作辊修复工艺
!
引
言
邯钢的酸洗镀锌生产线是从意大利的达涅利 ) 1234564 ( 公司整套引进的设备和技术 & 随设备运行时 间的延长和产量的不断增加 ! 与镀锌板表面直接接触的各 种工艺件 ! 开始出现不同程度的磨损和表面疲劳现象 ! 尤 其是紧紧压在镀锌板两侧表面上的工作辊 ! 其磨损和表面 疲劳现象尤为显著 & 为避免影响生产 ! 对产生磨损和疲劳 的工作辊进行修复成为亟待解决的课题 &
机械工程师
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镀锌生产线工作辊修复工艺
王红漫 ! 苑 勇
" 邯郸钢铁公司 供应处 ! 河北 邯郸 !"#!$" # 摘 要 $ 介绍酸洗镀锌线工作辊的工况 % 磨削工艺及制定磨削工艺需考虑的主要因素 & 文献标识码 $* 文章编号 $+!!,-,’’’",../(.)-.."0-., 关键词 $ 工作辊 ’ 磨削 ’ 工艺 中图分类号 $%&’’’($)
Байду номын сангаас$ 编辑 毕 胜%
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以上磨削用量的选择适用于粗磨外圆工件的情况 ! 在表面 暗灰色全部清除后 ! 便转向精磨 ! 精磨的目的在于进一步 消除潜在的微观疲劳裂纹 ! 降低表面粗糙度 ! 再一个目的 就是要使两根被修磨的工作辊辊径一致 ! 以便重新安装使 用时其线速度一致 !因此精磨时磨削用量的正确选择尤为 重要 " 根据资料推荐值 ! 精磨时工件速度 %0"-%1/!"! 纵向 进给量 ! #$%&’( &"! 磨削深度 $,"$%$$2 // "
钢板弯曲成形回弹计算新方法
功能介绍《钣金与制作》杂志是中国锻压协会主办的目前国内唯一一本面向钣金制作、管型线材加工行业的综合性高端杂志。
杂志为月刊，每月10日出版，每期发行量2万册。
钢板折弯成形是当前板材加工过程中非常普遍的工艺，尤其是近些年，钢板的压圆管工艺得到了飞速发展，已成为大型钢管生产的主要手段。
钢管折弯和压圆工艺中最难解决的就是回弹问题，这一问题解决不好会造成成形不准确、二次整形、生产效率低下，甚至造成模具因设计不当而报废等诸多方面问题。
基于以上问题，在实际工作中摸索研究，结合钢板弯曲变形时内部应力和应变的变化，推导出了钢板弯曲变形时的理论回弹公式，这一公式的应用对钢板的弯曲成形工艺有着非常积极的意义，在此和大家交流分享。
回弹公式的计算分析影响钢板回弹的变形因素主要由3个，即钢板的壁厚、材质和弯曲半径。
钢板越厚、材料越软(屈服强度低)、半径越小(曲率大)则回弹越小；反之就越大。
下面将对这三个因素对回弹所起作用及彼此之间的相互作用情况进行推导，从而得出较为准确的回弹公式。
钢板在弯曲时，被弯曲部位随着弯矩的不断加大而发生弯曲变形，当弯曲达到屈服强度的临界点时，弯曲点的变形在外力撤出时全部回弹，通常把这一临界点的回弹称为钢板弯曲变形的回弹，可用公式(1)表示，如图1所示。
ε=σs/E (1)ε——弹性变形量；σs——屈服强度；E——弹性模量。
图1 钢板的最大弹性变形实际弯曲时，当弯矩超过临界点继续加大，钢板以板厚的中性层为轴内表面发生压应力屈服，外表面发生拉应力屈服，使得变形不断增加。
为了便于计算，假定钢板在发生屈服变形时，板厚不发生变化，并假定钢板变形回弹后应力全部得到释放。
图2 钢板的任一无穷小段S（弧度）其变形如图2所示，这是取内、外侧的变形量为Δs。
ρ/ s ＝(ρ+ 0.5t )/(s+2Δs) ＝(ρ－0.5t )/(s－2Δs) (2)变形后可转化成ρ＝t s/4Δs (3)式中t——钢板厚度；ρ——钢板的中性层半径σs——屈服强度Δs——内、外侧的变形量；s——弯曲弧度。
板料多次弯曲成形回弹的数值模拟研究
板料多次弯曲成形回弹的数值模拟研究发布：2009-11-17 9:38:34 来源:模具网编辑：佚名摘要：对金属板料多次弯曲成形回弹的数值模拟方法进行研究，分析并解决了模拟过程中出现的板料与模具的干涉和各次弯曲间模拟结果的数据传递等问题。
通过金属板料的二次卷圆试验并与数值模拟结果比较．模拟结果与试验结果基本相符。
采用的有限元数值模拟方法可提高预测板料多次弯曲成形后回弹量的准确度。
关键词：金属板料；多次弯曲；回弹；数值模拟1引言金属板料弯曲成形后的回弹是加工中不可避免的现象，回弹的产生使得工件的弯曲精度降低，为后续的装配及其他工作带来困难。
目前对板料弯曲成形后的回弹模拟研究多集中在板料只进行一次弯曲成形后的回弹模拟，对多次弯曲成形回弹的数值模拟研究较少。
以下介绍对板料多次弯曲成形后的回弹进行模拟研究，分析模拟中出现的问题，并提出相应的解决措施。
2板料弯曲成形后回弹的数值模拟方法研究2．1弯曲回弹数值模拟方法通常情况下，完整的弯曲回弹数值模拟计算包括板料弯曲成形加载过程的模拟和弯曲成形后回弹过程的模拟，有限元方法也分为动力显式算法和静力隐式算法。
在弯曲回弹模拟过程中应结合冲压成形的特点来选择合适的有限元算法。
静力隐式算法虽然是一种无条件稳定的算法，但其计算过程需要构造和求解刚度矩阵，求解非线性方程组，而且每一步迭代都要进行接触判断nI对于板料弯曲成形这种包含接触和摩擦高度非线性的过程分析，往往会出现迭代不收敛的情况，或即使收敛，计算时间也很长。
所以对于板料弯曲成形过程的模拟一般采用动力显式算法，以避免因迭代计算和非线性引起的收敛问题。
其有限元计算公式为：对于弯曲回弹过程的模拟由于可以采用无模法。
即在弯曲回弹模拟开始之前，首先将模具与弯曲件分离，然后加载与弯曲成形结束状态接触条件相对应的反向力学边界条件：△f=-f(f为成形结束时相对应的节点接触力)，并采用增量法计算，直至所有等效节点外力趋于零。
与加载过程相比，在板料弯曲回弹过程非线性成分明显减弱，同时在进行板料的弯曲回弹模拟时，静力隐式算法更接近弯曲件回弹的本质，回弹过程的模拟更适于采用静力隐式算法，其迭代公式如下：研究表明，与其他方法相比，将显式和隐式有限元算法结合起来计算回弹的方法，具有计算效率高，计算相对准确的特点，是求解弯曲回弹问题中使用最多的一种手段伫。
辊弯拱型波纹板的回弹问题
收稿日期:2001-06-18作者简介:王丽娟(1970-),女(汉族),辽宁本溪人,工程师,硕士。
辊弯拱型波纹板的回弹问题王丽娟1,孙艳平2(1 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110004;2 鞍山钢铁学院,辽宁 鞍山 114001)摘 要:通过辊弯拱型波纹板的回弹公式计算和有限元模拟计算,探讨了辊弯拱型波纹板的回弹问题。
研究得出,辊弯拱型波纹板的回弹过程是一个应力释放过程,回弹后的最大变形量降低;带有侧边板的拱型波纹板回弹前后曲率半径变化不大,而无侧边板的拱型波纹板曲率半径变化较大;理论曲率半径值与实测结果基本符合。
关键词:辊弯;拱型波纹板;回弹;有限元模拟中图分类号:T G334 13 文献标识码:A 文章编号:1003-9996(2002)04-0023-04The rebound problem of the corrugated arch sheet made by roll bendingW ANG Li juan 1,SUN Yan ping 2(1 Th e State Key Lab of Rolling Technology &Automation of Northeastern Universi ty,Shenyang 110004,Chi na;2 Anshan Iron &Steel College,Anshan 114001,China)Abstract:According to the rebound calculation formul as and the ANSYS finite element analysis,th e thesis researched the reboundproblem of the corrugated arch sheet m ade by roll ben ding T he results s how that the rebound process of the corrugated arch sheet is the process of releasing stress,the radius of curvature of the corrugated arch sheet w i th side board has changed during 7~10mm,and the th eoretical radius of curvature is matched the actualKey words:rol l bending;corrugated arch sh eet;rebound;finite element analysi s1 前言近年来,空间结构在世界范围内得到迅速发展,其中金属拱型波纹屋顶结构就是一种新型空间结构,具有良好的力学性能,加工制作迅速,综合经济效益较好[1]。
冲压成形过程中板料的弯曲回弹方法研究
冲压成形过程中板料的弯曲回弹方法研究党林兵(中国煤炭科工集团太原研究院;山西天地煤机装备有限公司，山西太原030006)摘要:金属板料在冲压过程中由于弹性因素影响会产生残余应力，使板料在卸载后发生与冲压方向相反的弹回，这种现象称为回弹。
回弹问题是加工缺陷的一种，它影响了加工零件的尺寸精度，并且会影响后续的装配以及工件的使用寿命，所以应该对其进行精确的预测和控制。
关键词:回弹;冲压成形;加工缺陷中图分类号:TG38文献标识码:A文章编号:1006—7981(2018)05—0031—02由于影响回弹的因素众多、形成回弹的原因复杂、涉及的学科广泛，一直以来回弹问题都是学术界讨论的热点问题。
因此对回弹量的精确预测分析，进而实现回弹控制，对于实际加工生产过程中提高产品精度、延长使用寿命、缩短研发周期等都有着重要意义。
1回弹预测方法的研究随着弯曲成形加工零件的增加，回弹现象开始逐渐被人们所认识和重视，并开始对其进行系统的理论研究。
由于弯曲成形的几何形状和边界条件都相对比较简单，计算相对比较容易，故最初人们研究回弹问题是将弯曲成形理论作为起点的。
随着研究的不断深入和细化，回弹理论也愈加成熟。
而正因为如此，人们也同时发现了回弹问题的复杂性。
现在我们已经知道，回弹是板料冲压成形过程中不可避免的现象之一，在冲压成形过程中，板料的变形过程既存在塑性变形，也存在弹性变形。
加工结束后，来自模具上的载荷被卸载，由于弹性因素而导致的残余应力得到释放，从而使得工件的形状尺寸与预期有所偏差，这个偏差就是回弹量。
回弹产生的过程是整个冲压过程的累积效应，形成回弹的因素也是非常多的，比如材料特性、工艺参数、模具设计尺寸、零件加工形状和成形工序等等。
这些因素相互作用，使得回弹问题的预测和控制变得十分复杂。
对此，国内外的学者近些年都进行了深入的研究，并取得了多方面的成果。
其研究方向大体可分为三个方面，分别是理论研究、有限元模拟和实验研究及回弹控制。
高强度钢辊弯成型回弹分析
因为 显式 方 法 在 分 析 此 类 问 题 方 面 具 有 较 高 的效
工人 操作 。 ５ ）改 善 了车间 布局 改进前 车 间 比较拥 挤 ， 进后 有原来 的 １ 改 ３个工
［ 考文献］ 参
［ ］ 范 中 志 ， 树 武 ， 义 敏 ． 础 工 业 工 程 ［ ． 京 ： 械 １ 张 孙 基 Ｍ］ 北 机
工 业 出版 社 ， ９ ３ Ｉ ９．
序减 少到 ｌ 个 工序 ， 仅 减 少 了装 卸 次 数 ， １ 不 还使 得 各工 序 间操 作方 便 ， 件运输 距离 减小 。 工
Ｅ］ 郭 伏 ， 国 民 ， 婕 ． 作 研 究 在 轿 车装 配 流 水 线 能 力 平 ２ 张 温 工
整 中 的应 用 ［］ 工 业 工 程 与 管 理 ，０ ６ ２ ：１－２ ． Ｊ． ２０ （ ） １９１６
高强 度钢 辊弯 成型 回弹 分析
刘 成， 景作 军
（ 方 工 业 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 京 １０ ４ ） 北 北 ００ １
摘 要 ： 着计算机 性 能的提 高 ， 随 试制 成本 的 降低 也 带动 了板 料成 形 费 用的 降低 。现在 ， 真 正 的金 在 属 成 型生产之 前 ， 应用计 算机 对成 型过程 完全仿 真 ， 可优 化 成 型的 条件 。成 型预 测技 术 发展 过 程 中 ， 成 在
连续 介质 和结 构分 析的有 限元程 序 。同时它 对 非线
性 瞬变动 态现 象和 一些非 线性 准静 态模拟 也有较 好
的适 用 性 。
ＡＢ ＱＵＳ显 示分析 基 于以下公 式 ： Ａ
Ｍ ／＋ Ｊ Ｐ 一 ０ ／ —
求解 规模 的能力 以及 非线性力 学分 析功 能均有 利于
高强度钢辊弯成型回弹分析_刘成
高强度钢辊弯成型回弹分析刘成,景作军(北方工业大学机电工程学院,北京100041)摘要:随着计算机性能的提高,试制成本的降低也带动了板料成形费用的降低。
现在,在真正的金属成型生产之前,应用计算机对成型过程完全仿真,可优化成型的条件。
成型预测技术发展过程中,在成型包括先进高强度钢内的许多金属出现了回弹问题。
回弹是一种内部应力释放的过程,它对金属成型的精度有很大影响。
尤其对一些加工硬化明显的材料,如高强度钢,回弹成为金属成型仿真的难点问题。
本文对辊弯成型中使用高强度钢时回弹做了初步的有限元仿真分析,得出模型参数对回弹影响的基本规律。
关键词:强化;辊弯成型;回弹;先进高强度钢中图分类号:T P302文献标志码:A辊弯成型是通过顺序配置的多道次成型轧辊,将卷材、带材等金属板带不断进行横向弯曲,以制成特定断面型材的工艺技术。
辊弯成型是一种节材、节能、高效、先进适用的板金属成型工艺。
ABAQU S是国际上最先进的大型通用有限元软件之一,它可以分析复杂的工程力学问题,其驾驭庞大求解规模的能力以及非线性力学分析功能均有利于计算辊弯成型这样的复杂金属成型问题。
板料辊弯成型回弹仿真的几个主要因素是:材料模型、有限元计算方法、板料的厚度和设计弯角曲率半径。
本文就后2个方面进行研究。
1成型仿真计算一般地,利用Abaqus/Explicit模拟成型过程,因为显式方法在分析此类问题方面具有较高的效率。
ABAQUS/Explicit是一种适用于高级非线性连续介质和结构分析的有限元程序。
同时它对非线性瞬变动态现象和一些非线性准静态模拟也有较好的适用性。
ABAQUS显示分析基于以下公式:M +I-P=0为了方便,将动力学问题方程组中的惯性力独立于其它力,假设M(质量矩阵)对时间为常数。
I 和P为依赖于节点的位移和速度,但是与高阶时间导数无关。
这样,系统关于时间是二阶的,并且阻尼/耗散包含在I和P中。
如果I=K u+C u#,其中K(刚度)和C(阻尼)为常数,问题就是线性的,否则是非线性的。
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第６期（总第１７５期）２０１２年１２月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．６Ｄｅｃ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０６－００４２－０３超薄镀锌板辊弯成形回弹工艺分析范 琦（北方工业大学机电研究院，北京 １００１４４）摘要：对于超薄镀锌板，厚度薄回弹量大难以控制是运用辊弯成形方法中的难点之一。
基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立了超薄板辊弯成形仿真模型，以单波模型为例，运用正交试验方法分析了压型板的回弹，详细分析了相对弯曲半径变化对回弹的影响。
研究表明，材料厚度增加、弯角半径减小时，回弹角度会减小；在一定范围内较少道次数也能减小回弹角度；板材回弹角度与ｒ／ｔ值成线性关系。
关键词：辊弯成形；数值模拟；回弹中图分类号：ＴＧ３８６．３＋１ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０５－３０；修回日期：２０１２－０６－２０作者简介：范琦（１９８６－），男，新疆乌鲁木齐人，在读硕士研究生，主要从事辊弯成形ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ一体化方面的研究。
０ 引言超薄镀锌板多见于建筑中的轻钢结构。
其板厚小于１ｍｍ，屈服强度不低于５５０ＭＰａ，最显著的特点是强度高、塑性差，屈服强度和抗拉强度非常接近，在屈服后几乎无应力强化阶段。
辊弯成形是一种重要的板材成形技术，具有连续生产、节约成本、工艺稳定、成形精度高等优点［１，２］，因此辊弯成形适合规模化生产，但其成形过程复杂，影响因素多，所以对辊弯成形回弹特点还有待进一步研究。
本文以超薄镀锌板成形为对象，基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件，建立有限元简化模型，并设计正交试验，研究压型板成形特点及回弹规律。
１ 有限元模型的建立本文对３种厚度板材进行单向拉伸试验，由试验结果计算后得到材料参数，见表１［３］。
材料密度取７ ８５０ｋｇ／ｍ３。
表１ 拉伸试验结果厚度（ｍｍ）弹性模量（ＭＰａ）屈服强度（ＭＰａ）抗拉强度（ＭＰａ）泊松比０．３ １６５ ７５５ ５６１ ６２０ ０．３０．４８ ２１２ ５７２ ５９０ ６５０ ０．３０．６ ２０２ ７７０ ６７０ ７５５ ０．３ 板材成形后的最终截面见图１。
有限元模型建立如下：道次间距２５０ｍｍ，上、下辊间距１８０ｍｍ；对单波成形进行模拟，将轧辊设为解析刚体，轧辊与板料间摩擦系数设为零，限制轧辊的转动，轧辊与板材间采用面－面接触；板材长宽尺寸为７５０ｍｍ×１２０ｍｍ；将轧辊完全约束，在板料纵向加载一段位移，限制板料前端部的纵向位移，限制板料中心线前、后两端点的横向位移；选用Ｓ４Ｒ壳单元，厚度方向取５个积分点，网格在弯角处加密。
共划分１９ ０００个网格、１９ ５３９个节点。
成形过程采用显式算法，后导入隐式算法计算回弹。
图１ 最终截面图２ 成形模拟过程分析辊弯过程中板材逐一经过机架，板料中间部分受上辊的压力而向下运动，两边受下辊压力被抬起并向中间运动，相对中心线而言两边为扭转变形。
变形幅度越大，应力应变也越大。
成形过程中板料不同位置不同时间可能受到横向弯曲、横向扭转、纵向弯曲、纵向拉压、横向剪切等作用，变形极为复杂。
取四道次成形为例，图２为前两道次应力分布。
当板料进入轧辊后，在弯角处和中间腹板部分产生较大的应力集中，这些区域出现大变形。
从第一道次开始，弯曲段就存在塑性变形。
由于板料薄厚方向刚度小，应力波对板材影响大。
选择板料的中部成形时刻，每道次变形发生在板料与轧辊接触及附近区域，最大应力出现在进入轧辊前，而板料被带出轧辊后，应力迅速减小并进入卸载阶段。
其后的每道次成形与第一道次相似。
由于第二道次的下山量和成形角度最大，需要更大的纵向弯曲和横向弯曲，故应力较大。
在板料中段３个弯曲段各取特征节点Ａ、Ｂ、Ｃ，其等效应力、应变随成形过程变化见图３和图４。
图３表明，３个部位的应力峰值都出现在约６００ｍｍ处，节点此时正进入第二道次，与应力云图一致；上弯角上表面应力值大于下表面；腹板部分的弯曲角度不大，上下表面的应力相差很小；下弯角处节点的应力在达到峰值前上下应力基本一致，后段上表面应力明显减小。
图２ 板材在前两道次的应力分布３ 正交试验结果分析设计采用４因素３水平的正交试验，选用正交表Ｌ９（３４）。
考虑因素包括不同厚度、弯角半径、道次数和成形速度。
各试验参数分配及结果见表２。
每道次角度由角度分配公式［４］得到，选取不同道次时的成形角度θｉ为：四道次：θｉ＝１４°→３０°→４４°→５２．３°。
五道次：θｉ＝１１°→２４．５°→３７°→４７°→５２．３°。
六道次：θｉ＝８°→２０°→３０°→４０．３°→４８°→５２．３°。
表２中选择在板材中间部位测量翼板处的回弹角度，Ｋｉ为所在列中各因素试验回弹量的和，Ｒ为该列Ｋｉ最大值与最小值之差。
各因素对回弹影响趋势见图５。
图５表明，成形速度在此区间对回弹影响不明显，材料的不同厚度和弯角半径的影响比较大。
当弯角半径或道次数增加时，回弹角度也会增大，板料厚度越大则回弹角度会减小。
０．３ｍｍ板对因素变化非常敏感。
分析表明弯角半径较小时增加了板材表面的塑性变形，使回弹量减小。
在一定范围内，道次数的增加使得每道次的弯曲角增量减小，减少了塑性应变，使得回弹量增大。
结合拉伸试验的结果可以发现不同厚度材料的弹性模量和屈服强度都有差别，这也是不同板厚材料对回弹量影响较大的原因之一。
图３ 各节点等效应力图４ 各节点等效应变４ 弯角半径ｒ对回弹的影响以上正交试验中表明，厚度变薄时，回弹量对因素的变化会趋于敏感。
取厚度ｔ＝０．６ｍｍ板材，比较ｒ／ｔ值分别为４、６、８、１０时的回弹量。
选择四道次成形，速度为１ｍ／ｓ。
翼板弯角外侧应力随时间变化曲线见图６，回弹角度与ｒ／ｔ的关系见图７。
５ 屈服准则对成形结果的影响板材在轧制过程中产生结晶的择优取向，使板材·３４· ２０１２年第６期 范琦：超薄镀锌板辊弯成形回弹工艺分析表现出各向异性的特点。
以０．６ｍｍ板、弯曲半径６ｍｍ模型为例。
分别使用各向同性模型和Ｈｉｌｌ屈服准则模型做模拟分析，应力分布图见图８。
表２ 正交试验方案及结果试验号板厚（ｍｍ）弯角半径（ｍｍ）成形速度（ｍ／ｓ）道次数实测角度（°）回弹角度（°）１ ０．６ ２．４ １ ５ ５０．６４ １．６６２ ０．６ ３ ０．７５ ６ ４８．４３ ３．８７３ ０．６ １．８ ０．５ ４ ５１．０８ １．２２４ ０．４８ ２．４ ０．７５ ４ ５０．５２ １．７８５ ０．４８ ３ ０．５ ５ ４９．７８ ２．５２６ ０．４８ １．８ １ ６ ５０．５４ １．７６７ ０．３ ２．４ ０．５ ６ ４６．９９ ５．３１８ ０．３ ３ １ ４ ４５．９９ ６．３１９ ０．３ １．８ ０．７５ ５ ４７．０１ ５．２９Ｋ１６．７５ ８．７５ ９．７３ ９．４７Ｋ２６．０６ １２．７ １０．９４ １０．９４Ｋ３１６．９１ ８．２７ ９．０５ ９．３１极差Ｒ １０．８５ ４．４３ １．８９ １．６３图５ 各因素对回弹角ｋ的影响趋势图６ ０．６ｍｍ板弯角处等效应力变化取上弯角中部的一个特征节点，比较弯曲角外侧的应力变化，见图９。
Ｈｉｌｌ模型全程应力变化比各向同性模型平稳，在大约０．４ｓ之后，应力值一直大于各向同性模型，处于屈服强度以上的时间较长；两者的最大应力相差约５０ＭＰａ，后半段应力相差能达到２００ＭＰａ；应力分布存在方向性，在轧制方向应力分布较平稳；各向同性模型回弹量约等于４．９°，Ｈｉｌｌ模型回弹量略小约为４．６°，各点的回弹角相差很小，纵向成形平整。
图７ ０．６ｍｍ板回弹角与ｒ／ｔ的关系６ 总结正交试验表明：厚度对板料回弹的影响最大，在一定范围内，增加弯角半径、减少道次数、增加板厚会限制回弹量；成形速度在取值区间上没有明显规律；回弹量与相对弯角半径成线性关系，板材越薄，改变弯角半（下转第４７页）·４４·机械工程与自动化 ２０１２年第６期 在许用范围内。
另外纵梁和横梁的连接处有应力集中，在设计制造时应予考虑。
４ 结论本文对自卸汽车底盘车架进行了改装设计，并用ＡＮＳＹＳ对改进后的车架进行了有限元分析，获得了以下结论：最大应力值出现在举升缸支架的位置，但是远小于材料的屈服极限，满足要求；最大变形量为１．５ｍｍ，发生在车架尾梁，属于允许范围内。
本文的结果为车架的进一步试验和优化提供了理论依据。
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