板料成形回弹的数值模拟与影响因素 图文.doc

板料成形回弹的数值模拟与影响因素_图文文章编号:1672—0121(2005)03—0055—04板料成形回弹的数值模拟与影响因素赵国伟1,王元勋1,陈建桥1,李荣峰2,祝洪川2(,湖北武汉430074;,湖北武汉430080)摘要: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。本文探讨了回弹产生的力学机理,运用显式隐式顺序求解方法模拟回弹,比较了材料性能、板料厚度、摩擦系数等因素对回弹的影响。通过回弹的数值模拟和比较回弹的影响因素,对于制定合理的冲压工艺方案,并在模具设计过程中,考虑回弹的关键因素,以便修正模具尺寸,补偿回弹误差,具有重要的实际意义。关键词:机械制造;回弹模拟;板料冲压;影响因素中图分类号:TG381文献标识码:A1引言弹的因素进行系统的研究,准确预测回弹量,并在模具的设计过程中对回弹进行补偿,对提高冲压件的产品质量及生产效率具有重要意义。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【4】,并运用有限元分析软件ANSYS/LS—DYNA,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嘲。2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。板料中性面的纤维长度保持不变,将受拉纤维和受压纤维分开。当板料内外缘表层纤维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。在弯曲和拉深过程中,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。在模具设计过程中,回弹是要考虑的关键因素。零件的最终形状取决于成形后的回弹量,回弹的存在使零件尺寸精度降低,从而增加了试模、修模工作量。随着汽车和航空工业的发展,为了减轻质量,节约能源,提高安全性,大量使用高强度金属薄板[21,对薄板壳类零件成形精度的要求越来越高,回弹问题成为了汽车和飞机等工业领域关注的热点问题。零件的最后回弹形状是其整个成形过程的累积效应,因此,对影响回收稿日期:2005—03一15作者简介:赵国伟(1978一),男,硕士在读,研究方向金属材料成形的数值摸似进入塑性变形状态,而中心仍处在弹性状态时,凸模返程卸载,板料会产生回弹。对于一次性整体卸载而言,相当于施加了一个-+..+n+”+一+“+“+一+..+n+一+..+..+-.+..+-・+・・+-+-・+-+-+一+“+-+-+・・+・・+-+-+一+・・+-+-+一+”+一+一+一十・・+一+-—1卜-+一十。—。+-”+・ingsMetalMaterialKeywords:Forging万方数据 W2=MA1万一1百(器-Ir,dlr,o与作用弯矩肘(M为成形最后一步相对应的节点接触力矩)大小相等、方向相反的力矩AM(也就是△M=埘)。假设为弹性卸载,60-。/6s。=E’,在平面应变情况下有:E7=E(1叫2),占占。=6h/6R,6h、6R随着弯曲单元的厚度和半径变化而变化,在这种情况下,6尺=R瑚。,尺。=酢+}矗,见图l所示。卸载力矩的大小:M./—、\图1板料早兀分析模型rJ。豸岽斋(百一万)(1)Atr)(1)式中:盯。——p方向的应力分量;危——板料当前的厚度;R。、R卜卸载前后中线的曲率半径。形——板料的宽度;性揣南孚若等效应力孑保持恒定,则加载的弯矩为:彳=K(揣)(1nR嚣-)=K(揣)(者%)(丽h)(2)一K(揣)(南)c3,对于线弹性卸载后的恢复情况下,△M=一M容易得至U:去雨1=K(揣)×(黼j×(4):r厚向各向异性系数;n——硬化指数;r所选取单元的厚度。应用条件R。0=R20+到式(4),可以得到回弹比:竽《(湍)X(黼)×万方数据(丽h)”1(5)式中:△0=(1/R。一1/R:)/(1/R。)。3显式隐式顺序求解回弹完整的板料成形分析包括加载和卸载两个过程。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