薄板沖壓回彈仿真計算及應用技術(shù)研究.pdf

1、回彈現(xiàn)象是冷沖壓成型過程中不可避免的物理現(xiàn)象?；貜梿栴}的存在造成零件的形狀及尺寸與設計要求不符，直接影響沖壓件的品質(zhì)，包括外觀質(zhì)量、裝配性能和使用可靠性等。如何準確的預測回彈后零件的形狀、設計出準確的型面以補償回彈，在目前還是模具工業(yè)中的實際難題。采用數(shù)值方法準確的預測零件的回彈量對最終解決回彈問題至關(guān)重要。有限元方法是一種廣泛應用于沖壓成型仿真的數(shù)值方法，該方法已經(jīng)被證實可用于回彈仿真計算，但由于回彈計算結(jié)果受到很多因素的影響，目前有

2、限元方法對回彈預測精度還不理想，回彈問題有待進一步的研究。 本文針對影響回彈預測精度的三個主要因素：仿真模型中的單元尺寸、材料參數(shù)和等效拉延筋模型，開展了薄板沖壓回彈仿真計算及其應用技術(shù)的研究，研究的目的在于提高回彈預測的精度。主要研究工作如下： （1）研究了翻邊回彈仿真中板料過模具圓角時的單元尺寸問題，證實了在翻邊仿真中板料過模具圓角時采用較小的單元尺寸是取得合理的回彈預測結(jié)果的必要條件之一。通常認為板料過模具圓角時采

3、用的單元數(shù)目在模具圓角大的情況下可以采用較大的單元尺寸，本文研究中發(fā)現(xiàn)該觀點并不能應用于翻邊回彈仿真。本文建立了凹模圓角半徑不同的三個翻邊試驗的仿真模型，比較了在模型中采用不同單元尺寸時的回彈仿真與試驗結(jié)果。研究表明，不論模具圓角半徑大小，板料在過圓角的部分采用較小的單元尺寸時，回彈的預測結(jié)果才能夠與試驗結(jié)果較為一致。 （2）研究了在U型沖壓仿真中單元尺寸對回彈的影響機理，解釋了令許多研究者困惑的回彈預測結(jié)果偏小問題。本文進行了

4、U型沖壓的試驗，并把U型沖壓仿真分為成型中期與成型末期兩個階段，分別研究了兩個階段中單元尺寸對回彈的影響機理。研究表明，在成型仿真過程中期，板料彎曲部分出現(xiàn)“應力松弛”現(xiàn)象，即板料中的應力逐漸下降。在不同單元尺寸下，“應力松弛”程度不同，導致了板料在回彈計算前的應力不同，最后導致了在回彈仿真中預測結(jié)果不同。在這種情況下，單元尺寸越大，“應力松弛”越嚴重，回彈預測結(jié)果越小。在成型仿真過程末期，由于板料和模具之間的間隙小，板料和模具之間不可

5、避免的發(fā)生“穿透現(xiàn)象”，這種“穿透現(xiàn)象”導致的接觸力對回彈值所起的效果與有底凹模彎曲中的“校正力”所起的效果相同。有底凹模彎曲中的“校正力”大小不同，零件的回彈量就有較大差異。仿真中不同單元尺寸下該“校正力”大小不同，導致了回彈預測結(jié)果的差異。在這種情況下，單元尺寸越大，板料受到的“校正力”越大，回彈預測結(jié)果越小。本文還提出了在以上這兩種情況下減少單元尺寸對回彈預測精度影響的措施。 （3）提出了一種基于不帶肩試樣拉伸試驗反求材料

6、參數(shù)的新方法。材料參數(shù)精度取決于其對材料力學性能的描述精度，它對回彈預測結(jié)果有較大的影響。反求方法可用于確定材料參數(shù)，但如果反求采用的試驗所對應的仿真模型很復雜，反求會很費時。采用修正的LM優(yōu)化算法和有限元軟件ANSYS LS-DYNA相結(jié)合的反求方法在不帶肩試樣拉伸試驗基礎上反求材料參數(shù)，具有收斂快、反求省時的特點。算例表明，該方法能確定Barlat 1989模型和Barlat 1991模型中的材料參數(shù)，反求方法得出參數(shù)能夠比較準確的

7、描述材料的力學性能。在本文反求方法基礎上還提出了一種基于板料在拉伸試驗過程頸縮變形反求出實際應力應變曲線的方法。該方法能夠求出較大應變范圍內(nèi)的實際應力應變曲線，避免常規(guī)方法只能較小應變范圍內(nèi)的實際應力應變曲線的缺陷。 （4）研究了拉延筋對回彈的影響機理，提出了修正的等效拉延筋模型。在仿真中常用到等效拉延筋模型，但仿真中采用等效拉延筋模型對回彈預測的影響還不清楚。本文在拉延筋影響試驗和翻邊試驗基礎上，分析了拉延筋對回彈的影響機理。

8、研究表明，板料過拉延筋后的應力和材料的硬化對回彈影響很大，板料的厚度變化對回彈也有一定的影響。目前的等效拉延筋模型即使能提供準確的拉延阻力，也不能滿足準確預測回彈的要求。為了克服目前的等效拉延筋模型在回彈預測方面的缺陷，本文提出了一個修正的等效拉延筋模型，該模型除了能夠準確描述拉延筋約束阻力外，還能夠準確描述板料過拉延筋后的應力、材料的硬化和幾何尺寸的變化。本文還提出了確定該模型參數(shù)的試驗方法、理論計算方法和仿真計算方法，以及其在簡單回