板料成形回弹问题研究新进展_朱东波
板料成形回弹特征及其控制技术
中很 难 有效 克 服 的 成形 缺 陷 之 一 ． 接 触压 力 的消 除 而 自动 释 放 掉 ．回 模拟精度虽然不高 ．但计算速度很
它 不 仅 降 低 了产 品 质 量 和 生 产 效 弹 的 驱动 力 一 般 是朝 着 板 料 原 始形 快 ．可 以为 模 具在 设 计 阶段 提 供 一 率 ．还 制约 了 自动 化装 配 生产 线 的 状 变形 。 因此 ．冲压 成 形 中的最 终 个 定 性 的参考 方案 。Ｔ Ｃ． ｕ 学 ． Ｈｓ 等 实 施 ．是 我 国 汽 车 制造 工 业 中亟 待 产 品形 状 不 但依 赖 于 凹模 形状 ．而 者采 用隐式Ｔ （ｏａ Ｌ ｇａ ｇａ Ｌ Ｔ ｔｌ ａ ｒ ｎ ｉｎ）
回弹 是 板 材 冲压 成 形 过 程 的 主 致使 板 料 产 生 很 大 的弹 性 应 变 能
要 缺 陷 之一 ．严 重 影 响着 成 形 件 的 在 模 具 与板 料 动 态 接触 过 程 中存 在 程 ．并应 用该 算法模 拟 了３ 复 杂冲 个
成 形 质量 和 尺 寸精 度 ．是 实 际工 艺 于板 料 中 的这 种 弹 性应 变 能 会 随 着 压件 的卸 载 回 弹过 程 ，这种 算 法 的
解决 的关键性问题 。
且 依 赖 于 成 形后 存 储 在 板 料 中 的弹 算法 ．引入 Ｈｉ－ 次 方屈 服 函数模拟 ｌ ｌ
板料成形回弹模拟
第6卷第3期1999年9月塑性工程学报JOU RNAL O F PLA ST I C IT Y EN G I N EER I N GV o l16 N o13Sep t1 1999板料成形回弹模拟Ξ(北京航空航天大学 100083) 张晓静 周贤宾摘 要 本文阐述了板料成形数值模拟中回弹问题的研究历史和发展现状,总结了回弹模拟的算法,从成形过程模拟和回弹计算两方面系统分析了影响回弹模拟准确性和收敛性的主要因素及改进方向,并进一步讨论了模具设计中回弹的补偿算法。
关键词 板料成形 回弹模拟 有限元 动态显式 静态隐式1 前 言在板料成形领域,回弹是模具设计中要考虑的关键因素,零件的最终形状取决于成形后的回弹量。
回弹现象主要表现为整体卸载回弹、切边回弹和局部卸载回弹,当回弹量超过允许容差后,就成为成形缺陷,影响零件的几何精度。
因此,回弹一直是影响、制约模具和产品质量的重要因素。
随着汽车工业和航空工业的发展,对薄板壳类零件成形精度的要求越来越高,特别是近年来由于高强度薄钢板和铝合金板材的大量使用,回弹问题更为突出,成为汽车和飞机等工业领域关注的热点问题。
目前,回弹计算功能及回弹模拟精度,已成为衡量板料成形有限元模拟软件技术水平的重要标志之一。
本文旨在总结板料成形回弹模拟计算的研究历史和发展现状,分析影响回弹模拟精度的主要因素及存在问题,希望能对板料成形有限元数值模拟技术的研究者提供一些启发,也为工艺和科研人员更好地利用现有的有限元分析软件,解决工程实际问题提供一些帮助。
2 研究历史与发展现状在过去几十年间,世界各国在回弹的预测及减小方法方面作了大量的工作,建立了一些描述和预测零件回弹的数学模型。
早期的工作主要基于解析法对一些简单零件纯弯曲或拉弯成形的回弹进行分析[1,2]。
M ai H uang和Jam es C.Gerdeen[3]总结了1994年以前板料成形回弹问题的研究状况,分析了双曲度可展曲面零件的回弹规律,并介绍了大约90篇参考文献。
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
Ku=F
式中K为总刚度矩阵；u为位移向量；F为节点载荷向量。
在隐式算法中，对于第i个给定的加载增量，用Newton-Raphson迭代法，需要求解下面的方程：
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
摘要
回弹是板材冲压成形过程中不可避免的普遍现象，直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件中的非线性动力的显式、隐式连续求解功能，模拟了板料冲压成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程，得到了成形过程中任一时刻各处Von-Mises应力云图和应变值及卸载后板料的回弹结果，帮助我们更好的认识分析板料冲压成形以及回弹过程中物质内部的变化。
ANSYS／LS-DYNA是一个通用的显示非线性动力分析有限元程序，近年来开发的板料冲压成形数值模拟新功能，取得了很大成功。通过计算，可以观察板料冲压成形过程中的变形状态、应力状态和壁厚变化，了解可能出现的起皱和开裂现象。此外，ANSYS／LS-DYNA程序具有显式、隐式求解功能，用显式求解模拟动态成形过程，然后用隐式求解模拟线性回弹变形。这不仅能够模拟材料变形过程，而且也能较好地计算回弹现象，比较准确地得到材料最终成形状态。
关键词：板材冲压，回弹，非线性有限元分析，数值模拟
Sheet metal stamping and rebound finite element simulation analysis
Abstract
The rebound is inevitable common phenomenon in sheet metal forming process, a direct impact on the final shape to the dimensional accuracy of the stampings and parts. In this paper, the nonlinear dynamic finite element software ANSYS / LS-DYNA explicit, implicit sequential solution function to simulate thespringbackdeformation of the sheet after sheet metal stamping process and uninstall the whole process, forming process at any time throughout the Von-Misesstress cloud and strain and after unloading sheetspringbackresults, help us to a better understanding analysis sheet metal stamping and rebound process material internal changes.
板料成形回弹模拟及补偿技术研究现状
ｓｔｅａｍ
ｔｕｒｂｉｎｅ
ｒｏｔｏｒ
ｆｏｒｇｉｎｇ ｆｏｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｐｍｃｅｅｄｉｎｓｓ ｄｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎ—
Ｙ，Ｍ％，ｏｅｈｉ Ｒ。Ｋａｗａｉ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＩＩｉｇｈ—ａｎｄ
ｒｏｔｏｒ
ｔｅｒｒｉｔｏｒｉａｌ Ｃ叩ｆｅ唧脱Ｏｌｌ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｍ砒ｅ血１１８ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
收藕日期：２００９－０２—１３ 作者简介：叶玉刚（１９７７一），男，讲师，从事精密机械制造技术研究
成形回弹问题鲫。 每３年一度的ＮＵＭＩＳＨＥＥＴ会议。不仅每届都
有回弹方面的考题。而且考题数以及论文发表数量 也逐年增加。ＮＵＭＩＳＨＥＥＴ’９９回弹考题为１个。回 弹论文比例为１１％；ＮＵＭＩｓＨＥＥＴ’２００２回弹考题为 ２个，回弹论文比例为１６％；而ＮＵＭｌＳＨＥＥＴ’２００５
弹控制，将在线识别的冲头行程一冲压力曲线参数
作为人工神经网络的输入，以此来识别材料参数和 工艺参数，输出控制压边力以减小回弹。ｗｕ和
量：啪ｆｉｌｌｉ妒．１等人研究了回弹量的模具补偿方法。其基
本思想是基于有限元仿真，通过迭代算法对模具形 状进行不断修正，使得最后成形的零件在回弹后恰 好满足设计形状要求。如果冲压成形和回弹模拟精 度能够得到保证。这些回弹控制方法都能取得较满 意的结果。 国内外学者在数值模拟技术的材料模型、求解 算法、求解过程、单元技术等方面进行了大量的研 究，也取得了一定的进展叫．。．１１．１２一。 ３．１材料模型方面的研究。
Ｐａｐｅｒ－
拟，不仅接触摩擦最为严重，而且非线性问题最为突
出。单元的优劣及尺寸的影响、接触算法及摩擦模型 的科学性、本构方程及硬化规律的合理性、有限元算
板材成形的回弹预测和控制的研究
１引 言
板材 冲压 成 形过 程是 一 个包 含 材料 的大变 形 、 大转 移 、接 触碰 撞 、摩 擦 磨 损 等 多种 非 线 性 因素 耦 合 的过 程 ．因此 其 模 具 的 设计 和成 形 精 度 的控 制 非 常 困难 ．从 而造 成 板 材 成形 过 程 中容 易 产 生 起 皱 、破 裂 和 回 弹等 缺 陷 。经 过 长期 的工 程 实 践 和不 断 地 研 究 ．针 对 起 皱 和 破 裂 问题 已经 有 了许 多有 效 的分 析方 法 和 控 制措 施 。然 而 ．复 杂 形 状 冲压件 的回弹 问题 一直 没有 获得 很好 的解 决 办法 。 回 弹是 冷 冲 压 成 形过 程 中不 可 避 免 的物 理 现
回弹 预 测 及 控 制 方 面 也 连续 进 行 了有 益 的 研 究 ，
几 何 形 状 、摩 擦 接 触 等众 多 因 素密 切 相 关 ，所 以 板 材 成 形 的 回 弹 问题 非 常复 杂 ，它 不 能 简 单 地 理 解 为 弹 性 卸 载 过 程 。可 能还 伴 有 局 部 加 载 过 程 ，
件 回弹误差 。
在 近几 年 的研究 中 ，Ａ ｒｓ 出了使用 多步 法 ｙｅ 提
成 形 工 艺 以减 小 冲 压 过程 中 的 回 弹 ［ 。Ｃ ｏ ８ ｈ ｕ和 ］
Ｈｕ ｇ 析 了几种 在 Ｕ形 弯 曲工艺 中减 小 回弹 的技 ｎ分
术 ，与 成形 结 果 的优 化 分 析相 结 合 ，得 出 了每 种 工艺 的最优 成形参 数 ［。 ９ ］ ３２模具 型面 补偿 法 ．
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究【摘要】本文主要研究基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用。
在文章介绍了研究背景和研究目的。
在首先概述了板材渐进成形技术，然后探讨了数值模拟在板材成形中的应用，并分析了回弹机理。
接着详细介绍了板材渐进成形回弹技术的数值模拟方法，并进行了案例分析。
在总结了研究的成果，并提出了下一步的研究方向。
本研究通过数值模拟的方法，对板材渐进成形回弹技术进行了深入探讨，为相关领域的研究和实践提供了重要参考。
【关键词】板材渐进成形、回弹技术、数值模拟、机理分析、案例分析、研究背景、研究目的、研究成果、下一步研究方向1. 引言1.1 研究背景板材成形工艺在制造业中起着至关重要的作用，而在板材成形过程中的回弹问题一直是制约生产效率和产品质量的重要因素之一。
传统的板材成形工艺存在着回弹过大、成形精度不高等问题，为了解决这些问题并提高生产效率，渐进成形技术应运而生。
渐进成形技术是利用板材在成形过程中的弹性变形特性，通过控制成形力和变形路径来逐步将板材成形到目标形状，能够有效降低回弹量，提高成形精度。
随着计算机技术的发展，数值模拟在板材成形领域的应用得到了广泛推广。
数值模拟可以通过建立板材成形的有限元模型，模拟成形过程中的变形情况，分析板材应力、应变分布以及回弹情况，从而优化成形工艺参数，提高成形精度。
数值模拟还可以辅助工程师进行设计和优化，减少试验成本和周期。
在面临激烈市场竞争的今天，基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术正日益受到重视。
本文旨在研究板材渐进成形技术中回弹问题，探讨数值模拟在该技术中的应用，为优化板材成形工艺提供理论支持和参考依据。
通过本文的研究，不仅可以提高板材成形的精度和效率，也将为相关领域的研究和应用提供新的思路和方法。
1.2 研究目的研究的目的是为了探索基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术在工程实践中的应用。
通过研究，我们希望能够深入理解板材在渐进成形过程中的回弹特性，为工程设计和生产提供更准确的参考数据。
板料成形回弹特征及其控制技术
18 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2008年第6期
如图10，对板料的弯曲部位进
图6 变整体拉延成形为先部分弯曲成形后部分拉延成形的回弹抑制算法
图4 内侧圆角半径R硬化方法
这种方法对于二维形状简单的 行局部的淬火和回火处理，降低屈
度又要具有弹性的成形件产品不适 产品有效，对于三维形状的复杂产 服点，进而达到消除回弹之目的。
用。
品有时会产生不合格的效果，要注 2.10 冻结形状技术
如图4，从弯曲部位的内侧进行 压缩，以消除回弹。在板材U形弯 曲时，由于有两侧对称弯曲，采用 这种方法效果比较好。L形弯曲时， 一般面部分的材料压料力变弱，有 时会产生尺寸变差。从形状判断， 弯曲部位压力弱。对于既要保证强
弹抑制方法对于越厚的板材效果越 好。 2.5 变整体拉延成形为部分弯曲成 形的回弹控制方法
如图6，把整体拉延成形（设整 体拉延深度为90 mm）的Ａ部（设为 60 mm）采用弯曲成形，消除板外侧 和内侧的应力差，剩余30 mm凹模的 B部，再通过拉延成形以减少回弹。
前提下，改变产品形状，增加加强 筋，可以控制和改善回弹。 2.8 负回弹方法
如图9，在加工工具表面时，设 法使板料产生负向回弹。上模返回 后，制件回弹，通过负回弹和回弹 而达到要求的产品形状。 2.9 淬火、回火抑制回弹方法
Crutonite合金
伊顿公司与一家特种金属材料研究公司共同开发的Crutonite气门材料具有全新的特性。其具有出色的耐高温、耐磨和高强 度的特性，特别适用于高性能柴油发动机和未来乘用车发动机更为复杂的燃烧环境。虽然这种新合金的性能表现和宇航超级耐 热合金相当，但镍类的特种金属使用量很少。
PACE：汽车供应商杰出贡献奖，由美国汽车工程师协会和美国汽车新闻共同评选。
3D复杂形状板料冲压成形回弹误差补偿方法及其实验验证
( ) #
图 #! 板料冲压成形环节 . C : #!, A 8 9 I C < C < ‘8 \ M ^ D D Z > A D Z B 9 M Z B A C < E E9 O E
本文以回弹 误 差 为 控 制 目 标 ! 以 线 性 闭 环 控 制
!! 引 ! 言
板料冲压是 汽 车 覆 盖 件 的 主 要 成 形 方 式 " 板 料 冲压成形过程中 普 遍 存 在 回 弹 问 题 ! 特 别 是 在 弯 曲 和浅拉深过程中 回 弹 现 象 更 为 严 重 ! 对 零 件 的 尺 寸 精度和生产效率 造 成 极 大 的 影 响 ! 有 必 要 对 其 进 行 深入的研究和有效的控制 " 模具修正是板料成形回弹控制的有效方法之一 " 以往工程上模具修 正 基 本 上 是 通 过 反 复 试 验 来 完 成 的 ! 时间长 ! 费用高 " 目前数值模拟技术发展迅速 ! 一些学者在模具回 弹 补 偿 的 数 值 模 拟 方 面 作 了 大 量
!"K, 的工作 + " 数 值 模 拟 迭 代 法 效 率 高# 费 用 低! 但
系统 # 空间 . 8 ; S C D S变 换 和 频 域 传 递 函 数 为 理 论 基 础 ! 基于模具实 验 迭 代 ! 建 立 模 具 回 弹 补 偿 修 正 算 法 " 实验证明 ! 该 方 法 可 以 较 好 地 控 制 板 料 冲 压 成 形回弹误差 "
式中 !! % % % 模具 T冲压 C D S 变 换! 即 " ( . . 1 变换
板料成形回弹问题研究新进展_朱东波
第7卷第1期2000年3月塑性工程学报JOU RN AL O F PLASTICITY EN GIN EERIN GV ol.7 No.1Ma r . 2000板料成形回弹问题研究新进展*(西安交通大学先进制造技术研究所 710049)朱东波 孙 琨李涤尘 卢秉恒摘 要:本文从回弹理论、回弹数值模拟分析、回弹控制三方面对弯曲成形、3-D 复杂浅拉深成形中回弹研究的历史和最新发展状况作了较全面的介绍。
文章所引用的大量文献基本概括了前人在这些方面的主要研究方法和重要研究成果。
关键词:回弹;板料成形;模具*国家“九·五”重点攻关资助项目(项目号:85-951-19)。
收稿日期:1999-4-281 引 言板料成形过程中普遍存在有回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,有必要对其进行深入的研究和有效的控制。
零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应,而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关,所以板料成形的回弹问题非常复杂。
半个多世纪来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨,这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉深成形、从理论分析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面。
本文从三个方面对前人的工作进行了概括性回顾,重点介绍了90年代回弹研究的一些新进展。
2 弯曲理论研究和回弹的解析分析方法 弯曲成形一般只涉及较为简单的几何形状和边界条件,所以有条件用解析方法对其进行深入的研究。
50年代,R .H ill 、F .Proska 、F .J .Gardiner 等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础[1],后来不断有学者对这些理论进行深化和发展。
Huang ,etc [2]在其文章中对50年代到80年代间诸多学者的回弹研究工作做了较详细的回顾和评述。
回弹是弯曲卸载过程产生的反向弹性变形,板料回弹的经典计算公式为:Δk =1R -1R S =12M (1-ν2)Et3(1)式中 Δk ——曲率变化量R ——回弹前中面半径R S ——回弹后中面半径E ——弹性模量ν——泊松比t ——回弹前板料厚度M ——回弹前板内弯矩弯矩M 由截面纵向应力分布唯一确定。
板料成形数值模拟中回弹问题的处理
机 电技 术 弹 计算 值与单 元尺 寸成 反 比关系 ， 元尺 寸越 小 ， 单 计 算 回弹量 越大 ；反 之 ， 回弹量越 小 ，甚至 出现 反 向回弹 ，结果 表 明 ，坯 料 单元尺 寸 为模 具 圆角 半径的 １ ／ ， 回弹结果 与实验 结 果最接 近 。 回 ２时 弹 算法 本 身 的影 响因素 主要 有 ：一 是设置 边 界条 件 以防止 刚体 运动 时 ，施加 部位 不 同 ，计 算 结果 会有 很大 的差 异 ；二是 回 弹过程 不 能简单 地 理解 为弹 性卸 载过 程 ，可 能伴有 局部 加 载过程 ，而在 模拟 过程 中没有 考虑 。 １ 回弹 的计算方 法 ． ２ 回弹 模拟 的精 度 不仅 与成 形过 程 的模 拟 精度 有关 ，而且还 与 回弹 计算 方法 、 回弹模 型 的选 择 等密 切相 关 。回弹模 型有 两种 ，有 模法 和无模 法 。
因造 成 的Ｌ：一 是板 料成 形 过程 有 限元 模 型模 拟 ５ Ｊ 精 度 不够 准确 ；二 是 回弹模 型 的选取 与 回弹算 法
况，计算速度慢，但计算精度高；而动力显示算 法 不需要 构造 和求 解 刚度矩 阵 ，不用 进 行迭代 收
敛判 断 ，计算 速度 快 ，但计 算精 度要 差 一些 。为
［－３ １ ］
，
回弹 由此 越 来越 受 到 学术 界 的关 注 ，有 限
元数值模拟技术的引入，为推动回弹问题的解决 提 供 了有 利 的工具 。
计 算 回弹 的真正 目的在 于 以计 算 出的 回弹量 为依 据来 修 正模具 ，从 而缩 短模 具 设计 时 间、提 高 效率 、降低 成本 。如何准 确 的预测 回弹 、提 高 回弹 的模 拟精 度成 了板 料成 形有 限元 数值 模拟 的
板材多点成形中回弹的数值模拟及补偿研究
１ ３ 回弹量 的计 算 ． 为直观地反映 回弹 ，按下式计算 回弹量 ：
ｋ。一ｋ ｂ
＝ ＿
式 中 ：ｋ 为板 材 回弹前 的平 均 曲率 ，ｋ 为板 材 回弹 ｂ ， 后 的平均 曲率 。
曲面 ｚ ，） （ ｙ ｘ方向的曲率通过下式计算 ：
ｋ １ 一【 ＝ ＋（ｚＯ ） 】 ａ／ｘ （） ２ ‘
用 。
板 材成形 时 ，回弹是 不可 避 免 的现 象 。在外 载 荷作 用下 板材 的变形 由塑性 变形 和 弹性 变形 两部 分
５ｉｎ ｌ。为抑制 压痕 的产 生 ，在板 料上 下两侧 分别 放 ｎ 置 了弹性垫 ，弹性垫材料为聚氨酯 ，简化为线性弹性 模 型 ，弹性模量 取 为 １０ ７ Ｍ ａ ０ ． Ｐ ，泊松 比为 ０４ ． ，密 度为 １１０ ｋ／ ５ ｇ ｍ 。板 材 和 基 本 体 单 元 模 型 均 采 用 Ｓ Ｅ Ｌ６ Ｈ Ｌ １３壳单元 ，其 中板材 分 为 ４０６个单 元 ，上 ９ 基本体分为 １ ７ ８２ ２个单 元 ，下基本 体分 为 １ ４ ９３ ８个 单元 。 图 １ 示是板厚 为 １ｍｌ 所 ｉ，目标 曲率半 径 为 Ｒ＝ ｌ ２ ０ｍｌ的圆柱 面的数值 模拟 有限元模 型 。图 ２所 示 ０ ｉ ｌ
数值模拟 ，分析得 出回弹趋势 和回弹分布 ，提出通过修正基本体群成形面来补偿 回弹的方法 ，并用 Ｂ样条 曲线拟合生成 的 曲面 。经过两次补偿 ，成形件精度提高 ，证 明该方 法可以很 好地补偿多点成形 中的 回弹。研 究结果对于减小 因 回弹带来 的 误差 ，提高成形件 的成形精度具有 十分重要的意义 。 关键词 ： 多点成形 ； ＳＤ Ｎ Ｌ －Ｙ Ａ软件 ；回弹 ； 一 显 隐式算法
ｆ ：— — ＿
浅谈解决回弹现象的措施
目录摘要 (Ⅱ)关键词 (Ⅱ)正文 (Ⅱ)1 板料回弹的产生 (2)2 回弹现象的分析 (2)3 影响回弹的主要因素 (2)参考文献 (Ⅴ)结束语 (Ⅵ)摘要弯曲件在机械零件中占有相当大的比例，它的质量将直接影响整机质量，而回弹是影响弯曲件质量的重要因素，因此探讨弯曲件回弹的原因和防止措施是非常必要的。
寻求防止回弹的有效途径和方法，对保证产品质量和提高弯曲件生产的经济性是有积极现实意义的。
关键词：弯曲；回弹；措施正文：一、板料回弹的产生在板料弯曲成形过程中，板料内外缘表层纤维进入塑性状态，而板料中心仍处于弹性状态，这时当凸模上升去除外载后，板料就会产生弹性回复。
金属塑性成形总是伴有弹性变形，所以板料弯曲时，即使内外层纤维全部进入塑性状态，在去除外力时，弹性变形消失，也会出现回弹。
弯曲时，弯曲变形只发生在弯曲件的圆角附近，直线部分不产生塑性变形。
影响板料弯曲回弹的因素很多，大体可分为以下几种：（1）材料的力学性能。
（2）相对弯曲半径 R/t的影响。
（3）弯曲角的影响。
（4）弯曲零件形状的影响。
（5）模具几何参数影响。
（6）张力的影响。
（7）工况参数。
（8）模具间隙的影响。
（9）弯曲校正力的影响。
（10）弯曲方式的影响。
二、回弹现象的分析由于金属板料在塑性弯曲时总伴随着弹性变形产生，当弯曲件从模具中取出之后，弯曲件不受外力的作用，弹性变形消失，使工件的弯曲角度和弯曲半径发生变化，皆与模具的设计尺寸存在一个差值，这种现象称为弯曲件的回弹。
三、影响回弹的主要因素3. 1 材料的机械性能回弹的大小与材料的屈服极限成正比，与弹性模数成反比，即 Qs/E值愈小，回弹也愈小。
Qs——材料的屈服极限E——材料的弹性模数3. 2 相对弯曲半径 r/t相对弯曲半径即弯曲半径与板料厚度之比 r/t，在相同条件下， r/t愈小，说明弯曲变形程度愈大，在总变形中弹性变形所占比例相应减小，则回弹就愈小。
3. 3 弯曲中心角弯曲中心角愈大，变形区域愈大，回弹积累值也愈大，则回弹角也愈大。
板料冲压成形及回弹数值模拟的应用与研究
原 因 是 受 力 、 形 关 系太 复 杂 。 但 是 ， 际 工 程 又 必 变 实
须 掌 握 回 弹 的规 律 ， 控 制 同 弹 服 务 。 限 元 仿 真 技 为 有
术 的发展 ， 解决 这一 问题成 为可能 。 使
３
板 料 冲 压 成 形 回 弹 分 析 的 基 本 理 论
和 分 析 关 键 因 素 对 弯 曲 回 弹 的 影 响 ， 总 结 其 对 回 弹
维普资讯
田
蜮
文 章 编 号 ： ６ ２ ０ ２ （ ０ ７） ６ ０ ５ — ４ １７ — １ １ ２ ０ ０ — ０ ２ ０
板料冲压成形及回弹数值模拟的应用与研究
雷 华 桢 ， 王 东 方
（ 京 工业 大学 机 械 Байду номын сангаас动力工 程 学院 ， 苏 南 江
用 最 小 势 能 与 最 小 余 能 方 法 ， 到 了 理 论 解 ， 是 这 得 但
些 方 法 对 实 际 接 触 摩 擦 条 件 考 虑 不 够 。拉 深 成 形 时
的 回弹 ， 般 无 法 采 用 弯 曲成 形 时 研 究 回 弹 的方 法 ， 一
为 此 ，本 文 对 弯 曲 成 形 的 变 形 过 程 及 回 弹 进 行 了研 究 。 由于 工 件 的最 后 形 状 是 其 整 个 成 形 历 史 的 累积效 应 ， 响 同弹 的因 素很 多 ， 于 复杂 的板 料 ， 影 对 往 理 沦上 准 确 计 算 回 弹 值 比较 困难 。这 里 借 助 有 限 元 仿 真 技 术 ， 典 型 Ｕ 形 冲 压 件 为 研 究 对 象 ， 究 以 研
同 弹 是 指 塑 性 变 形 区 残 余 应 力 的 释 放 导 致 应 征 偏 差
飞机Z形型材滚弯回弹实验与研究
针 对 复 杂 弯 曲 问题 ， 出 了 “ 态 属 性 ” 概 念 ， 立 提 状 的 建
了 “ 态 坐 标 ” 法 ， 而 有 效 地 降 低 了 计 算 的 复 杂 状 算 从 程 度 。 应 用 “ 态 坐 标 ” 法 ， 纯 弯 曲 为 例 ， 循 环 状 算 以 对 加 载 下 的弯 曲应 力 和 回 弹变 化 规 律 进 行 了分 析 计 算 ， 到 了一 些 有 意 义 的现 象 和 结 果 。 给 出 了 线 性 得 并 回弹 算 法 的 计 算 公 式 ： ￣Ｍ（一 ／ 车 世 明 Ｉ研 究 ＡＩ ＝ １ ）１ Ｅ。 了薄 板异形 型材 滚弯 成型 的五工 步成 型工 艺过 程及 滚 轮 设 计 要 点 等 相 关 问 题 。 赵 丽 娟 Ｊ 出 了 利 用 滚 提
进 行 分 析 ，讨 论 了异 型 截 面 板 滚 弯 成 形 过 程 中 主 要 缺 陷产生 的形式 和原 因 。 综 上 所 述 ，在 滚 弯 成 形 研 究 方 面 有 如 下 结 论 Ｊ ： ① 对 滚 弯 成 形 过 程 的 研 究 大 部 分 处 于 理 论 分 析 阶 段 ， 实 际 工 艺 参 数 的 研 究 较 少 ， 生 产 加 工 过 程 中 对 而 工 艺 参 数 的 确 定 直 接 影 响 到 零 件 的加 Ｔ 质 量 。 ② 板 材 的 滚 弯 成 形 理 论 已 发 展 到 比较 成 熟 的 阶 段 ，而 型
弯 加 工 槽 钢 ，并 通 过 数 控 实 现 曲 率 在 线 测 量 和 控 制 的 新 方 法 。 聂 爱 琴 ㈣对 精度要 求很 高 。 因此 ， 弯 ２ 艺 研 究 对 提 高 飞 机 滚 滚 １ ２ 弯零 件 的质量 ， 着 十分 重要 的意义 。 有 近 年 来 ，许 多 学 者 在 滚 弯 成 形 方 面 进 行 了 深 入 的 研 究 。 胡 卫 龙 等 人 ｌ２］ 板 材 滚 弯 的 工 艺 过 程 和 ｌ１对 ｌ３ ｆ 『 受 力 分 析 进 行 了研 究 。斯 厚 达 等 对 板 材 弯 曲 加 工 时
高强度钢冲压回弹量对板料力学性能参数的灵敏度分析
４ 各参数非均匀波动时对回弹影响的灵敏度分析
由于实际应用中， 材料力学性能参数的波动程
度不一定是均匀的， 因此， 本节将分析材料性能参数
波动不均匀对回弹的影响。对影响板料回弹较大的
性能参数弹性模量 Ｅ 和硬化系数 ｋ， 令其波动范围
仍然为±１０％。令其他参数（ 包括初始屈服应力 σｓ、硬 化 指 数 ｎ 及 各 向 异 性 系 数 ｒ０、ｒ４５ 和 ｒ９０） 的 波 动 范 围 为±２０％， 试验因子及水平如表 ５ 所示。仍选用正交 表 Ｌ２７（ ３７） 进行正交试验设计。各回弹量的统计结果
均匀波动时， 弹 性模量对板料 回弹量的影响 最大， 其次分别 为 硬 化 系 数 、初 始 屈 服 应 力 、硬 化指数以及各 向 异 性 参 数 ｒ０， 而各向异性参 数 ｒ４５ 及 ｒ９０ 对 板料回弹量的 影 响 可 忽 略 。图 ３ 为各参数均 匀波动时， 其对 板料回弹量的 影响趋势和程 度。
Ｓ ＴＡＭＰ ＩＮＧ 冲 压
文章编号： １６７２－ ０１２１（ ２００７） ０２－ ００６９－ ０３
高强度钢冲压回弹量对板料力学性能参数的灵敏度分析
肖 华， 刘 艳， 汤禹成， 张冬娟， 陈 军 （ 上海交通大学 模具 ＣＡＤ 国家工程研究中心， 上海 ２０００３０）
摘要： 回弹是板料冲压成形中影响冲压件质量的关键因素之一。本文采用正交试验方法， 以典型高强钢
高强钢具有很好的强度和韧性、较高的伸长率 和很高的加工硬化率［１～３］。近年来， 出于经济性、安全 性及环保等因素考虑， 高强钢被广泛应用于汽车及 航 天 航 空 工 业 领 域［４］。 然 而 在 高 强 钢 的 实 际 应 用 中 ， 由于板料制备工艺不可能绝对恒定， 每卷钢材的材 料力学性能参数都会有不同程度的波动。而板料的 材料力学性能会影响板料的回弹［５～１０］， 力 学 性 能 参 数 的 波 动 就 会 导 致 回 弹 的 波 动 ， ［１１～１２］ 从 而 直 接 影 响 到 冲压件的质量。本文以典型高强钢 ＤＰ 钢的 Ｕ 形件 弯曲回弹为例， 结合数值模拟方法及正交试验， 对材 料力学性能参数进行了回弹影响程度的灵敏度分 析， 得出了各参数影响回弹的灵敏度排序。
板料成形回弹的数值模拟与影响因素
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图５弓高ＣＤ和材料的关系
４．２板料厚度对回弹的影响 图６、７分别是板料厚度对回弹的影响的仿真结
果，图中横坐标上１、２、３分别表示板厚ｈ为 ０．７８ｒａｍ、１．０ｍｍ、１．２ｒａｍ。由图可见，厚度越大，回弹量
本文以典型的弧形弯曲件为研究对象分析了回弹产生的力学机理qar并运用有限元分析软件9s0t0v0wts9首先通过显式算法模拟动态成形过程然后利用隐式静态算法模拟回弹变形对不同材料板厚摩擦系数等因素对回弹的影响进行了分析和比较回弹产生的力学机理板料冲压成形中包含有弯曲现象时就不可避免地产生回弹
文章编号：１６７２—０１２１（２００５）０３—００５５—０４
程。加载过程的应力、应变等数值模拟结果是回弹计 算的基础，这个过程计算的准确与否将直接影响回 弹过程模拟的计算精度。
目前，板料成形过程的模拟一般采用动态显式 算法。这是因为板材成形一般属于动态接触问题，是 一个相当复杂的过程，既有弹性变形，又有塑性变 形，还要分析预测成形过程中可能产生的缺陷。显式 算法因不涉及迭代计算和收敛性问题，无需构造刚 度矩阵就可以完成求解。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，但用于回弹计算 时效率极低，所耗费ＣＰＵ时间往往数倍于成形计 算。为此，回弹模拟的方法运用无模法，即一般的无 接触算法。该方法将回弹看作弹性变形过程，采用增 量法求解。在计算开始之前，先将模具与板料分离， 代之已与成形终了状态接触条件相对应的反向力学 边界条件，计算至所有等效节点外力趋于零时，即得 回弹的结果。静态隐式算法在求解大型成形问题时 效率低、收敛性差，但求解回弹问题时其效率极高， 往往经过一步或数步迭代即可获得很好的结果。
板料弯曲回弹预测与控制研究的开题报告
板料弯曲回弹预测与控制研究的开题报告一、课题背景现代工业生产中，板料弯曲加工广泛应用于汽车、航空、建筑等领域。
但是，板料在弯曲加工过程中会发生回弹现象，导致零件尺寸偏差，甚至无法满足设计要求。
因此，预测和控制板料弯曲回弹对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
二、研究意义板料的弯曲回弹是一个基本的变形现象，对于预测和控制板料的尺寸和形状具有重要的意义。
目前，板料弯曲回弹的预测和控制方法主要有经验公式和数值模拟两种。
然而，由于板料材料的非线性、各向异性和变形路径的非稳定性等因素，这些方法都存在一定的局限性。
因此，开展板料弯曲回弹预测与控制研究具有现实的必要性和重要的理论价值。
三、主要研究内容1.板料的物理模型以及其弯曲回弹机制的理论分析与研究。
2.基于经验公式和数值模拟的板料弯曲回弹预测方法的研究，探讨其适用条件、预测精度和稳定性。
3.开展板料弯曲回弹的控制技术研究，包括实验设计和实验验证、控制算法和控制器设计等方面的研究。
4.以上三个部分的融合，实现板料弯曲回弹的准确预测与有效控制。
四、研究方法1.采用材料测试和数值模拟相结合的方法，建立合适的板料物理模型，并分析其弯曲回弹机理。
2.开展板料弯曲回弹的经验公式和数值模拟预测方法研究，评估其预测精度、适用范围和稳定性。
3.通过板料弯曲回弹的实验，对控制算法和控制器进行验证和优化。
4.结合数学建模、仿真模拟和实验研究，实现板料弯曲回弹的准确预测与有效控制。
五、研究预期成果1.建立板料弯曲回弹的物理模型，深入分析其机制及相关影响因素。
2.开发出一套适用于板料弯曲回弹预测的数值模拟方法，并评估该方法的预测精度、适用范围和稳定性。
3.开发出一套有效的板料弯曲回弹控制系统，并对其进行验证和优化。
4.将上述三个研究部分进行整合，实现板料弯曲回弹的准确预测与有效控制，提高生产效率和产品质量。
六、研究难点1.板料的弯曲回弹机制分析的建模和研究。
2.板料弯曲回弹数值模拟的模型和算法的开发和优化。
板料回弹机理及控制
板料回弹机理及控制摘要：回弹是板料冲压成形中普遍存在的现象，回弹的存在直接影响到冲压件的形状尺寸精度，产生后续的质量、装配问题。
因此，回弹问题不但是工业生产中需解决的一个实际问题，也是学术界长期关注的热点。
关键词：板料回弹；机理；控制回弹是板料加工中最常见的废次品形式之一，也是弯曲工艺中的技术难点之一。
同时，它也是板料冲压成形过程中的主要缺陷之一，严重影响了质件的尺寸精度和外观的质量，是实际工艺中很难掌握的一个缺陷。
一、板料回弹现象回弹是卸载过程产生的反向弹性变形，是板料冲压成形过程中存在的一种普遍现象。
在弯曲和托深过程中，回弹现象尤为严重，对零件的尺寸精度、生产效率和经济效益产生极大的影响。
二、板料回弹机理板料在外加弯曲力矩的作用下，首先发生弹性弯曲变形，在弹性弯曲阶段，对弯曲半径很大，板料内弯曲半径与凸模圆角半径不相重合，板料变形很小。
在弯曲变形区内，板料弯曲内侧(靠近凸模一边)的材料受到压缩而缩短，应力状态是单向受压。
板料弯曲外侧(靠近凹模的一边)受拉而伸长，应力状态是单向受拉。
弯曲内、外表面到中心，其缩短与伸长的程度逐渐变小，在缩短与伸长的两个变形区之间，有一纤维层长度始终不变即应变为零，称为应变中性层。
同样，在拉应力向压应力过渡之间，存在一个切向应力为零的应力层，称为应力中性层。
在一般情况下可认为两个不同性质的中性层重合在一起，简称为中性层。
随着弯矩的增加，板料弯曲变形增大，板料内外表层金属先达到屈服极限，板料开始由弹性变形阶段转入弹塑性变形阶段，其应力分布随着弯矩的不断增加，塑性变形区由表层向内扩展，板料中间的弹性变形区逐渐变小，最后整个断面进入塑性状态。
图1中第二副图显示了反向加了弯矩所产生的应力变化图。
第三副图显示的是残余应力图，即是能产生回弹的应力。
弯曲回弹的主要原因由于材料弹性变形引起。
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，由于弹性区的存在，弯曲卸载后工件必然产生回弹。
基于活络式板材成形装置板材回弹量及压点调形计算的研究的开题报告
基于活络式板材成形装置板材回弹量及压点调形计算的研究的开题报告（以下为机器翻译，仅供参考）1. 研究背景活络式板材成形技术是一种近年来发展起来的金属材料加工方法，其具有成本低、生产效率高、加工精度高等诸多优势，因此在航空、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
然而，在活络式板材成形过程中，板材往往会产生回弹现象，使得成形件的形状、尺寸等方面与设计要求存在偏差，影响成形质量。
因此，如何准确计算板材回弹量并进行压点调形，成为了活络式板材成形技术研究的重要内容。
2. 研究内容和目标本研究旨在通过实验研究和数值模拟，探究活络式板材成形过程中板材回弹量的计算方法和压点调形的技术，为提高活络式板材成形质量和效率提供技术支撑。
具体研究内容包括：（1）实验方案设计：选取不同材料、厚度和几何形状的板材作为研究对象，采用盘形压模试验装置对板材进行成形实验，测量板材变形量和回弹量。
（2）数值模拟：基于ANSYS软件建立板材成形模型，并通过数值模拟计算板材回弹量和成品形状，对实验结果进行验证和分析。
（3）压点调形：通过调整压点位置和力度，控制板材回弹量，实现成品形状与设计要求的匹配。
（4）结果分析：对实验和数值模拟结果进行分析和比较，探讨影响板材回弹量的因素和影响调形效果的因素，提出解决方案和优化措施。
3. 研究意义通过本研究，可以掌握活络式板材成形过程中板材回弹量的计算方法和调形技术，提高活络式板材成形质量和效率，为航空、汽车、船舶等领域的应用提供技术支撑。
同时，也可以拓展板材成形技术领域的研究方法和思路，促进相关科研和应用的发展。
4. 研究计划本研究计划于2022年2月开始，历时一年。
具体任务安排如下：2022年2月-6月：文献调研、实验方案设计和试验准备。
2022年7月-11月：实验进行和结果分析。
2022年12月-2023年2月：数值模拟和压点调形。
2023年3月-6月：结果分析和论文撰写。
5. 预期成果本研究的预期成果包括：（1）掌握活络式板材成形技术中板材回弹量的计算方法和压点调形技术，提高活络式板材成形质量和效率。
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第7卷第1期2000年3月塑性工程学报JOU RN AL O F PLASTICITY EN GIN EERIN GV ol.7 No.1Ma r . 2000板料成形回弹问题研究新进展*(西安交通大学先进制造技术研究所 710049)朱东波 孙 琨李涤尘 卢秉恒摘 要:本文从回弹理论、回弹数值模拟分析、回弹控制三方面对弯曲成形、3-D 复杂浅拉深成形中回弹研究的历史和最新发展状况作了较全面的介绍。
文章所引用的大量文献基本概括了前人在这些方面的主要研究方法和重要研究成果。
关键词:回弹;板料成形;模具*国家“九·五”重点攻关资助项目(项目号:85-951-19)。
收稿日期:1999-4-281 引 言板料成形过程中普遍存在有回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,有必要对其进行深入的研究和有效的控制。
零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应,而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关,所以板料成形的回弹问题非常复杂。
半个多世纪来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨,这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉深成形、从理论分析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面。
本文从三个方面对前人的工作进行了概括性回顾,重点介绍了90年代回弹研究的一些新进展。
2 弯曲理论研究和回弹的解析分析方法 弯曲成形一般只涉及较为简单的几何形状和边界条件,所以有条件用解析方法对其进行深入的研究。
50年代,R .H ill 、F .Proska 、F .J .Gardiner 等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础[1],后来不断有学者对这些理论进行深化和发展。
Huang ,etc [2]在其文章中对50年代到80年代间诸多学者的回弹研究工作做了较详细的回顾和评述。
回弹是弯曲卸载过程产生的反向弹性变形,板料回弹的经典计算公式为:Δk =1R -1R S =12M (1-ν2)Et3(1)式中 Δk ——曲率变化量R ——回弹前中面半径R S ——回弹后中面半径E ——弹性模量ν——泊松比t ——回弹前板料厚度M ——回弹前板内弯矩弯矩M 由截面纵向应力分布唯一确定。
对同一弯曲过程,采用不同的弯曲模型(如是否考虑中性面内移,是否考虑材料强化、各向异性等)可得到不同的应力分布,从而由式(1)得到回弹量Δk 也就不同。
所以在理论分析中,弯曲模型是否合理将直接影响回弹计算结果的准确程度。
弯曲的基本理论模型分为两大类。
一类是以平截面假定和单向应力假定为基础的工程理论模型,该模型未考虑径向应力,认为弯曲过程中应力中性层、应变中性层始终和几何中面相重合;另一类是由H ill [3]首先提出的精确理论模型,该模型考虑径向应力及中性层内移的影响,更接近板料弯曲的真实情况。
从板料的外部受力状态和加载方式来看,弯曲过程可分为纯弯曲、拉伸弯曲、循环弯曲等几种典型情况。
另外,材料模型对弯曲计算结果有很大的影响,常用的材料模型有刚塑性、理想弹塑性、刚性强化、弹性强化等多种形式。
以上基本模型、加载方式及材料模型的不同组合就构成了各种复杂的弯曲问题,不同时期的学者就不同的弯曲问题进行了不同程度的研究。
Gardiner 最早基于弯曲工程理论模型对理想弹塑性板弯曲的回弹问题进行了研究[1]。
余同希[1]经过计算,证明在小曲率纯弯曲情况下(R /t ≥10),可以忽略中性面内移的影响,此时采用工程理论是合理的,能够保证分析精度。
所以Gardiner 的研究结果对于小曲率弯曲过程是普遍适用的。
Hill [3]首先建立了板弯曲的精确数学理论,并对刚塑性宽板纯弯曲问题进行了研究。
其研究表明,宽板纯弯曲时,截面纵向变形可分为三个区(图1):拉伸区Ⅰ,压缩区Ⅱ,先压后拉区Ⅲ。
第Ⅲ区是由于中性层内移(移动距离C )而产生的,此区经历反向拉伸,应力分布较为复杂。
H ill 理论能较好地处理中性层内移的影响,对大曲率弯曲问题有较好的精度,为后人进一步揭示板料弯曲的真实情况奠定了基础。
图1 弯曲变形区示意图Fig.1 Different defor ming regio ns in bending shee t.60、70年代,许多学者以H ill 理论为基础对板料弯曲进行了更深入的研究。
这一时期研究的最主要进展是采用了强化材料模型,对弯曲过程中各参量的变化(如板厚变化等)有了更精确的描述。
余同希在其专著[1]中对这一时期的研究进展情况进行了较详细的评述。
80年代以后,弯曲及回弹理论研究向多方面发展,主要表现在:材料模型进一步精细、考虑多种受力状态(如拉伸弯曲等)和复杂加载历史(如循环加载等)。
D .K .Leu [4]讨论了材料厚向异性系数对弯曲回弹的影响情况,认为回弹量与厚向异性系数成正比。
F.Fenog lietto,etc [5]讨论了材料弹性模量随塑性应变变化对回弹的影响情况。
拉伸弯曲(Stretch Bending )和拉深弯曲(Draw Bending )是弯曲成形中较为复杂的情况。
Dunca n,etc[6,7]、余同希[1]、L.C.Zang [8]等对轴力较小(小于弹性极限)的拉伸弯曲及其回弹问题进行了研究,A .A .El -Do miaty ,etc[9,10]对轴力在较大范围(达到颈缩点)的拉伸弯曲及其回弹问题进行了研究,这些研究结果揭示了拉伸变形对回弹的抑制作用。
以上研究均建立在形变理论之上,未考虑加载历史的影响。
事实上,在拉伸弯曲时,由于轴力和弯矩的交替作用,板料截面上一般会产生循环加载现象,此时加载历史及材料强化效应将对计算结果产生较大的影响。
Po urbog hrat [11]针对拉深弯曲问题讨论了板在弯曲→拉伸→展平过程中截面应力变化情况及卸载回弹情况。
Kuwabara [12]对更复杂加载方式下的弯曲回弹问题进行了研究,比较了弯曲→拉伸、弯曲拉伸(SB )同时进行、SB →再拉伸、SB →卸载→再拉伸,四种加载方式下回弹的变化情况,理论计算和试验结果均表明SB →再拉伸方式下的回弹量明显小于其它情况。
在众多用解析理论对弯曲过程所作的研究中,Z .T .Zhang [13]的工作是较为全面和深入的,基本代表了90年代弯曲理论研究的最新状况。
Zhang 基于H ill 's 1979年非二次屈服准则和增量理论,考虑三种硬化模型,即:随动强化、等向强化、正交异性强化,对多种复杂循环加载方式下的应力、残余应力分布及回弹情况作了详细的分析,并且比较了形变理论和增量理论对计算结果的影响。
Zhang 的研究表明不同强化模型对应力及回弹的计算结果影响较大。
在随动强化模型下增量理论与形变理论的结果差别不大,但在其它两种强化模型下二者的结果有较大差异。
Zhang 在等向强化模型下分别用弹性回弹公式(1)和增量自然回弹算法对卸载过程作了对比分析,证明在较大曲率(R /t ≤2)弯曲时两种方法的计算结果存在一定的差异,后者的结果中明显反映出卸载时的塑性变形。
Zhang 特别强调了变形历史、材料强化模型对残余应力和回弹计算的影响,认为是否考虑这两个因素是以往经常出现的对同一考例(Benchm ark)有不同解答的根本原因所在。
3 FEM 在复杂回弹问题分析中的应用 除弯曲件外,回弹对浅拉深零件的尺寸精度和生产效率也有极大的影响,轿车覆盖件就是典型的例子。
随着市场对车身外观质量要求的不断提高,以及高强度钢板和铝板在车身中的广泛应用,回弹问题对覆盖件及其模具制造的消极影响越来越引起工程和研究人员的极大重视[14～16]。
由于涉及复杂的几何形状和边界条件,这类问题必须借助数值模拟技术,主12塑性工程学报第7卷要是有限元方法(FEM)来解决,一般的解析方法对此则无能为力。
板料成形的FEM模拟技术始于70年代,20多年来,在材料模型、单元类型、接触摩擦处理、非线性算法等方面都有了很大的发展。
郑莹等人[17～19]对此作了较详细的回顾和评述。
板料冲压的全过程应该包括成形和回弹两个既相互关联又相对独立的过程,通常所说的成形过程一般不包含回弹在内。
回弹过程和成形过程在应力应变的变化状态上有所不同,所以在对回弹问题进行分析时所采用数值模拟技术也与成形过程的有所不同。
从单元模型看,由于回弹仿真要考虑弯曲效应,故一般采用壳单元,如实体壳单元[20,21]、退化壳单元[22,23]等进行计算;也有人采用修正膜单元进行计算[24,25],所谓修正膜单元就是用弯曲应力对膜应力进行修正,这种方法既可以满足弯曲计算的要求又可显著降低计算成本。
从求解算法看,过去对回弹问题多采用与成形问题相同的算法,即成形-回弹全过程均采用同一算法,常用的有动态显式算法[22,26,27]和静态隐式算法[20,21,28]。
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,但用于回弹计算时效率极低,所用机时往往数倍于成形计算;静态隐式算法在求解大型成形问题时效率低、收敛性差,但求解回弹问题时其效率极高,往往经过一步或数步迭代即可获得很好的结果。
有鉴于此,目前一般都采用动-静态联合算法求解回弹问题[29]。
动-静态联合算法的基本过程是:以动态显式算法求解成形过程,然后将其结果作为静态隐式算法的输入进行回弹计算,此方法充分发挥了二者的优点,极大地提高了计算效率。
从求解过程看,回弹问题一般采用两种求解方法[22,23,30]:一种方法是在成形结束时去除模具代之以接触反力,然后进行迭代计算直到接触力为零[21];另一种方法是在成形结束时让模具反向运动,直到凸模完全与板料脱离为止[26,28]。
两种方法的计算结果区别不太大,但第二种方法计算效率较高,且适用范围较广,可对切边回弹进行计算而前者则不行。
80年代,回弹的FEM仿真研究大多集中于2-D 弯曲成形问题[20,21,24,28,31]。
进入90年代,随着3-D成形仿真技术的不断完善有学者开始对3-D复杂成形件进行回弹仿真研究[30,32,33],其中的重点和难点是对汽车覆盖件回弹问题的研究。
C.Q.Du,etc[34]分别采用静态隐式算法和动-静态联合算法计算了轿车顶弧(roof bow)成形和后加强板(rail reinfo rcement)切边时的回弹问题。
M.J.Finn,etc[29]采用动-静态联合算法计算了轿车前翼子板成形回弹问题。
M.Kaw ka,etc以轿车阳顶[23]和轮毂(disk w heel)[35]为例进行了3D复杂零件的多步成形-回弹仿真计算,分析同一零件从拉深、切边直到翻边一系列相关步骤中的回弹问题。
4 回弹控制方法4.1 弯曲成形中的回弹控制在弯曲成形中传统的回弹控制方法有:拉弯法、加压矫正法、模具补偿法、过弯曲法等[36,37],根据零件形状和弯曲工艺的不同可选用不同的方法来控制回弹。