u形件拉弯成形及影响回弹因素的模拟分析

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1、U形件拉弯成形及影响回弹因素的模拟分析中国汽车工程学会2003学术年会SAE-C2003M135形件拉弯成形及影响回弹因素的模拟分析陈鑫韩英淳于雪吉林大学汽车工程学院一汽－大众汽车有限公司[摘要]针对形件拉弯成形时容易产生回弹的问题，采用有限元法对其拉弯成形过程进行了模拟，并分析了影响回弹的各因素。本文对有效控制形件拉弯时的回弹与指导模具设计具有一定的参考意义。关键词：形件拉弯回弹模拟分析SimulationAnalysisof-drawBendingFormingandInfluencingFact

2、orsofSpringbackChenXin,HanYingchun,YuXueJilinUniversity,FAW-Volksvagen[Abstract]Forthequestionofspringbackof-drawbendingformingcomponents,theprocessofformingwassimulatedbyFEM,andtheinfluencingfactorsofspringbackwereanalyzed.Thepaperissignificanttocontro

3、leffectivelythespringbackof-drawbendingformingcomponentsanddesignthedies.Keywords:-drawBendingSpringbackSimulationAnalysis1前言形件或U形截面的结构件广泛用于汽车工业中，此类构件通常是在常温下通过模具弯曲板料来成形的，尤其是形件需要拉弯成形。回弹是该类零件弯曲成形与模具设计时需要考虑的主要问题[1]。因此研究影响形件拉弯成形时回弹的因素，具有重要的实用意义。通常采用三种方法研究板料

4、弯曲的回弹，即解析法[1-3]，实验研究法[4-6]，数值模拟法[7-9]。由于板料冲压成形时的回弹是较复杂的问题，目前理论解析尚不完善。因此，采用有限元法对弯曲成形过程进行仿真分析，并能对回弹进行预报，是最行之有效的方法。2研究对象与目标选择2.1研究对象采用动显式有限元法模拟分析带法兰的形件的拉弯成形（图1）过程，并分析影响拉弯成形回弹的主要因素。2.2影响回弹因素的选定根据形件拉弯成形的特点，确定下列影响回弹的因素为研究分析目标：1）凸、凹模间的工作间隙对回弹的影响；2）模具成形圆角半径对回弹的

5、影响；3）冲压材料特性对回弹的影响；4）压料力及缓冲力对回弹的影响。SAE-C2003M135中国汽车工程学会2003学术年会图1形件拉弯过程简图根据形件弯曲时回弹的特点，选用如图2所示的两个特征角q1和q2来定量地评价回弹量，其中，q1是工件平底面与侧壁间的夹角；q2是工件直法兰与侧壁间的夹角。θ2θ1图2表征拉延回弹的特征角q1和q23有限元法模型与模拟条件3.1有限元法模型及基本方程采用DYNAFORM与LS－DYNA3D软件来分析。用图1所示的刚塑性模型进行形件拉弯成形过程的模拟。由于对称性，

6、故仅取一半作为有限元法分析模型。假设模具是刚体，板料是各向同性的弹塑性材料，并且在塑性变形时其应力应变间的关系满足下述指数方程：sy=K(e0+ep)n（1）..式中e0是弹性应变分量，ep是当量塑性应变；n为硬化指数；K为与材料性质有关的常数。n值和K值系由实验得出。用于模拟分析的材料性能参数见表1，为拉伸试验值[10]。中国汽车工程学会2003学术年会SAE-C2003M135表1用于模拟分析的材料性能参数材料弹性模量E（GPa）应变硬化指数n硬化系数K(MPa)泊松比γ屈服强度бs(MPa)抗拉

7、强度бb(MPa)板厚向异性指数R延伸率（％）普通钢板2100.2073120.31722901.630高强度钢板2000.227536.50.31803121.538铝合金700.238530.31682980.6263.2变形条件的简化由于拉弯的板料的相对厚度Bt>3，故可视形件的拉弯为宽板弯曲。宽板弯曲时其应变状态是平面应变状态，变形区的应力状态则是立体的三向应力状态。为此，可做如下假设：1）塑性弯曲后，弯曲区的横截面仍保持平面；2）板料宽度方向的变形忽略不计；3）弯曲变形区的等效应力s与等效应

8、变间的变化关系与单向拉伸时的应力应变关系一样，并且有下列关系[11]：s=Ken（2）3.3边界接触摩擦条件根据板料与模具的切向运动情况，接触摩擦条件按库仑摩擦模型，并且取静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06。3.4拉弯成形模型的选择与描述将形件弯曲的成形过程抽象成如图1所示的力学过程，它包括四种特征不同的运动体。成形时压料板先压住板料，之后凸模下行将板料压进凹模，至冲床下死点时完成拉弯成形。具体的成形模具与板料见图3。上述四个运动体，仅有板料是弹塑