文档介绍：第12卷第5期2005年10月塑性工程学报JOURNALOFPLASTICITYENGINEERINGVol112No15Oct12005板料多步冲压回弹的数值模拟研究*(江苏大学模具技术研究所,镇江212013陈炜王晓路(南京航空航天大学机电学院,南京210016高霖摘要:回弹是板料冲压成形过程中一种常见但很难解决的现象。首先研究了板料弯曲变形中卸载回弹的原理,然后以依维柯侧壁上内板为例,采用动态和静态算法相结合的方法,在考虑每道工序板料回弹的基础上,对其进行多步冲压回弹的数值模拟,最后对模拟结果和实验结果进行比较,验证该模拟方法提高回弹计算精度的有效性,为板料冲压成形工艺的制定提供科学依据。关键词:回弹;多步冲压;数值模拟中图分类号:TG386141文献标识码:A文章编号:100722012(20050520008204*国家自然科学基金项目(50475125和国家自然科学基金项目(50275075资助。陈炜E2mail:chen_wei@作者简介:陈炜,男,1965年生,江苏大学机械工程学院模具技术研究所,副教授,主要研究方向为薄板成形理论,模具CAD/CAE/CAM收稿日期:2005203207;修订日期:20052032201前言通常,一个完整的冲压过程要经过拉延、整形、修边、冲孔、翻边等多步工序才能完成。在这一过程中,回弹是板料成形工艺制定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,当回弹量超过允许误差后,就成为成形缺陷,影响零件的几何精度。特别是近几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。目前,板料回弹的精确预测以及如何减小回弹量、降低残余应力成为板料成形模拟中的热点问题。(第二届板料成形三维数值模拟国际会议开始,每届会议都有关于回弹预测的标准考题(BENCHMARK,,专门有一个关于回弹预测和回弹误差控制的会议专题,其中文章达到10篇,约占全部会议文章的11%[1];,关于回弹预测和控制的会议专题论文达20篇之多,占到全部会议论文的21%以上[2]。在实际生产中要控制和补偿回弹,提高回弹预测的精度是至关重要的[3]。通常我们在进行板料多步冲压的回弹预测时,都忽略了板料每道工序后的卸载回弹,未将其回弹考虑到下一道工序的计算之中,然而板料的最终形状是其整个变形历史的累积效应,其变形历史等对残余应力和回弹计算都有一定影响[4],那么因忽略了每道工序后的回弹而产生的累积误差势必影响最终的回弹预测精度。本文在进行板料多步冲压数值模拟时以依维柯侧壁上内板为例,采用动态和静态算法相结合的方法[4]来模拟其多步冲压过程,将前一道工序的回弹计算结果作为下一道工序的输入,并通过模拟结果和实验结果的对比来验证该数值模拟过程的正确性及有效性。2板料多步冲压回弹的数值模拟研究211板料卸载回弹的原理研究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。当作用板料上的外载荷卸掉之后,塑性变形区的材料保存残余变形而使零件变形。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。这就是生产中回弹现象的内因。回弹现象实际上是当外载荷去除后,板料发生弹性恢复而引起的,这其实是卸载过程中材料的附加变形。卸载的弹性恢复是一个寻求内部应力自相平衡的过程,产生的弹性恢复应变引起零件几何形状发生改变(即回弹,当零件达到内部应力自相平衡时,弹性恢复过程结束,这时的剩余内应力即为残余应力。以弹塑性弯曲变形为例,弯曲变形区在外弯曲力矩作用下,于内区产生切向压缩应力、外区产生切向拉伸应力,变形区断面上的切向应力如图1a所示。同时,变形区内、外两区中的弹性变形成分产生了与塑性变形应力方向相反的弹性应力,见图1b。卸载后,弯曲件在弹性弯曲力矩作用下产生相应的变形(即回弹而达到新的平衡状态。而塑性应力与弹性应力则形成新的应力分布状态,达到内部应力分布的新的平衡状态,见图1c,此应力状态使弯曲件形状处于新的稳定状态。图1弹塑性弯曲卸载过程中板料界面的切向应力Fig11Thetangentstressintheunloadingprocessofelastic2plasticbending212板料多步冲压回弹的数值模拟完整的回弹数值模拟可以分为两步:加载成形过程模拟和卸载回弹过程模拟。前一步计算是回弹过程模拟的基础,为其提供应力、应变等数据,该步计算的准确与否将直接影响回弹计算的精度[5]。板料多步冲压的过程实际上是一个多道工序的成形过程,前一道工序的模拟结果直接影响下一道工序的模拟精度。通常我们在模拟板料的多步冲压过程时,都忽