板材冲压成形回弹模拟的评述

第卷第期极龙技亡年月众已综述板材冲压成形回弹模拟的评述焦明华于军涛解挺俞建卫刘馄合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥摘要回弹是板材成形过程中不可避免的一个普遍现象直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状因此回弹模拟是板材成形过程模拟中的一个关键问题用有限元技术进行回弹模拟研究的基础上关健词也是最为棘手的问题本文在系统地归纳了国内外众多学者在应对回弹模拟的历史发展回弹模拟的计算方法影响回弹模拟的主要因素以及回弹的预测和补偿等方面作了详尽的论述对回弹模拟研究有着很好的参考价值与指导意义板材成形〔舀回弹数值模拟玛,中圈分类号二文献标识码文章编号卜《肠毋阅回认段加伪八川啥脸姗吧吧】别十明吧亩匆眼飞画眼昭吧卯阴吧呀呱伴」咚几飞价拌油。嗯眼引言回弹是指在板材成形过程中是模拟成形的最后一步当外载荷卸除之较小成形过程模拟中产生的任何误差都会累积到回弹计算阶段求而且回弹量本身这对回弹模拟的计算精度就提出了更高的要后塑性变形区的材料因残余应力而使零件变形的即由于弹性变形区材料的弹性恢复以及塑性同时回弹虽属小变形非线性问题但本质上现象是从复杂的全应力状态转向弹性卸载的过程能出现反向加载软化现象性结构的变形计算点,’还可变形区中材料弹性变形部分的弹性恢复象使其形状其复杂程度远远大于弹长期以来回弹问题一直尺寸都发生与加载时变形方向相反变化的现’〕因此回弹是板料成形过程中存在的一种普遍现没有很好的解决办法是板料成形数值模拟的难象直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状而回弹模拟也一直是板材成形数值模拟的如果回弹量不能有效地控制成为成形缺陷,们将严重影响零件质量研究热点众多科技人员投人了极大的精力致力于这方面的研究为此本文系统总结了板材成形中影响因素及国内外的最新研传统分析中预测回弹由于依赖于经验方法无法准确地只能靠反复的修模,关于回弹的研究方法究进展对于冲压件的回弹以期对于今后这方面的研究有很好的参考试模来进行补偿需要耗费大量的人力和物力〕而价值与指导意义且难以保证产品品质叶近年来计算机数值模拟技术的应用为这一问题提供了有效的解决办法也成为解决回弹间题的主要途径之一受到极大关注回弹数值模拟技术的历史进程世纪并已取得极好的成效回弹模拟过程虽然仅是卸载过程男年代以‘’〔〕为代表通过实验和但由于它解析方法得到广义回弹量的解析表达式这对于揭示回弹形成机理有指导意义弹问题弄清影响回弹量的主要因素具岁硕士一副教授修订日期但对于复杂零件如汽车覆盖件的回收稿日期一般的解析方法则为力年代起锻压技术第卷有限元法开始应用于板料成形过程的模拟〕各种仿真软件应用于模具工业中有效地用来解决模具制造中的难题如拉裂起皱的预测近年来该技术应用于回弹的模拟计算方面并取得了许多进展如等〕〕采用静态隐式算法和动静情况无模法的具体计算方法是束时去除模具在弯曲成形过程结使所有和模具接触的节点均成为自由节点将按弹塑性有限元法计算得到的弯曲加载过程最后一步的结果于无边界约束状态下按照反向原则将其转化态联合算法计算轿车顶弧成形和后加强板切边时的回弹为卸载过程节点力的初始值由于板料零件此时处需要采用动静态算法计算轿车前翼旧为防止出现刚体位移对子板成形中的回弹此外进行复杂零件的施加位移以及转动约束边界条件型件等自由多步成形回弹的仿真研究弯曲而言其零件形状简单在卸载过程中零件与并取得了许多成果国内外许多学者在回弹分析及其工程控制方面也做了大量研究从拟国际会议标准考题上‘」冲压成形模具没有明显的脱离过程位移边界条件按照弹性有限元法所以根据上述一次性卸载计’第二届板料成形三维数值模开始每届会议都有关于回弹预测的算回弹有模法更能模拟实际回弹过程似于成形的计算回弹的计算类在以上’但模具移动方向相反也用增量关于回弹预测和控制的会议专题论文已达篇法求解当所有节点不与模具接触时即是回弹的之多占到全部会议论文的〕终了采用有模法时回弹模拟方法因为仍有接触计算计算时鉴于问题本身的复杂性上预测出近似的回弹值目前仅能在一定程度间比无模法长再根据回弹值进行再模拟控制补偿因此回弹模拟的精度也因所采用的算数值模拟主要有两种算法力显式算法静力隐式算法和动法的不同而不同其中在弯曲成形中一般只涉及两种算法的区别在于静力隐式算法需较为简单的几何形状和边界条件法对其进行深人的研究往往首先从弯曲人手这便于用解析方”要构造和求解刚度矩阵每一步迭代都要进行接触所以人们对回弹的研究“判断往往会出现迭代不收敛的情况的算法其中“’型件为弯计算速度慢采用静力隐式方法应力但计算精度高如蔡中仪卿〕曲变形中最为简单的变形形式目前很多学者在这〕以方面开展了研究并取得了一定的成绩“对纯弹性板材大变形问题展开了研究并得到了比较准确的回弹计算结果且计算精度比较”型件为例通过对弯曲回弹的数值模拟研究〕以高而动力显示算法不需要构造和求解刚度矩阵因此该算法的最大优势是计算速度快了不同冲压参数对弯曲回弹的影响“实践证明”型件弯曲和回弹过程为研究对象“通过对动力显式算法计算的应力是不准确的恰恰是造成回弹现象的关键所在而残余应力“’型件弯曲及回弹过程的有限元数值模拟”分析动态显式算法效获得了成形参数对型件弯曲回弹的影响规律、率高稳定性好计算适于计算各种复杂成形问题但回弹模拟的数值计算模拟方法与用于回弹计算时效率极低所用机时往往数倍于成形静态隐式算法在求解大型成形问题时效率低模拟软件回弹计算方法收敛性差但求解回弹问题时其效率极高往往经过一步或数步迭代即可获得很好的结果有鉴于此基于有限元理论的回弹计算方法主要有两种即无模法目前一般都采用动一静态联合算法求解回弹问题在成形结束时去除模具代之以接触反和有模法动一静态联合算法的基本过程是求解成形过程以动态显式算法力进行迭代计算直到接触力为零然后将其结果作为静态隐式算法的在成形结束时让模具反向运动直到凸模完全与输人进行回弹计算此方法充分发挥了二者的优点板料脱离为止卿〕两种方法的计算结果区别不太极大地提高了计算效率回弹模拟软件大无模法适用于成形零件形状比较简单,零件与冲压成形模具脱离过程接触边界条件的非线性较弱或者没有明显的脱离过程的情况形零件形状比较复杂近年来数值模拟及相关技术得到迅速发展有模法适用于成逐步成为一种现代的研究手段目前可以用于回弹在卸载过程中零件与冲压成模拟研究方面的商业有限元分析软件也比较多中几种常用软件如表所示其形模具脱离过程存在明显的非线性接触边界条件的第期焦明华等板材冲压成形回弹模拟的评述衰有限元软件对比衰肋砷比朋几肋限名称二制造商美国美国瑞士欧共体中国功能齐全点高级线性有限元软件应用范围体现了有限元分析理具有极强的结构分析能力可以处理各种线性和论方法和软件实践的完美结合包括了大量的智能化工具可方便地求解各类板料成形非线性结构分析间题主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发采用静态隐式算法求解及全拉格朗日理论的弹塑性理论基于模具设计工艺模拟研究对其模面与工艺补充面进行设计和优化静力隐式弹塑性有限元数值模拟程序评估及验证成形工艺和冲压件质可以对典型的板料成形过程进行模拟从表可以看出各款软件都有自己独特的优常常把这些参数设定为固定值并且在模拟过程中无任何变化增大而增大因此点在分析不同的实际问题时应该具体选用。作者事实上板材在实际变形过程中这在研究高精度复合材料轴承卷制的回弹研究中考虑到些参量是有变化的比如回弹角随材料硬化系数的软件全面的性能表现能够比较准随着材料的硬化指数的增大而减小确的反映出回弹现象并采用了该软件在回弹模拟的研究中对于这些参量的变化板材厚度方向上积分方案的影响影响回弹数值模拟的主要因素回弹模拟计算准确程度既受成形过程模拟精度规律的描述就显得比较重要对于回弹模拟而言要成形过程中弯曲应力场的模拟至关重的制约问题也与回弹的模拟方法有重要关系准确性为了提高弯曲应力的模拟精度一个有效的方和收敛性一直是回弹数值模拟难以达到满意的主要〕法是适当地增加材料厚度方向的高斯积分点数斯积分点数越多和以后高以下从成形过程模拟和回弹模拟两方面分析影响回弹模拟精度的主要因素差的途径以便寻找减小误弯曲应力模拟得越精确,但〕指出当高斯积分点数大于现将影响回弹模拟的主要因素列举如下弯曲应力的模拟精度提高很小计算时间并会显著单元类型及积分方案的影响影响成形模拟精度的主要因素之一发现单元类型是川地增加计算机对于壳单元一般取因此个高斯积分点为宜模拟分析效果最优回回弹计算值与单元尺寸成反比关系单元尺弹模拟过程中应对板料厚度方向上的积分方案提出严格的要求以确保模拟过程的真实性板材与模具之间间隙的影响寸越小计算的回弹量越大反之回弹量越小甚至可能出现反向现象因此合理的选择单元类赵叶锋哪〕认型将是决定回弹精度的重要指标为由于模具间隙增大了本构方程的科学板料流人量增多因此板本构方程科学性的影响料的塑性变形减少导致弯曲成形后的回弹也增大性对最终的应力应变场模拟精度有着直接的影响但模具间隙过小会出现板料拉裂间隙过大则会产生起皱模具间隙取为表面划痕等现象一般的模拟中材料的应力一应变曲线一般通过单向翘曲等不良现象所以选拉伸实验获得但单拉实验和双向等拉实验所获得择合适的模具间隙也很关键陈雪辉〕研究指出的应力一应变关系曲线存在着一定的差别何真实的反映材料变化规律进行进一步的研究因此如为板材厚度对于板材的,就有必要对本构方程在模拟研究中对于具体的本模拟研究最为适宜摩擦系数对回弹的影响复杂的物理现象课题之一摩擦是一种非常构方程可以利用有限元软件自身的功能通过定义并且该机理的研究仍是研究中的曲线来进行准确描述准确必要的时候可以采用软件的在本问题的研究中引人摩擦学衡量的参数二次开发扩充能力进行描述使其研究的问题更加赵国伟哪〕研究发现—摩擦系数来描述回弹模拟中的摩擦学问题随着摩擦系数的增大回弹量模拟材料特性的选择数在有限元软件中先增大后又稍稍减小摩擦系数越小板料的流正确描述板材材料特性的指数有杨氏模量硬化指硬化系数泊松比等在一般的模拟计算中动越容易零件内部的应力应变分布越均匀成形后的表面质量变好回弹量也减少材料弯曲变形锻压技术第卷过程中内外表面分别产生压应力和拉应力根建立了简单有效的回弹问题计算模型算实例并给出了计据虎克定律摩擦力随摩擦系数的增大而增大由于摩擦力的作用可增大拉应力变形区使内外表面的应力状态趋向一致因而随着摩擦系数的增大基于预测的基础上利用回弹规律的预测结果,可以对模拟过程进行补偿并用于工程实践目前应回弹量又减小但摩擦系数增大板料流动变得困用比较广泛的方法之一就是根据回弹趋势和回弹难减薄量增大零件表面质量变差变形程度对回弹模拟的影响为模具的半径量的大小预先对模具工作部分做相应的形状和尺变形程度为板材厚度对板材弯曲变使出模后的零件获得要求的形状和尺寸关于模具的回弹补偿算法张晓静哪〕提出了以下两种方法““寸修正形起到了重要的作用在其研究中发现当小于约为一步”直接修正法和迭代逐步修正法若时回弹量的变化则急剧减小若时基本上没有回弹的发生大于时回弹量是逐渐的减少一步法”计算精度较低不能完全消除零件型面的回弹误差因此常常采用迭代法进行回弹补偿量的计算早期的模具回弹补偿方案主要以解析解和压边力对回弹模拟量的影响压边力是冲经验公式为基础仅适用于简单零件的模具设计压成形的一项重要的工艺措施通过压边力的优化对于复杂零件必须借助于有限元数值模拟技术进可以调整板料内材料的流动状况改善材料内应力的行回弹分析和补偿计算方案和和应力场外推归分布合适的变压边力能够减小成形后的回弹是仅仅增大压边力并不能控制回弹压边力的分布形式但哪〕提出两种基于有限元模拟技术的回弹补偿计算应该综合考虑应力场迭代分离法若优化压边力分布形式即使降纳法在均以迭代法为基础低总压力也能显著降低零件的回弹卿」川的研究中提出了用“法以上因素将成为回弹模拟中首要考虑的几个因法来进行回弹模拟的补偿素也将成为衡量和判断回弹模拟的真实性和准确性的重要依据即采用模拟成形的过程以及判断下一模具的接触方式然后进行回弹的补偿该方法比传统的“试错”回弹的预测与补偿回弹是板料成形内应力的释放过程模拟补偿所有影响更有效更经济作者采用度有限元软件研究了高精小尺寸的复合轴套的卷制成形中的回弹问题应力计算精度的因素都将对回弹产生影响这些因研究发现对于厚度小变形量小的成形件相对补素大多具有非线性是变化大难测量等特点所以〕偿量应该大些元模型而厚度大变形量大的成形件相到目前为止回弹问题还没有满意的解决方法也有学者对于回弹的预测做出评价但将对补偿量可以稍小些并在软件中建立合适的有限在一定条件下研并提出了实现了卷制过程的模拟一些补偿方案颜林灿〕针对型弯曲的问题究了小尺寸果良好,‘。高精度自润滑轴承的回弹问题取得弹性模量的变化引人到回弹的预测中考查了非线性弹性卸载对回弹的影响了一些实际成果并进行了生产实际验证发现效张铁山闭〕从快速预测回弹的角度出发杆所构成法考虑到样条为具有控制点的弹性细次样条的回弹预测方提出了采用基于结语随着汽车工业和航空工业的发展节约能源建立了求解回弹的数学模型在其研究成果中减轻质量提出的次样条预测回弹的方法对低碳钢形件回提高安全性以及大量使用高强度薄钢进行的弹实例进行了预测计算与利用仿真计算比较其结果表明两者有较好的一致性且该方法所耗费的机时更短回弹的存在板和铝合金钢板的要求越来越多而且对薄板壳类零件成形精度的要求也越来越高因此回弹成李明哲〕认为由于为汽车和飞机等工业领域关注的热点问题因此对影响回弹的因素进行系统的研究由于严格按照目标曲面调整基本体群形成零件回弹后的形状是整个成形过程的累积效应测回弹量应补偿的包络曲面进行板材成形将无法得到所需要的零件几何形状因此采用多点成形法准确预根据回弹的分布并在模具的设计过程中对回弹进行相规律调整基本体群成形面可以适当补偿回弹徐将对提高冲压件的产品质量及生产效率具丙坤眯〕则利用自行开发的虚拟冲压软件有重要意义第期焦明华等板材冲压成形回弹模拟的评述、采用有限元技术对回弹的模拟研究将成为一种一高效有用的工具并能在经济人力等方面造成刀苗沐呢瓦却一一很大的节约对整个板材成形过程的周期起到了很昭卜月〕大的促进作用由于回弹模拟的最终目的是为模具雌」凡侧巨山嗯州由兄已蛇肠仪月设计提供科学的数据以便修改模具形状补偿回」眼明词加厉飞阮」弹误差保证产品几何精度但是目前的研究工作一还未能完全对于回弹的研究做一个有效的控制和预算所以更需要很多的研究工作将目前已经出现的各种先进技术应用到实际研究中去〔〕,昭大量的研究和实践表明在研究某一具体实际问题时首先采用比较合适的有限元软件回弹的主要因素作为分析的突破点「〕伪团将影响一吧赞建立合适的分仁〕〕伪呀加块,洲〕析步骤通过有限元软件的仿真模拟得出回弹量与各影响因素之间的变化规律的最主要因素理清影响回弹变化吧瓦呢」最后采用回弹补偿的方法来减小回〕肠吃呀呢吧已即呢呢,弹从而达到产品的设计要求提高产品的质量〔〕一今考文献,〕块吧呀吴建军周维贤材料成形性基础【西安西北工业雌雌〔〕大学出版社报呱一一陈炜板料多步冲压回弹的数值模拟研究〔〕塑性工程学勺﹁〕吃一一呀谢晖基于学学报仿真的冲压回弹影响因素研究〕湖南大「〕一麻桂艳哎付文智李明哲中厚板多点成形中回弹的数值模一拟〔〕锻压技术赵侠【」蔡中义李明哲灯八门,李湘吉板材成形回弹数值分析的静力隐傅建余玲等数值模拟技术在汽车搜盖件成形中式方法〔〕中国机械工程一的应用〔〕锻压技术一〕‘凡几眼石一山〕二雌一〔一卜〕记而飞幻司,吧〕吧呱〕即幻讥呀〕一〕几〕叱而州姐压一仁〕压吧〔〕雌一〕田。〕呢咫凡」陈靖芯卜呀十一〕赵叶锋幻。已陆国民形件弯曲成形中回弹的数值模〕,凡拟研究」拖拉机与农用运物车一闭,画〔〕叮而〔〕陈雪辉轴承卷制成形有限元仿真技术研究「合肥工业大学合肥一幻幻邓,赵国伟王元勋陈建桥材料成形回弹的计算机仿真与影宁飞响因家口机械工人一单体坤究李淑惠陈关龙变压边力下高强度钢板的回弹研,〕塑性工程学报〔〕〔〕日卫一臼。〕朱东波孙现李涤尘〕塑性工程学报等板料成形回弹问题研究新进展一乃助眼耐呀第卷第期极兀技宕年泥。〔月板料成形压边力控制技术研究现状及发展趋势‘张晓斌”’,孙宇‘樊红梅,贾宁南京理工大学机械工程学院江苏南京南京工程学院自动化系江苏南京扬州捷迈锻压机械有限公司江苏扬州摘要首先从压边力的加载模式及加载位置等方面介绍了压边力的控制方式其次对压边力的理论分析进行了总结最后对以人工神经网络为代表的人工智能及与现代控制理论相结合的压边力控制技术进行了分析压边力控制技术综述的基础上展趋势在对国内指出了目前在压边力控制技术方面存在的问题同时探讨了压边力控制技术的发关健词板料成形变压边力控制技术文献标识码六”中圈分类号叭刀吕侧,已犯文章编号代吞肠司侧肠代而兄奴加。罗几耽比八川刀侧卜施‘朋曹皿护川可呢眼雌飞呢呀昭加。,回蒯吧厅己呀呀几刀七泞呀邓元卜卯价卿份山昭引言板料成形是利用金属板料的塑性方法通过模具及与切削加工等方法相比板料成形不仅具有更高的生产效率而且能获得更高的材料利用率产品质量稳定航易于实现自动化生产因而在国民外力作用‘在被加工的板料上制成零件的一种加工经济中得到了极为广泛的应用特别是在航空宇汽车造船电器五金等工业部门板料成江苏省科技攻关项目形都是必不可少的主要加工方法修订日期一男博士研究生一讲师板料成形工艺过程的控制涉及到很多参数常包括为模具的几何参数通收稿日期毛坯的几何参数板料幼,翻林灿张铁山徐乘业非线性弹性卸载对回弹预测的影响仁」力学与实践一」厂吕了昭以,雌张友良王建中等墓于三次样条的回弹预测方〕焦明华黝法〔〕农业机械学报」飞渡陈雪辉俞建卫等基于有限元法卷制轴套成形李明哲学报陈喜娣薄材多点成形中回弹的预侧〔〕五邑大学模拟中材料模型分析「〕锻压技术飞厂连自然科学版一徐丙坤施法中板料冲压成形回弹的数值模拟〔〕北京航解挺陈雪辉焦明华等基于的自润滑轴空航天大学学报一套的卷制成形的数值模拟口〕轴承焦明华马峰一张晓静周贤宾板料成形回弹模拟口〕北京航空航天大学学报马少波等双金属复合材料弯曲成形有限元模拟的材料模型研究口」粉末冶金工业界,姐,一雌〔〕