曲巖

摘 要：回彈是板料成形中不可避免的現(xiàn)象，該文利用DYNAFORM有限元軟件對(duì)V形件的成形回彈進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了板料回彈前與回彈后的應(yīng)力分布，研究彎曲角度對(duì)V形件回彈值的影響，數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于類似形狀模具設(shè)計(jì)的指導(dǎo)及修模次數(shù)的減少具有重要的企業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：V形件 回彈 數(shù)值模擬 模具間隙

中圖分類號(hào)：TG385 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0099-02

回彈是板料成形中常見(jiàn)的缺陷，其過(guò)程因涉及幾何非線性、材料非線性及接觸非線性而變得異常復(fù)雜。在板料成形中，回彈是模具設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素，零件的最終形狀取決于板料成形后的回彈。當(dāng)板料的回彈值超過(guò)允許的差值時(shí)，其就會(huì)成為成形缺陷，從而影響零件的幾何精度等，因而回彈一直是影響與制約模具和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。隨著汽車工業(yè)與航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)薄殼類零件成形精度的要求越來(lái)越高，回彈問(wèn)題日益突出，已成為汽車和飛機(jī)等行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，因而文章對(duì)V形件的彎曲成形回彈進(jìn)行研究，從而用于知道類似形狀模具的設(shè)計(jì)以及修模，進(jìn)而降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 V形件彎曲回彈分析

回彈是板料彎曲成形時(shí)的普遍現(xiàn)象，也是實(shí)際生產(chǎn)中不易解決的比較棘手問(wèn)題。當(dāng)板料卸載后，板料變形區(qū)的外側(cè)因彈性恢復(fù)而縮短，板料內(nèi)側(cè)則因彈性恢復(fù)而伸長(zhǎng)，使得彎曲件的彎曲半徑及彎曲角度與模具的尺寸不一致。圖1為板料回彈的示意圖，板料在加載彎矩M與卸載彎矩的作用下分別發(fā)生彎曲與卸載過(guò)程，板料的卸載過(guò)程即為板料的回彈過(guò)程。板料回彈性的表現(xiàn)形式通常表現(xiàn)為兩個(gè)方面。

（1）彎曲半徑的增大。

當(dāng)板料卸載后，板料卸載前的半徑增加至，則彎曲半徑的增加量為：

（2）彎曲中心角的變化。

板料卸載前的彎曲中心角為，卸載后的彎曲中心角為，則彎曲中心角的變化量為：

上述兩種回彈特性的表現(xiàn)形式中，通常選取回彈角作為板料彎曲回彈量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 有限元模型的建立

文章利用UG軟件將板料、凸模及凹模的三維造型保存為IGES格式導(dǎo)入DYNAFORM軟件中，并利用DYNAFORM有限元軟件對(duì)V形件的成形回彈過(guò)程進(jìn)行模擬。模擬中，V形件的材料為SUS304，板料的厚度為1.5 mm，長(zhǎng)度與寬度分別為150 mm及50 mm。板料設(shè)置為彈塑性體，凸模及凹模設(shè)置為剛性體，摩擦系數(shù)為0.125，模具間隙為1.0 t（t為板料的厚度），考慮到計(jì)算效率及計(jì)算精度等因素，凸模的速度設(shè)置為2 000 mm/s，并利用網(wǎng)格劃分工具將板料、凸模及凹模劃分為三角形單元及四邊形單元，最終建立的有限元模型如圖2所示。此外，在波形片回彈模擬過(guò)程中，將單元公式設(shè)置為全積分單元，積分點(diǎn)數(shù)設(shè)置為7，并且在零件上選擇3個(gè)約束點(diǎn)限制板料的移動(dòng)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 應(yīng)力分析

圖3為板料回彈前與回彈后的應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出：板料彎曲成形的圓角處由于變形比較劇烈，其應(yīng)力值較其他區(qū)域的值大。此外，板料回彈前圓角處的應(yīng)力值達(dá)比回彈后圓角處的應(yīng)力值大，其原因?yàn)椋喊辶匣貜椇?，圓弧處的殘余應(yīng)力得以釋放，因而該區(qū)域的應(yīng)力值下降，其為板料回彈的重要原因。

3.2 彎曲角度對(duì)回彈的影響

當(dāng)相對(duì)彎曲半徑一定時(shí)，彎曲角度越大，則板料的變形區(qū)越大，板料的回彈值也越大。為了分析彎曲角度對(duì)回彈的影響，本文選擇彎曲角度分別為30°、60°、90°及120°進(jìn)行板料回彈的模擬，得出的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4為彎曲角度與回彈值的關(guān)系曲線，從圖中可以看出：隨著彎曲角度的增加，回彈值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。分析其原因?yàn)椋寒?dāng)彎曲半徑相同時(shí)，彎曲角度越大，則表明變形區(qū)彎曲變形的長(zhǎng)度越大，板料積累的彈性變形總量要比彎曲角小時(shí)大，因此彎曲角度越大，板料的回彈值也越大。

4 結(jié)語(yǔ)

DYNAFORM作為有限元分析的一種工具被廣泛應(yīng)用于板料成形的數(shù)值模擬中，它可以較好地預(yù)測(cè)板料的回彈，從而實(shí)現(xiàn)模具型面的補(bǔ)償及工藝參數(shù)的優(yōu)化。文章通過(guò)對(duì)V形件的回彈分析可以得到以下幾點(diǎn)啟示：（1）板料圓弧處殘余應(yīng)力的釋放是板料回彈的重要原因。（2）隨著彎曲角度的增加，回彈值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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