柱面件無壓邊多點成形中成形面的修正與回彈控制

陳喜娣

?

柱面件無壓邊多點成形中成形面的修正與回彈控制

陳喜娣

（五邑大學 機電工程學院，廣東 江門 529020）

利用數(shù)值模擬技術，在回彈分析的基礎上，研究了不同厚度的柱面件在無壓邊多點成形中回彈影響的修正方法. 結果表明：目標曲面成形件依據(jù)最后一次修正的成形面調整基本體群的形狀進行多點成形，可以有效補償板材的回彈影響，并能實現(xiàn)板材的精確成形.

多點成形；柱面件；數(shù)值模擬；回彈控制

多點成形[1]利用一系列高度可調的基本體群自由地構造成形曲面，使板材成形為需要的零件，具有無模、快速和柔性成形的特點. 無壓邊多點成形主要以面外彎曲變形為主，其板材面內變形力較小，通常用于變形量不大的曲面成形，但回彈對成形件最終形狀的影響比有壓邊成形的大. 由于回彈的存在，板材成形時，若嚴格按照目標曲面調整基本體群成形面將無法得到所需零件的幾何形狀，因此必須根據(jù)回彈的分布規(guī)律，對由基本體沖頭群構成的成形面的形狀進行適當?shù)恼{整，以補償板材在無壓邊多點成形過程中受到的回彈影響，得到精確的成形件. 目前，減小回彈的方法主要有兩種：一是通過減小成形后的回彈量來保證零件的精度，但此法受材料成形性能和工藝條件的限制；二是不改變回彈量，通過對模具型面的補償，使其在回彈后獲得預期的形狀. 補償法適應性廣、成本低，但補償量的精確計算仍是一個難題. 針對回彈補償?shù)挠嬎銌栴}，國內外學者做了大量的研究工作[2-7]，文獻[5]采用靜力隱式算法模擬了板材多點成形的回彈；文獻[6]用理論模型和有限元分析探討了影響板料回彈量的主要因素和提高回彈量預測精度的途徑；文獻[7]采用顯-隱式算法對無壓邊多點成形中典型曲面的回彈做了數(shù)值分析. 本文采用顯－隱式算法在ANSYS軟件中數(shù)值模擬柱面件的回彈，并根據(jù)回彈分析的結果，提出一種新的回彈補償方法，采用該方法對多點成形壓力機基本體群的成形面進行補償，研究板材厚度不同的柱面件的回彈控制.

1 基于回彈數(shù)值計算的基本體群成形面的修正方法

1.1 基本體群成形面的修正方法

柱面是一種二維曲面，曲面形狀可由端面曲線掃描生成，故可以用端面曲線形狀表示整個曲面. 本文利用有限元數(shù)值分析的基本思想，將連續(xù)的物體離散為有限個單元，提出一種通過修正基本體群成形面以補償柱面件成形過程中回彈影響的新方法. 具體步驟如下：

1）采用ANSYS有限元軟件進行柱面件的多點成形及回彈過程的數(shù)值模擬.

圖1 基本體群成形面的修正方法

并檢查成形件是否滿足成形精度要求，若（為某一給定精度）則滿足成形精度要求，得到最終基本體群成形面；否則，基本體群成形面需要進行再次修正，循環(huán)以上步驟，直到滿足為止，具體修正步驟如圖2所示.

圖3 基本體群和成形面的模型圖

1.2 基本體群形狀的調整

2 應用實例

材料選08Al，彈性模量200 GPa，泊松比0.3，硬化指數(shù)0.201，硬化系數(shù)537 MPa，屈服應力128 MPa. 板材和基本體單元模型均采用BWC殼單元，由于板材幾何形狀、約束條件等具有對稱性，故只對1/4模型進行分析，其中板材分成4 764個單元，每個基本體分成38個單元，有限元模型如圖4所示. 根據(jù)目標曲面直接建立基本體群成形面的不同板厚圓柱面成形件回彈后的端面輪廓線如圖5所示. ]

圖4 數(shù)值模擬的有限元模型（1/4部分）

圖5 不同板厚未修正成形面的成形件的端面輪廓線

圖6 成形面修正前后圓柱面成形件的端面輪廓線比較

表1 柱面成形件回彈修正過程的總誤差 m

3 結束語

本文研究了基于回彈數(shù)值計算的典型曲面—柱面件無壓邊多點成形基本體群成形面的修正方法，并將其應用于實例說明：根據(jù)回彈數(shù)值分析結果，優(yōu)化多點成形技術基本體群離散曲面形狀可有效補償板材成形過程中回彈的影響，實現(xiàn)板材的一次精確成形，提高產(chǎn)品的成形精度；回彈補償量隨著板材厚度的增大而減小，當板厚為2.0 mm時，僅需要經(jīng)過2次修正，形狀誤差即為0.013 m，因此，在實際生產(chǎn)中如果條件允許，可以選用厚度稍大的板材來控制和減小回彈. 此外，多點成形技術具有整體模具成形不可比擬的優(yōu)勢，對實際工程應用有一定的參考價值和意義.

[1] CAI Zhongyi, LI Mingzhe. Optimum path forming technique for sheet metal and its realization in multi-point forming[J]. J Mater Process Technol, 2001, 110(2): 136-141.

[2] FINN M J, GALBRAITH P C, WU L, et al. Use of a coupled explicit-iImplicit solver for calculating springback in automotive body panels[J]. Journal of material Processing Technology, 1995, 50(1): 395-409.

[3] PAPELEUX L, PONTHOT J P. Finite element simulation of springback in sheet metal forming[J]. Journal of Material Processing Technology, 2002, 125/126: 785-791.

[4] ESAT V, DARENDELILER H, MUSTAFA I G. Finite element analysis of springbak in bending of aluminium sheet[J]. Materials and Desigen, 2002, 23(2): 223-229.

[5] 蔡中義，李明哲，李湘吉. 板材成形回彈數(shù)值分析的靜力隱式方法[J]. 中國機械工程，2002, 13(17): 458-463.

[6] 張冬娟. 板料沖壓成形回彈理論及有限元數(shù)值模擬研究[D]. 上海：上海交通大學，2006.

[7] 陳喜娣，蔡中義，李明哲. 板材無壓邊多點成形中回彈的數(shù)值模擬[J]. 塑性工程學報，2003, 10(5): 9-13.

[8] 陳喜娣. 板材多點成形的起皺和回彈數(shù)值分析[D]. 長春：吉林大學，2004.

[9] 徐濤. 數(shù)值計算方法[M]. 長春：吉林科學技術出版社，1998.

[責任編輯：孫建平]

The Modification and Rebound Control of the Multi-point Forming Cylindrical Surface

CHENXi-di

This paper, based on the results of numerical simulation of rebounds, discusses one new method to modify the elements group’s forming surface in order to compensate for the rebound effect of the cylindrical surface with different thickness in multi-point forming of sheet metal. The results show that, according to the last amendment of the shaped surface, the shape of elements group of the target surface formed in multi-point forming can be adjusted to realize the precise sheet forming while effectively compensating for the rebound effect.

multi-point forming; cylindrical surface; numerical simulation; rebound control

1006-7302（2010）03-0005-37

TG301

A

2010-03-20

陳喜娣（1978—），女，江西新余人，講師，博士研究生，主要從事金屬板材的有限元數(shù)值模擬，E-mail: yunqibuzai@yeah.net.