基于數(shù)值模擬的V形件回彈研究

曲巖

摘 要：回彈是板料成形中不可避免的現(xiàn)象，該文利用DYNAFORM有限元軟件對V形件的成形回彈進行數(shù)值模擬，分析了板料回彈前與回彈后的應力分布，研究彎曲角度對V形件回彈值的影響，數(shù)值模擬技術的應用對于類似形狀模具設計的指導及修模次數(shù)的減少具有重要的企業(yè)生產(chǎn)指導意義。

關鍵詞：V形件 回彈 數(shù)值模擬 模具間隙

中圖分類號：TG385 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0099-02

回彈是板料成形中常見的缺陷，其過程因涉及幾何非線性、材料非線性及接觸非線性而變得異常復雜。在板料成形中，回彈是模具設計中需要考慮的重要因素，零件的最終形狀取決于板料成形后的回彈。當板料的回彈值超過允許的差值時，其就會成為成形缺陷，從而影響零件的幾何精度等，因而回彈一直是影響與制約模具和產(chǎn)品質量的關鍵因素。隨著汽車工業(yè)與航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對薄殼類零件成形精度的要求越來越高，回彈問題日益突出，已成為汽車和飛機等行業(yè)關注的熱點問題，因而文章對V形件的彎曲成形回彈進行研究，從而用于知道類似形狀模具的設計以及修模，進而降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)的市場競爭力。

1 V形件彎曲回彈分析

回彈是板料彎曲成形時的普遍現(xiàn)象，也是實際生產(chǎn)中不易解決的比較棘手問題。當板料卸載后，板料變形區(qū)的外側因彈性恢復而縮短，板料內側則因彈性恢復而伸長，使得彎曲件的彎曲半徑及彎曲角度與模具的尺寸不一致。圖1為板料回彈的示意圖，板料在加載彎矩M與卸載彎矩的作用下分別發(fā)生彎曲與卸載過程，板料的卸載過程即為板料的回彈過程。板料回彈性的表現(xiàn)形式通常表現(xiàn)為兩個方面。

（1）彎曲半徑的增大。

當板料卸載后，板料卸載前的半徑增加至，則彎曲半徑的增加量為：

（2）彎曲中心角的變化。

板料卸載前的彎曲中心角為，卸載后的彎曲中心角為，則彎曲中心角的變化量為：

上述兩種回彈特性的表現(xiàn)形式中，通常選取回彈角作為板料彎曲回彈量的評價指標。

2 有限元模型的建立

文章利用UG軟件將板料、凸模及凹模的三維造型保存為IGES格式導入DYNAFORM軟件中，并利用DYNAFORM有限元軟件對V形件的成形回彈過程進行模擬。模擬中，V形件的材料為SUS304，板料的厚度為1.5 mm，長度與寬度分別為150 mm及50 mm。板料設置為彈塑性體，凸模及凹模設置為剛性體，摩擦系數(shù)為0.125，模具間隙為1.0 t（t為板料的厚度），考慮到計算效率及計算精度等因素，凸模的速度設置為2 000 mm/s，并利用網(wǎng)格劃分工具將板料、凸模及凹模劃分為三角形單元及四邊形單元，最終建立的有限元模型如圖2所示。此外，在波形片回彈模擬過程中，將單元公式設置為全積分單元，積分點數(shù)設置為7，并且在零件上選擇3個約束點限制板料的移動。

3 試驗結果及分析

3.1 應力分析

圖3為板料回彈前與回彈后的應力分布圖。從圖中可以看出：板料彎曲成形的圓角處由于變形比較劇烈，其應力值較其他區(qū)域的值大。此外，板料回彈前圓角處的應力值達比回彈后圓角處的應力值大，其原因為：板料回彈后，圓弧處的殘余應力得以釋放，因而該區(qū)域的應力值下降，其為板料回彈的重要原因。

3.2 彎曲角度對回彈的影響

當相對彎曲半徑一定時，彎曲角度越大，則板料的變形區(qū)越大，板料的回彈值也越大。為了分析彎曲角度對回彈的影響，本文選擇彎曲角度分別為30°、60°、90°及120°進行板料回彈的模擬，得出的關系曲線如圖4所示。

圖4為彎曲角度與回彈值的關系曲線，從圖中可以看出：隨著彎曲角度的增加，回彈值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。分析其原因為：當彎曲半徑相同時，彎曲角度越大，則表明變形區(qū)彎曲變形的長度越大，板料積累的彈性變形總量要比彎曲角小時大，因此彎曲角度越大，板料的回彈值也越大。

4 結語

DYNAFORM作為有限元分析的一種工具被廣泛應用于板料成形的數(shù)值模擬中，它可以較好地預測板料的回彈，從而實現(xiàn)模具型面的補償及工藝參數(shù)的優(yōu)化。文章通過對V形件的回彈分析可以得到以下幾點啟示：（1）板料圓弧處殘余應力的釋放是板料回彈的重要原因。（2）隨著彎曲角度的增加，回彈值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。

參考文獻

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