冲压仿真中的回弹分析及在冲压梁中的应用

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1、冲压仿真中的回弹分析及在冲压梁中的应用【】回弹是板料冲压生产中产生的主要问题之一。由于板料弹性变形的存在导致卸载后零件发生回弹，回弹的结果造成冲压件的尺寸和模具表面尺寸不符，从而影响了制造的精度，精确的计算一般冲压件的回弹量是非常困难的事，多数情况下，只能靠以往的经验，在模具设计时对将来可能产生的回弹加以补偿，但是这样的补偿往往是不准确的。为提高冲压件的产品质量，缩短新产品开发周期，必须对回弹进行准确的预测和有效的控制。　　【关键词】冲压成型；回弹；有限元模拟；模拟软件实际应用　　　　1.本项目的研究目标及意义　　今天，随着我国汽车工

2、业的飞速发展，我国的模具工业也随之迅猛发展起来，笔者作为一名模具设计人员，亲身经历了模具设计手段由图板、铅笔到计算机CAD制图；由产品图到产品数模的转变。随着冲压成形有限元仿真研究的蓬勃发展，以有限元为核心的塑性成形数值仿真技术日趋成熟，为人们认识塑性成形过程的本质规律提供了新途径，为实现塑性成形领域的虚拟制造提供了强有力的技术支持，这使得有限元仿真分析在汽车工业的应用日益受到重视。通过成形仿真分析可以在多方面对模具企业提供强有力的支持：在设计工作的早期阶段评价模具设计、工艺补充的可行性；在试冲试模阶段进行故障分析，解决问题；在批量生

3、产阶段用于缺陷分析，改善零件生产质量，同时可用来调整材料等级，降低成本。有限元数值仿真技术在模具开发设计广泛应用，对传统的模具开发过程的变革产生了深远的影响。　　2.板料成型及回弹模拟的基本理论　　2.1板材成形缺陷分析　　板料成形是一个具有几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等多重非线性的非常头的力学过程。由于影响成形过程的因素很多，因此人们不能精确控制材料的流动。成生程中会产生各种各样的缺陷，影响零件的几何精度、表面质量和力学性能。总的来说，零件成形的主要缺陷有起皱、破裂和回弹。　　起皱是压缩失稳在薄板成形中的主要表现形式。薄板

4、冲压成形时，为使金属产生塑性，模具对板料施加外力，在板内产生复杂的应力状态。由于板厚尺寸与其他两个方向尺寸相比很小，因此厚度方向是不稳定的。当材料的内压应力使板厚方向达到失稳极限时，材料不能维持稳定变形而产生失稳，此种失稳形式称为压缩失稳。　　破裂是拉深失稳在薄板冲压成形中的主要表现。在板料成形过程中，随着变形的发用材料的承载面积不断缩短，其应变强化效应也不断增加。当应变强化效应的增加能够补｛承载面积缩减时，变形稳定地进行下去；当两者恰好相等时，变形处于临界状态；当应三强化效应的增加不能补偿承载面积缩减，并越过了临界状态时，板料的变形

5、将首先发生｛承载能力弱的位置，继而发展成为细颈，最终导致板料出现破裂现象。　　2.2板材成形数值模拟的算法　　当前板材成形数值模拟采用的算法主要分为显式法和隐式法两类。　　2.2.1显式算法　　显式算法包括动态显式和静态显式算法。动态显式算法的最大优点是有较好的稳定性。另外，动态显式算法采用动力学方程的中心差分格式，不用直接求解切线刚度，不需要进行平衡迭代，计算速度快，也不存在收敛控制问题。　　2.2.2隐式算法　　静态隐式算法也是解决金属成形问题的一种方法。在静态隐式算法中，在每一增量步内都需要对静态平衡方程而迭代求解。理论上在这个

6、算法中的增量步可以很大，但是实际运算中上要受到接触以及摩擦等条件的限制。随着单元数目的增加，计算时间几乎呈平方次增加。由于需要矩阵求逆以及精确积分，对内存要求很高。隐式算法的不利方面还有收敛问题不容易得到解决以及当开始起皱失稳时，在分叉点处刚度矩阵出现奇异。　　3.回弹数值模拟及影响因素分析　　3.1回弹的力学机理　　板料在外载荷作用下发生任何一种塑性变形时，其变形都是由塑性变形和弹性变形两部分组成。当外载荷去除时，塑性变形区的材料保存残余变形而使零件成形。但是，由于弹性变形区材料的弹性恢复以及塑性变形区材料弹性变形部分的弹性恢复，使

7、其形状、尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化，这种现象称之为回弹。回弹在冲压加工的各种成形方式中都有可能发生。按照传统的冲压成形分类方法，板料成形主要包括弯曲、拉深、翻边、局部成形、胀形、扩口、缩口等等。其中弯曲成形后的卸载回弹现象最为典型，回弹量也最大。　　3.2回弹的影响因素　　3.2.1材料性能　　材料的弹性模量E越小，屈服极限。，越高，加工硬化现象越严重（n值大），弯曲变形的回弹也越大。　　3.2.2相对弯曲半径　　当相对弯曲半径（Rlt）减小时，弯曲板料外表面上的总切向变形程度增大，其中塑性变形和弹性变形成分也都同时增大，但

8、在总变形中弹性变形所占比例却减小，因此回弹也小。与此相反，当相对弯曲半径较大时，由于弹性变形在总变形中所占比例的增大，比值△。／。和比值如净也大，回弹就小。　　3.2.3弯角　　弯角Q越大，则变形区域越大，回弹积累值越大