薄板沖壓回彈仿真計(jì)算及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、回彈現(xiàn)象是冷沖壓成型過(guò)程中不可避免的物理現(xiàn)象?；貜梿?wèn)題的存在造成零件的形狀及尺寸與設(shè)計(jì)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(zhǔn)確的預(yù)測(cè)回彈后零件的形狀、設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的型面以補(bǔ)償回彈，在目前還是模具工業(yè)中的實(shí)際難題。采用數(shù)值方法準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)零件的回彈量對(duì)最終解決回彈問(wèn)題至關(guān)重要。有限元方法是一種廣泛應(yīng)用于沖壓成型仿真的數(shù)值方法，該方法已經(jīng)被證實(shí)可用于回彈仿真計(jì)算，但由于回彈計(jì)算結(jié)果受到很多因素的影響，目前有

2、限元方法對(duì)回彈預(yù)測(cè)精度還不理想，回彈問(wèn)題有待進(jìn)一步的研究。 本文針對(duì)影響回彈預(yù)測(cè)精度的三個(gè)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(jì)算及其應(yīng)用技術(shù)的研究，研究的目的在于提高回彈預(yù)測(cè)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(guò)模具圓角時(shí)的單元尺寸問(wèn)題，證實(shí)了在翻邊仿真中板料過(guò)模具圓角時(shí)采用較小的單元尺寸是取得合理的回彈預(yù)測(cè)結(jié)果的必要條件之一。通常認(rèn)為板料過(guò)模具圓角時(shí)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(diǎn)并不能應(yīng)用于翻邊回彈仿真。本文建立了凹模圓角半徑不同的三個(gè)翻邊試驗(yàn)的仿真模型，比較了在模型中采用不同單元尺寸時(shí)的回彈仿真與試驗(yàn)結(jié)果。研究表明，不論模具圓角半徑大小，板料在過(guò)圓角的部分采用較小的單元尺寸時(shí)，回彈的預(yù)測(cè)結(jié)果才能夠與試驗(yàn)結(jié)果較為一致。 （2）研究了在U型沖壓仿真中單元尺寸對(duì)回彈的影響機(jī)理，解釋了令許多研究者困惑的回彈預(yù)測(cè)結(jié)果偏小問(wèn)題。本文進(jìn)行了

4、U型沖壓的試驗(yàn)，并把U型沖壓仿真分為成型中期與成型末期兩個(gè)階段，分別研究了兩個(gè)階段中單元尺寸對(duì)回彈的影響機(jī)理。研究表明，在成型仿真過(guò)程中期，板料彎曲部分出現(xiàn)“應(yīng)力松弛”現(xiàn)象，即板料中的應(yīng)力逐漸下降。在不同單元尺寸下，“應(yīng)力松弛”程度不同，導(dǎo)致了板料在回彈計(jì)算前的應(yīng)力不同，最后導(dǎo)致了在回彈仿真中預(yù)測(cè)結(jié)果不同。在這種情況下，單元尺寸越大，“應(yīng)力松弛”越嚴(yán)重，回彈預(yù)測(cè)結(jié)果越小。在成型仿真過(guò)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(dǎo)致的接觸力對(duì)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(dǎo)致了回彈預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)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(duì)回彈預(yù)測(cè)精度影響的措施。 （3）提出了一種基于不帶肩試樣拉伸試驗(yàn)反求材料

6、參數(shù)的新方法。材料參數(shù)精度取決于其對(duì)材料力學(xué)性能的描述精度，它對(duì)回彈預(yù)測(cè)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(yàn)所對(duì)應(yīng)的仿真模型很復(fù)雜，反求會(huì)很費(fèi)時(shí)。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(yàn)基礎(chǔ)上反求材料參數(shù)，具有收斂快、反求省時(shí)的特點(diǎn)。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(zhǔn)確的

7、描述材料的力學(xué)性能。在本文反求方法基礎(chǔ)上還提出了一種基于板料在拉伸試驗(yàn)過(guò)程頸縮變形反求出實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變曲線的方法。該方法能夠求出較大應(yīng)變范圍內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變曲線，避免常規(guī)方法只能較小應(yīng)變范圍內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變曲線的缺陷。 （4）研究了拉延筋對(duì)回彈的影響機(jī)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(duì)回彈預(yù)測(cè)的影響還不清楚。本文在拉延筋影響試驗(yàn)和翻邊試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了拉延筋對(duì)回彈的影響機(jī)理。

8、研究表明，板料過(guò)拉延筋后的應(yīng)力和材料的硬化對(duì)回彈影響很大，板料的厚度變化對(duì)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(zhǔn)確的拉延阻力，也不能滿足準(zhǔn)確預(yù)測(cè)回彈的要求。為了克服目前的等效拉延筋模型在回彈預(yù)測(cè)方面的缺陷，本文提出了一個(gè)修正的等效拉延筋模型，該模型除了能夠準(zhǔn)確描述拉延筋約束阻力外，還能夠準(zhǔn)確描述板料過(guò)拉延筋后的應(yīng)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(yàn)方法、理論計(jì)算方法和仿真計(jì)算方法，以及其在簡(jiǎn)單回