基于回弹分析的模具型面补偿法_图文

1、江苏大学硕士学位论文基于回弹分析的模具型面补偿法姓名：付刚申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：任乃飞20100610江苏大学硕士学位论文摘要据有关统计，汽车上一的零件是采用冲压工艺生产出来的，汽车冲压件成形质量的好坏，不仅影响到整车装配、汽车外观，更影响到汽车的制造成本以及新车型的开发周期。起皱、破裂、回弹和刚性不足是薄板冲压成形中的四种主要缺陷，其中回弹最难控制。因为不同材料、不同形状冲压件的回弹规律相差很大，很难准确计算其回弹量；同时，回弹问题的存在会影响冲压件的形状尺寸精度和表面质量，当回弹量超过允许容差后就成为成形缺陷，进而影响整车装配。数值模拟技术使准确计算汽车覆盖件

2、冲压后的回弹量成为可能。本文在理论分析的基础上采用技术对于回弹进行预测，利用对于型件的弯曲回弹模拟分析，有效地预测回弹，然后基于回弹结果提出一种利用有限元数值模拟技术进行模具型面回弹补偿设计的方法。将这种方法应用在汽车覆盖件的拉延模具设计上能缩短试模周期，控制回弹，该方法对指导模具优化设计，缩短模具制造周期具有工业应用价值。本文在分析回弹补偿的基础上讨论了汽车后围拉延模具的设计。关键词：，回弹分析，模具型面补偿，数值模拟，汽车覆盖件江苏大学硕士学位论文，江苏大学硕士学位论文，：，学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交

3、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，本学位论文属于在年解密后适用本授权书。不保密学位论文作者签名：彳伽沙口年月。日指导教师签名：年月日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：俐日期：知口年

4、月江苏大学硕士学位论文第一章绪论课题背景与意义板料成形是一种重要的金属加工方式，被广泛的应用于现代工业生产领域中。它利用金属塑性变形的特性，在模具的作用下，使板料产生相应的塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成其加工过程，具有生产效率高、产品质量与稳定性好、能耗与成本低等显著特点，因而在汽车、仪表、航空航天、电子信息、轻工等工业领域中得到广泛应用。板料冲压加工过程的控制、模具的设计和制造直接影响到冲压产品的质量和精度一。由于板料成形同时包含大变形、大转动、接触碰撞、摩擦磨损等多种非线性因素耦合，使得对模具的设计和成形精度的控制非常困难，从而造成板料成形过程中

5、产生许多缺陷。起皱、拉裂和回弹是汽车覆盖件冲压成形过程中最为常见的三种缺陷，其中回弹是最难控制的。回弹是由于冲压件在成形过程中不仅存在塑性变形，还存在弹性变形，卸载后由于弹性变形的恢复而引起的，所以这三种缺陷中回弹最难以解决。回弹直接影响到冲压件的形状和尺寸精度，在冲压件的后续装配工艺中，由于相邻零件的尺寸不一致，会给装配带来困难，影响装配效率，并可能造成过大的装配残余应力，从而影响焊装件的使用可靠性。近年来由于高强度薄钢板（）和铝合金板材的大量使用，回弹问题更加突出，据估计仅仅在美国汽车行业每年由于成形回弹而造成的损失就超过五千万美元。为弥补回弹造成的成形偏差，需调整工艺或修正模具，这项工作

6、会增加制造准备时间，所以说，回弹控制是板料成形研究中极其重要的问题。为此，许多学者针对回弹问题开展了广泛而深入的研究，然而，直到目前为止，回弹的研究对象仍主要集中于相对简单的二维问题，而对三维复杂冲压件的回弹问题，主要还是通过不断地修改模具型面的形状、制定合理的成形工艺，增加冲压件有效区域材料塑性变形、并使变形均匀化来减少回弹；但是，对于高强度钢板冲压件的成形，单靠合理安排成形工艺等措施来减小冲压件回弹量是不够的，而且工艺条件上也受到很大程度的限制，需要根据冲压件的回弹变形对模具型面进行重新设计。江苏大学硕士学位论文本文利用仿真软件对形件冲压成形进行仿真，有效的预测回弹分析，从而对其它拉延件的

7、回弹控制起到一定程度的参考意义。通过以板料成形数值模拟技术为基础的模具型面补偿法，建立基于虚拟试模概念的模具型面补偿来实现对回弹的控制，使模具修正在计算机上达到量化而减小试模时间和试模成本，并由此进行汽车覆盖件模具修正，对覆盖件进行试模生产，对促进汽车制造企业的发展有非常重要的意义。回弹研究的国内外现状板料成形过程中普遍存在着回弹问题，特别在弯曲和浅拉延过程中回弹现象更为严重，对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响，有必要对其进行深入的研究和有效的控制。零件回弹后的最后形状是其整个成形历史的累积效应，而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关，所以板料成形的回弹问题非

8、常复杂。半个多世纪以来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨，这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉延成形、从理论分】析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面板料回弹理论的发展。世纪年代，、等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础，后来不断有学者对这些理论进行深化和发展。、年代，许多学者以理论为基础对板料弯曲进行了更深入的研究。这一时期研究的最主要进展是采用了强化材料模型，对弯曲过程中各参量的变化（如板厚变化等）有了更精确的描述。年代以后，弯曲及回弹理论研究向多方面发展，主要表现在：材料模型进一步精细、考虑多种受力状态（如拉伸弯曲等）和复杂加载历史（如循环加载等）。讨论了材料厚向异性

9、系数对弯曲回弹的影响情况，认为回弹量与厚向异性系数成正比。等人讨论了材料弹性模量随塑性应变变化对回弹的影响情况。拉伸弯曲（）和拉延弯曲（）是弯曲成形中较为复杂的情况。、余同希、等人对轴力较小（小于弹性极限）的拉伸弯曲及其回弹问题进行了研究，从锣等人对轴力在较大范围（达到颈缩点）的拉伸弯曲及其回弹问题进行了研究，这些研究结果揭示了拉伸江苏大学硕士学位论文变形对回弹的抑制作用。以上研究均建立在形变理论之上，未考虑加载历史的影响。事实上，在拉伸弯曲时，由于轴力和弯矩的交替作用，板料截面上一般会产生循环加载现象，此时加载历史及材料强化效应将对计算结果产生较大的影响。在众多用解析理论对弯曲过程所作的研究

10、中，觚的工作是较为全面和深入的，基本上代表了世纪年代弯曲理论研究的最新状况。基于于年提出的非二次屈服准则和增量理论，考虑三种硬化模型，即：随动强化模型、等向强化模型、正交异性强化模型，对多种复杂循环加载方式下的应力、残余应力分布及回弹情况作了详细的分析，并且比较了形变理论和增量理论对计算结果的影响。本世纪以来，对回弹的研究主要集中在对回弹计算方面的研究。目前，对回弹计算精度一般比较低，为了提高回弹计算精度，专家们提出了各种有限元模型，如基于旋转板壳单元的薄膜理论和能量法，提出种力学模型和相应的分析过程，这种模型考虑到材料的应变硬化现象，可以方便的用来计算回弹，同时也可以计算板料不等双弯曲成形后

11、的应力、应变分布；等人基于释放约束的概念，提出一种平面应力模型研究冷轧铜合金谷状件对回弹的影响，将无约束模型、传统约束模型的仿真结果和实验结果相对比，发现同传统模型相比，有了较大的进步；等人基于各向同性硬化方程、动态硬化方程、多层面模型、平面应变假设以及实验观察，提出一种增量法的硬化模型，这种模型可以广泛地应用于回弹计算；等人采用一种新的各向异性硬化模型，通过一系列拉一弯实验以研究回弹角和互反曲面曲率，模拟采用于年提出的屈服方程，模拟结果与所有测量值相吻合。回弹计算手段的发展对回弹变形做出准确计算是有效控制回弹缺陷的前提。长期以来，人们在回弹计算方面做了大量的工作，常见的研究方法有解析法、实验

12、法和数值模拟法，而其中又以有限元数值模拟技术发展最快。（）解析法回弹计算的早期研究主要是基于解析法对简单冲压件纯弯曲或拉弯成形的回弹过程进行分析，建立了一些描述和计算回弹的力学模型。从已有的研究来看，解析法比较适合求解二维简单冲压件的成形回弹问题，已建立许多力学模型、取得大量研究成果，并且在工业界得到了应用（雷诺汽车公司薄板成形部门就采用江苏大学硕士学位论文了基于半解析形式的软件来模拟板料弯曲回弹问题。然而，解析法的缺点在于其难于处理复杂三维冲压件的成形回弹问题。（）实验法人们曾大量采用实验方法，试图以经验公式弥补解析法的不足。回弹实验研究的主要目的有两个：一是为校验解析或数值计算时采用各种假

13、设后所得到结果的正确性；二是可以直接获得实际结构（或相似模型）在真实（或相似）载荷作用及工艺条件下回弹前后的实际数据，进而整理成为经验公式或图表，以供生产或设计时参考，同时可以对某种具体材料及工艺条件建立起经验模型用于回弹的工艺控制。通过系统的实验研究，现在已经基本了解各种因素影响回弹的一般趋势。在实际使用中，经验公式的局限性也显而易见，不仅受实验条件的影响，还与实验数据的处理方法、经验公式的应用条件等许多因素有关，并且一种经验公式只适用于与实验状况相当接近的生产过程。）有限元数值模拟方法随着市场对车身外观质量要求的不断提高，以及高强度钢板和铝板在车身中的广泛应用，回弹问题对覆盖件及其模具制造

14、的消极影响越来越引起工程和研究人员的极大重视。由于涉及复杂的材料属性、几何形状和边界条件，这类问题必须借助数值模拟技术，一般的解析方法对此则无能为力。板料成形的数值模拟技术始于世纪年代。多年来，在材料模型、单元类型、接触摩擦处理、非线性算法等方面都有了很大的发展。板料冲压的全过程应当包括成形和回弹两个既相互关联又相互独立的过程。从单元模型看，由于回弹仿真要考虑弯曲效应，故一般采用实体壳单元、退化壳单元和修正膜单元等】进行计算。从求解过程看，回弹问题一般采用两种求解方法：（）在成形结束时去除模具代之以接触反力，然后进行迭代计算直到接触反力为零；（）在成形结束时，让模具反向运动，直到凸模完全与板料

15、脱离为止。两种方法的计算结果区别不太大，但第二种方法计算效率较高，且适用范围较广，可对切边回弹进行计算而前者不行。世纪年代，回弹的数值模拟研究大多集中于二维弯曲成形问题。进入年代，随着三维成形数值模拟技术的不断完善，一些学者开始对三维复杂成形件进行回弹仿真研究，其中的重点和难点是对车身覆盖件回弹问题的研究。江苏大学硕士学位论文在评价用于板料成形模拟的隐式有限元程序和显式有限元程序的特点时指出，将显式、隐式有限元程序结合起来是求解回弹问题的一种有效手段。跳分别采用了公司的程序（隐式）和商用有限元软件（显式）（隐式），模拟了的形件和两个实际汽车冲压件的成形回弹过程，对比形件的回弹计算结果，和对侧壁

16、曲率半径的计算值相差很大，模拟结果表明：）现有有限元软件的回弹模拟精度还不是很高，不同软件间的差异也较大；）将显式和隐式有限元程序结合起来，非常适合于求解回弹问题。将和结合起来模拟了福特某轿车前翼子板的成形回弹过程（有限元模型包括超过个模具节点和单元、个变形板料单元），为求解大型复杂板料成形回弹问题提供了一种简便有效的方法。等人分别采用静态隐式算法和动一静态联合算法计算了轿车项成形和后加强板切边时的回弹问题。等人采用动静态联合算法计算了轿车前翼子板成形回弹问题。等人以轿车顶和轮毂为例进行了三维复杂零件的多步冲压回弹仿真计算，分析同一零件从拉延切边到翻边一系列相关步骤中的回弹问题。回弹控制方法的

17、研究以往对回弹控制问题研究得不多，实际工程中通常基于经验和反复试验来降低或消除回弹的影响。上世纪年代以来，随着拉延成形中起皱和拉裂问题逐步得到解决，回弹控制问题逐渐上升为研究的重点，另外板料冲压仿真技术的不断完善也为回弹控制研究提供了可行的基础。通过仿真可在模具的设计阶段就预测出在实际冲压成形过程中的回弹量，如回弹量在设计要求的允许范围内，那说明设计是合理的，模具可投入制造：如超出允许的范围，就应根据理论和经验提出控制回弹的措施。其中高强度钢板的材料属性及机械性能和普通钢有很大的区别，从而导致高强度板在实际应用的过程中存在很大的回弹量。冲压过程中产生的回弹类型主要有：拉延回弹、翻边回弹、整形回

18、弹以及切边回弹。为了控制回弹，工艺设计人员针对不同原因引起的回弹采用了不同的解决方法。板料冲压成形过程中回弹缺陷的控制方法主要可以分为两类，一是通过修正模具型面或模具结构使冲压件过正成形，利用回弹规律，使其卸载后的形状与期望形状相符或相近：二是制定合理的成形工艺，改变板料成形时的应力状态，或江苏大学硕士学位论文使板料发生充分塑性变形，来抑制回弹变形的发生。实际工程中两类方法结合使用，则可达到最佳的效果。工艺控制法工艺条件和回弹量的直接关系很难确定。提出通过改变成形过程中压边力的大小来减小成形件的回弹。研究了不同压边力设置对“帽形截面件成形质量的影响，指出在成形接近结束时突然增大压边力有助于提高

19、冲压件的成形精度。在近几年的研究中，提出了使用多步法成形工艺以减小冲压过程中的回弹。和研究了工艺参数对回弹的影响，利用工艺优化方法得到了最优的工艺参数，有效地减小了形件的回弹。等人研究了组合适当温度的冷却凸模和加热凹模的方法可减少回弹量。等在年提出了一个智能模具系统，利用安装在模具中的传感器来进行形弯曲回弹的控制。和用分析了几种应用在形槽弯曲工艺中减小回弹的技术，与成形结果的优化分析相结合，得出了每种工艺的最优成形参数。工艺控制法是通过控制成形过程的工艺条件来获得最小回弹的方法，但在实际生产过程中，压边力、模具圆角、摩擦状态等因素的改变空间相对较少，而实际中运用最多的还是型面补偿法。在模具设计

20、和修模之前希望能通过一定的算法获得较合理的模具型面，使回弹后的产品刚好满足产品需求，这样能大大减少修模时间和成本。所以目前研究的重点集中在型面补偿上。模具型面补偿法早期的模具回弹补偿方法主要以解析法回弹理论预测为基础，仅适用于简单零件的模具设计。提出了一种控，型压弯件回弹的经验模型，试验利用凸模的过量位移产生形件的过量弯曲借以补偿回弹。王晓林进一步对非圆弧弯曲回弹的模具补偿算法进行了研究。这些研究建立在纯理论计算或数值模拟基础之上，具有速度快、成本低的特点，取得了一定的效果。但单纯以回弹理论预测精度较差，必须辅以适当的工艺试验才能得到较为满意的结果。数值模拟迭代法效率高、费用低，但此方法的前提

21、是成形和回弹仿真精度必须首先得到保证，而这一点正是目前数值模拟的缺陷所在。所以有一些学者将仿真技术与快速模具制造结合起来实现模具的优化设计。另外一些学者则采用模具实验迭代修正方法江苏大学硕士学位论文进行模具优化设计，实现回弹的有效控制。以高强钢边撞梁零件为例，介绍了采用仿真软件实施成形和回弹仿真以及与实验结果的对比，并且提出了一个基于解析预示的自动回弹补偿方法。通过过程修改来减小回弹量，实施模具的表面几何补偿，试图直接减小回弹。对于大的回弹和扭曲问题，该文献通过考虑变形效果和回弹历史，提出了非线性方程迭代的补偿模面方法。并由此表明了补偿对减小回弹偏差是一个有效的方法。等比较系统地介绍了回弹的计

22、算机仿真和补偿的必要步骤，包括抑止回弹、补偿的代价、回弹仿真计算、基于仿真的补偿、软件中的数据转换等，并且介绍了应用专门软件处理回弹相关的形状偏差修正拉延模模面设计。国内李延平、朱东波掣建立了复杂形状板料冲压成形精度闭环控制模型，在回弹小变形及稳定工艺参数条件下将冲压过程线性化以线性闭环控制系统、空间傅立叶变换和传递函数为理论基础，建立了基于实验迭代的模具回弹补偿修正算法，拓展了解决回弹控制问题的途径和方法。聂昕等把二维截面法应用到对三，维零件回弹的预测和补偿上，离散整个三维零件为各个特征截而，通过二维截面法和有限元软件对汽车纵梁的回弹和补偿进行了预测计算，有很好的实用价值。但对于截面间的相互

23、关系及控制未进行研究，像盒形件还有一些形状更复杂的不规则零件，通过二维截面法还难以预测三维回弹，还需要更进一步的研究。本文主要研究内容本文主要研究内容如下：理论分析及回弹的数值模拟。从理论上分析了板料的弯曲回弹原理，并阐述了经典的回弹计算公式，在此基础上论述形件弯曲过程的成形特点，分析了影响回弹模拟精度的关键因素。利用软件得到型件回弹前后的弯曲半径和弯曲角，以及它的成型极限图，变薄检查图，最大、最小、平面应变图。为后面的模具回弹补偿提供数据根据模具型面补偿的原理，修正程序即型件的模具型面补偿过程。采用虚拟试模的模具型面补偿过程可以缩短试模周期，从而缩短模具的开发周期，并能通过预测回弹并加以模具

24、型面的修正以补偿回弹量在模具设计中应用数值模拟技术来分析卸载后应力的重新分布引起的回江苏大学硕士学位论文弹影响，并根据分析结果做出适当的模具型面补偿来控制产品最终回弹量，避免拉延过程中可能产生的缺陷，使制件达到其设计要求。江苏大学硕士学位论文第二章回弹的理论分析板料在常温下的弯曲总是由塑性变型和弹性变形两部分组成，所以在卸载以后，弹性变型完全消失，塑性变形将完全保留下来，使弯曲件的弯曲半径与弯曲角发生变化，这一现象称为弯曲回弹，又称回弹、回跳。由于回弹是整个成形历史的累积效应，与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等诸多因素密切相关，所以回弹问题非常复杂。弯曲回弹是弯曲成形不可避免的现象，它将直接

25、影响弯曲件的精度，必须加以控制。板料回弹的产生在板料弯曲成形过程中，当外加弯曲力矩作用在板料上时，板料的曲率发生变化，板料上曲率发生变化的区域是变形区。板料内侧金属受到纵向的压缩，内层材料向宽度方向移动，使工件的横向宽度增加。外层材料受到切向拉伸后，材料的不足由宽度、厚度方向来补充，致使宽度变窄，从而产生了弯曲带横剖面的畸变。变形区内的切向应力分布如图所示：，弋图弯曲时板料变形区内切向应力分布示意图（）弹性弯曲（）弹塑性弯曲（）纯塑性弯曲如图所示，对于窄板（）弯曲带横剖面畸变明显，但在宽板（）弯曲时，由于横向变形阻力较大，故其断面的形状变化不大，由此可知，窄板和宽板弯曲时的应力应变状态是不同的

26、。随着作用力矩的不断增大，弯曲变形的程度也随之增大，板料从弹性弯曲变形逐渐向塑性弯曲变形转化，变形过程可分为三个阶段：（）弹性变形阶段板料弯曲在过程中，需要施加弯矩，在变形初始阶段，弯矩的数值不大，江苏大学硕士学位论文在变形区内、外表面上引起的应力小于材料的初始屈服应力强度。，仅在板料内部引起弹性变形。沿板料厚度方向以应力中性层为界限划分为拉伸变形区与压缩变形区，板料中任意一点可以近似认为处于线性应力状态，如图（）所示。（）弹塑性变形阶段随着弯曲力矩的继续增大，板料的曲率不断增大，变形区内、外表面的率先发生弹性变形区域开始过渡到塑性变形状态，而后塑性变形由内、外表面再向应力中性层处扩展。沿板料

27、厚度以应力达到屈服应力强度的层次为界线划分为弹性变形区与塑性变形区，变形区内的切向应力分布如图（）所示。弹塑性变形阶段的特点是：当外力去除后，塑性变形区的材料保存残余变形而使零件成形。然而，由于弹性变形区材料的弹性恢复以及塑性变形区材料的弹性变形部分恢复，会出现较大的回弹现象。金属塑性变形总是伴有弹性变形，所以板料弯曲时，即使内外层金属全部进入塑性状态，当去除外载后，弹性变形消失，也会出现回弹。由于材料在发生塑性变形前必然有一个弹性变形的过程，这是由材料本身特性决定的，因而弯曲件的回弹是不可避免的。（）纯塑性变形阶段当材料应力达到屈服强度时，材料开始发生塑性变形，而从开始对材料加力达到屈服强度

28、以前则为弹性变形范围，不同硬化性能的材料弹性变形区大小亦不同，因而不同的材料在弯曲后的回弹值是不同的。当弯曲零件的相对弯曲半径很小时，由于变形程度很大，可以忽略板料弹性变形，近似地认为板料进入纯塑性变形阶段，塑性变形扩展到整个横截面，这时的切向应力如图（）所示。此时径向应力。，与横向应力。已不能忽略不计，如图所示。板料中任意一点均处于立体（三向）应力状态，称之为立体纯塑性弯曲。在板料弯曲时，塑性变形只发生在弯曲件的圆角附近而直边部分除了与圆角相近的“过渡部分有小量变形外，其余不发生塑性变形。在缩短的内侧和伸长的外侧之间存在着一个长度保持不变的中性层，而中性层仍处于弹性变形状态，当去除外载后，板

29、料就会产生弹性回复。弯曲时的回弹一般情况下，弯曲件都是由变形区和非变形区组成。弯曲变形区在加载过程中，其内层与外层应力与应变的方向相反。卸载时这两部分回弹变形的方向也是相反的，由此引起的弯曲件的形状和尺寸的变化十分明显，会严重影响弯曲件的尺寸精度。（）弯曲变形区的回弹为了研究和掌握回弹的各种规律，必须首先分析弯曲板料的变形区在卸载过程中应力的变化规律。板料在塑性弯矩作用下发生纯塑性弯曲时，截面上的切向应力分布如图（）所示。卸载时，假设对板料施加一个假想的弹性弯矩，其大小与塑性弯矩相等，而方向相反。这时板料所受的外力矩之和为零。弹性弯矩在截面内引起的切向应力的分布如图（）所示。塑性弯矩和假想的弹

30、性弯矩在板料截面的合成应力，即是弯曲件卸载后、自由状态下截面内的残余应力，其在变形区截面内由内层向外层按拉、压、拉、压的顺序变化。图是弹塑性弯曲卸载时板料截面内切向应力的变化。（），一分（横向）（切向）（）图立体纯塑性弯曲状态下的应力与应变外层中性层内层乓世§墨菱一胡耐一矿（）（）图纯塑性弯曲卸载过程中板料截面的切向应力变化外层￥止罗中性层一内层§菱给一（）（）图弹塑性弯曲卸载过程中板料截面的切向应力变化图（）和图（）所示的残余应力是由于弯曲过程中，变形区内各层金属纤维在切向的变形不均匀，引起的附加应力卸载后残留在截面内形成的。！一，刃图板料弯曲前后的几何形状图卸载时的应力

31、和应变关系板料经过弯曲成形后卸载过程中的回弹现象，表现为弯曲件曲率变化和弯角的变化。如图所示，、【、分别表示回弹前板料中性层的曲率半径、弯角和弯曲板料内表面的圆角半径，、分别表示卸载后板料中性层的曲率半径、弯角和弯曲板料内表面的圆角半径。这里定义，【为回弹角，仅一。卸载过程中，板料截面内的应力、应变按照图中箭头所示的方向变化，内外表面的弹性收缩应变岛、分别与内外表面所受的应力。、成正比关系。从上面的分析可以看出，由弯曲变形导致的板料截面内（沿厚度切向）应力分布的不均匀是引发零件卸载时回弹的直接原因。（）非变形区的变形与回弹不仅弯曲变形区的应力、应变状态会影响弯曲件的回弹趋势，非变形区的应形弯曲

32、力状态也会对弯曲的精度造成一定的影响。下面对生产中常见的形弯曲和形弯曲，在加载和卸载过程中坯料各部分的变形与回弹进行具体分析。江苏大学硕士学位论文尽管形弯曲外形上非常简单，但在利用形凸模压弯时，坯料相应于凸模圆角的部分与直边部分都参与变形，弯曲过程中坯料的受力点的位置以及受力点的数目都在不断地变化，这就使得变形过程和卸载过程变得十分复杂。弯曲开始时，如图（）所示，支撑在凹模肩部的坯料随着凸模的下移，支点从凹模肩部移向凹模的形斜面。进一步弯曲时，板料两端由于接触到凸模斜面而开始反向弯曲，如图（）所示。随着凸模和凹模间间隙的缩小，板料在模具间压平伸直（图（）。如果这时把工件从模具中取出，工件各部分

33、分别产生与加载变形方向相反的回弹变形，如图（）所示。靠近凸模圆角的弯曲板料变形区的回弹方向是使零件的直边向外张开，非变形区与两部分的回弹方向分别使直边向内闭合和向外张开。零件最终的形状取决于这三部分回弹值的大小。如果和两部分回弹值的和大于部分的回弹值，所得到弯曲工件最终的角度将大于模具的角度；如果和两部分回弹值的和小于部分的回弹值，所得到弯曲工件最终的角度将小于模具的角度，即产生了负回弹。当相对弯曲半径较大时，变形区的回弹值变大，因而往往使工件的角度大于模具的角度；反之，当相对弯曲半径较小时，变形区的回弹值变小，往往使工件的角度小于模具的角度。形弯曲板料变形过程如图（）所示，弯曲开始阶段，在凸

34、模的作用下坯料中间的非变形区部分首先发生弯曲变形，使毛坯的两段翘起并以凸模圆角为中心向中间翻转。当坯料的两端进入凹模时，坯料的点与凸模的侧面接触，并被反向弯曲。在弯曲的最后阶段，坯料的部分在凸模和凹模之间被反向压平，其实质是部分又被反向弯曲。虽然形弯曲的变形区主要是坯料上受凸模圆角直接作用的两个圆角区，但实际上在弯曲过程中非变形区、两部分也都不同程度地发生了弯曲变形。因此，卸载时无论变形区还是非变形区都会产生与加载方向相反的回弹变形。各部分的回弹情况如图（）所示。由图中的变形分析可知坯料变形区与非变形区的回弹方向正好相反。这部分的回弹决定了形零件最终形状。综上所述，弯曲过程受很多因素的影响，只

35、有针对不同弯曲方式的具体情况对弯曲坯料的变形区和非变形区的受力过程进行综合分析，才能有效地解决弯曲零件的回弹问题。江苏大学硕士学位论文（）蕊憋俺弧；如（）（）图形件弯曲及回弹过程图形件弯曲过程及各部分的回弹板料的回弹形式回弹有两种：一种是正回弹，指成形冲件从模具取出后曲率半径增大的回弹。另一种是负回弹，指成形冲件从模具取出后曲率半径减小的回弹。形校正弯曲时，其直边部分有校直作用。弯曲后，圆角部分产生的回弹方向与直边校直产生的回弹方向相反。如果直边校直的回弹与圆角的回弹相等，则工件不出现回弹。如果，则出现回弹。工件的弯曲角，模具的弯曲角，当时为正回弹；当时为负回弹。相对弯曲半径较小时，有可能出现

36、负回弹，如果相对弯曲半径（）的形工件进行校正弯曲时，回弹角为负值或零。影响回弹量的因素产生回弹的原因主要有三个：板厚方向应力差、塑性变形太小、纵断面的剪切应力和残余应力。对于拉延件来讲，造成零件产生不贴模回弹的主要原因是弯矩卸载。通常认为胀形的回弹是材料沿模面滑动，对零件形状的影响远远小于弯曲回弹。因此，可以认为由回弹引起的零件形状改变主要是由板料成形中板料弯曲造成的。另外，虽然拉延件的回弹不大，但由于拉延成形时变形不均匀分布很严重，成形后有较大的残余应力存在，拉延件修边后残余应力得到释放，会使零件形状改变，形状尺寸精度出现误差。江苏大学硕士学位论文影响回弹的因素有如下几点：（）材料的力学性能

37、。回弹的大小与材料的屈服强度吒成正比，与弹性模量成反比，即吒肛越大，则回弹越大。般来说，回弹变形随着板料厚度、屈服极限的增大而增大，随着弹性模量和塑性模量、硬化指数的增大而减小。厚向异性系数对回弹的影响不规律，但在双向等拉且的情况下，回弹量随的增大而减小。在材料性能不稳定时，回弹值也不稳定。（）相对弯曲半径，办当其他条件性同时，回弹随相对弯曲半径的增大而增大，这是因为，当相对弯曲半径增大时，弯曲变形程度减小，其中塑性变型和弹性变型成分均减小，但总变形中弹性变形所占比例在增加。这也是大曲率半径的制件难以弯曲成形的原因。因此，可按相对弯曲半径值来确定回弹角的大小。（）冲压件的形状冲压件的轮廓形状以

38、及法兰、侧壁、底部形状都会对回弹产生影响，总的来说，凡是有利于毛坯产生较大的塑性变形，有利于变形均匀分布的结构形状，都有利于回弹的控制。对于一些形状复杂的冲压件，由于各部分变形的相互制约作用较大，这种相互制约也会使回弹变得困难。一般形工件由于各边互相牵制而比形工件回弹要小。（）模具间隙模具状态与冲压条件。模具间隙、圆角半径、拉深筋、压边力、摩擦与润滑状况等都会对回弹产生一定的影响。减小模具间隙、增大压边力、增加摩擦力、加拉深筋都可以对回弹产生抑制。形弯曲模的凸、凹模单边间隙越大，则回弹越大；单边间隙小于料厚时，板料处于挤压状态，可能产生负回弹。（）弯曲校正力校正弯曲时，由于材料受凸、凹模的压缩

39、作用，不仅使弯曲变形区板料外侧的拉应力有所减小，而且在弯曲变形区中性层还出现外侧和内侧纵向的压缩应力，随着校正力的增加，纵向压应力向材料外表面逐步扩展，使板料的全部或大部分断面在纵向均出现压应力，于是内外层回弹方向取得了一致，可增加扩大弯曲件内部的塑性变形区，故其回弹大为减小。生产中采用加大弯曲力的校正弯曲。江苏大学硕士学位论文（）变形性质与变形分布当毛坯受到的拉力较大时，冲压件的回弹较小，毛坯在变形过程中的塑性变形量越大，回弹越小。在形状复杂部位，变形分布不均匀，在材料内部诱发剪应力，卸载后，这种残余应力会使成形件产生回弹。（）弯曲方式的影响板料的弯曲成形主要有两种变形形式：无底凹模的自由弯

40、曲、有底凹模的限制弯曲。两种方式的变形情况不同，卸载后的零件的弯曲回弹值也不同。狮常用的回弹的分析方法有两种，解析法和有限元法。（）解析法弯曲变形一般指涉及较为简单的几何形状和边界条件，所以有条件用解析法对其进行深入的研究。五十年代，等人的工作奠定了板料弯曲及回弹的理论基础。八十年代以后，考虑多种受力状态和复杂加载过程。在众多弯曲研究中，的工作是较为全面和深入的，基本奠定了九十年代弯曲解析理论研究的最新状况。基于次屈服准则和增量理论，考虑三种硬化模型即随动硬化、等向强化、正交异性强化，对多种复杂循环加载下的应力、残余应力分步及回弹情况做了详细的分析，并且比较了形变理论和增量理论对计算结果的影响

41、，其研究结果表明不同的强化模型对应力及回弹的计算结果影响较大。解析法比较适合求解简单二维冲压件的成形回弹问题。解析法的缺点在于其难于处理复杂三维冲压件的成形回弹问题。（）有限元法随着各国提高汽车节能降耗的要求以及美国、欧洲和日本等国家强化冲撞安全法规，高强度钢板被大量使用，汽车覆盖件的回弹问题成为工程和学术界研究的重点。对于覆盖件的回弹问题，由于设计复杂的几何形状和边界条件，这类问题必须借助于数值模拟技术，主要是有限元法来解决。（）改善制件结构，提高材料塑性。弯曲处压出加强筋，使弯曲件回弹比较困难，这样既能增加弯曲件尺寸的回弹的分析方法减少回弹量的措施江苏大学硕士学位论文准确性，又能提高弯曲件

42、的刚度。尽量选用弹性模数量（）大而屈服强度（吒）低的材料弯曲，以减少回弹。硬材料或冷作硬化材料必须先退火，降低其屈服点。采用加热弯曲。（）采用正确的弯曲工艺，改善变形区应力状态。采用校正弯曲。在弯曲终了，对板料施加一定的校正力，使内外层金属都被拉长，则回弹可因为相互抵消而减少。一般认为，弯曲变形区的校正压缩量为料后的时，校正效果较好。采用拉弯工艺。对大曲率半径、回弹不易消除的制件，用普通弯曲方法弯曲时，由于回弹大而很难成型，故常用拉弯法，即在制件弯曲的同时施加一轴向拉力，使材料内、外层均为拉应力，回弹互相抵消，达到了减少工件回弹的目的。其拉弯过程：毛坯放入两夹头夹紧，首先预拉已夹紧毛坯，再将预

43、拉的毛坯沿拉弯模弯曲，然后加大拉力使其成形。采用端部加压弯曲，在弯曲终了贴膜时，利用模具对板料端部施加压力，是弯曲变形内、外层均产生压应力以减少回弹。（）采用合理的模具结构根据弯曲件的回弹趋势和回弹量的大小，修正凸模或凹模工作部分的形状尺寸，使弯曲后的工件回弹量得到补偿，如：形弯曲时，根据工件可能产生的回弹角，将凸模弯曲角预先做得小些，以补偿回弹。形件弯曲时，可在凸模两侧分别做出回弹角或将模具底部做成弧形，利用底部向下的回弹来补偿弯曲件侧壁的回弹。利用橡胶或聚酯胺酯软凹模来代替金属的刚性凹模行进弯曲。这样可排除材料在非弯曲变形区的变型和回弹，并调节凹模的深度以控制回弹值。此法回弹量比金属凹模小

44、得多。把凹模做成活动式的以便与实现过正弯曲来控制回弹。江苏大学硕士学位论文回弹补偿原理（勘）图刚弹补偿原理图如图所示，假设要获得的零件形状为瓯，由于回弹变形成为墨，其回弹量为，则有；把回弹量反向加到上，得到，则有，；若：作为成形后零件形状，回弹量为咒：，其回弹形状为是，则有配，一回弹后的形状是是，而想要的形状是品，我们把二者之间偏差晶一是加到，：上，得到，墨，譬：（：）瓯：；若，作为成形后的零件形状，依次类推有：瓯，一；影。墨，（，），。综上可以得到结论：江苏大学硕士学位论文幢每一当慨，即有岛肚占，则补偿结束式中：品期望的冲压件形状；第次修正后模具形状；第次成形的回弹量；第次成形回弹后的冲压件

45、形状。其回弹补偿的流程图如图所示：图回弹补偿流程图本章小结本章通过对板料回弹的产生、形式、影响它的因素、减小回弹的措施和回弹控制原理的研究，更加的了解板料的回弹，为控制回弹奠定了基础。江苏大学硕士学位论文第三章基于的形件弯曲回弹分析经过前面的分析得知板料成型过程中的缺陷主要集中在板料的拉延过程中，但回弹量的多少及回弹的具体位置是不清楚的，所以我们采用软件对型件的回弹做仿真分析，进行回弹预测。数值模拟系统简介软件是由美国（，）公司开发的一个基于的板料成形模拟软件包，它综合了、强大的板料成形分析功能以及自身强大的流线型前后处理功能。采用软件技术公司（）开发的，作为核心求解器，作为世界上最著名的通用

46、显式动力分析程序，能够模拟各种复杂问题，尤其适合求解各种高速冲碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题。目前，主要应用于板料成形工业中模具的开发与设计，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间与试模周期，从而节省新产品的开发时间，降低成本。强大的分析功能已经成功地应用于板金冲压的数值模拟。软件的主要功能包括分析板料成形过程中的拉伸、成形、弯曲、翻边、切边等工序，也可以进行多步成形（或多工序加工）分析。通过用户已定义好的冲压工艺及模具曲面形状来预测板料的成形过程及状态，其中包括减薄、拉裂、起皱、划痕、回弹等各种问题；同时也可以对成形力、压边力、拉伸筋、模具磨损等各种工艺问题进行分析，以便为板

47、料成形工艺及模具设计提供帮助。软件的核心技术包括以下几个方面：（）动力显式积分算法；（）板壳有限元理论；（）材料本构模型和屈服失效准则（材料模型）；（）接触判断算法和网格细化自适应技术；（）多工步成形数值模拟技术；（）软件和软件之间的数据转换接口技术；（）建立有限元模型的若干方法与技巧；（）板料冲压成形模拟的一般过程。作为专业化的板金冲压成形数值模拟软件，对用户的工程背景及理论知识要求并不高，具有界面友好以及易操作性等特点。例如，在做冲压数值模拟分析时，用户只需要设定重力载荷、多工序加工、自适应网格、回弹等，即可实现所需要的功能。已在世界各大汽车、钢铁、航空公司以及众多的大江苏大学硕士学位论文

48、学和科研单位得到了广泛的应用，在我国南京汽车、上海大众汽车、上海宝钢等知名企业得到了成功的应用。本文采用软件对板料冲压成形回弹仿真进行数值模拟。冲压成形数值模拟流程板料的成形和回弹是两个既各自独立又相关联的过程，通常所说的成形过程一般不包括回弹在内，而完整的冲压成形的回弹仿真过程应包含两个过程：冲压成形（加载）过程仿真和回弹（卸载）过程仿真。前一步成形仿真计算是回弹过程模拟的基础，为回弹过程提供初始的应力、应变等数据。算法及单元类型的选择（）算法的选择在计算各种复杂板料成形问题时，采用动态显式算法效率高，稳定性好，特别适合高速大变形等问题但计算回弹时效率较低，所用计算时长往往成倍于成形计算。然

49、而，静态隐式算法在求解高速大变形成形问题时效率低，收敛性差，但求解回弹问题时效率极高，往往一步或数步迭代即可获得很好的结果，因此必须采用动静联合算法求解回弹问题，即以动力显式算法求解成形过程，然后嘲将其结果作为初始应力场导入静态隐式算法进行回弹计算（）单元类型的选择。单元类型的选择是影响成形模拟精度的主要因素之一。在进行有限元数值模拟时，单元类型的选择是首先需要考虑的问题，在板料成形有限元分析中可供选择的单元很多，要根据不同的情况选择合适的单元类型，对于板料成形模拟分析，最常用的单元为（）壳单元和（）壳单元。单元是从三维实体单元退化而来，有很高的计算精度，其缺点是计算量大。单元采用了基于随体坐标系的应力计算方法，不必计算费时的应力，有很高的计算效率。但在回弹分析中，需用单元（