板料多步?jīng)_壓回彈的數(shù)值模擬研究

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1、板料多步?jīng)_壓回彈的數(shù)值模擬研究

2、第1內(nèi)容加載中...1前言通常，一個完整的沖壓過程要經(jīng)過拉延、整形、修邊、沖孔、翻邊等多步工序才能完成。在這一過程中，回彈是板料成形工藝制定中要考慮的關(guān)鍵因素，零件的最終形狀取決于成形后的回彈量，當(dāng)回彈量超過允許容差后，就成為成形缺陷，影響零件的幾何精度。特別是近幾年來由于高強(qiáng)度薄鋼板和鋁合金板材的大量使用，回彈問題更為突出。目前，板料回彈的精確預(yù)測以及如何減小回彈量、降低殘余應(yīng)力成為板料成形模擬中的熱點(diǎn)問題。從NUMISHEET’93（第二屆板料成形三維數(shù)值模擬國際會議）開始，每屆會議都有關(guān)于回彈預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)考題（

3、BENCHMARK），在NUMISHEET’99上，專門有一個關(guān)于回彈預(yù)測和回彈誤差控制的會議專題，其中文章達(dá)到10篇，約占全部會議文章的11﹪；而在NUMISHEET’2002上，關(guān)于回彈預(yù)測和控制的會議專題論文達(dá)20篇之多，占到全部會議論文的21﹪以上。在實(shí)際生產(chǎn)中要控制和補(bǔ)償回彈，提高回彈預(yù)測的精度是至關(guān)重要的。通常我們在進(jìn)行板料多步?jīng)_壓的回彈預(yù)測時，都忽略了板料每道工序后的卸載回彈，未將其回彈考慮到下一道工序的計算之中，然而板料的最終形狀是其整個變形歷史的累積效應(yīng)，其變形歷史等對殘余應(yīng)力和回彈計算都有一定影響，那么因忽略了每道工序后的回彈

4、而產(chǎn)生的累積誤差勢必影響最終的回彈預(yù)測精度。本文在進(jìn)行板料多步?jīng)_壓數(shù)值模擬時以依維柯側(cè)壁上內(nèi)板為例，采用動態(tài)和靜態(tài)算法相結(jié)合的方法[4]來模擬其多步?jīng)_壓過程，將前一道工序的回彈計算結(jié)果作為下一道工序的輸入，并通過模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比來驗(yàn)證該數(shù)值模擬過程的正確性及有效性。2板料多步?jīng)_壓回彈的數(shù)值模擬研究2.1板料卸載回彈的原理研究板料在外載荷作用下發(fā)生任何一種塑性變形時，其變形都是由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)作用板料上的外載荷卸掉之后，塑性變形區(qū)的材料保存殘余變形而使零件變形。但是，由于彈性變形區(qū)材料的彈性恢復(fù)以及塑性變形區(qū)材料彈性變形部

5、分的彈性恢復(fù)，使其形狀、尺寸都發(fā)生與加載時變形方向相反的變化，這種現(xiàn)象稱之為回彈。這就是生產(chǎn)中回彈現(xiàn)象的內(nèi)因?；貜棳F(xiàn)象實(shí)際上是當(dāng)外載荷去除后，板料發(fā)生彈性恢復(fù)而引起的，這其實(shí)是卸載過程中材料的附加變形。卸載的彈性恢復(fù)是一個尋求內(nèi)部應(yīng)力自相平衡的過程，產(chǎn)生的彈形恢復(fù)應(yīng)變引起零件幾何形狀發(fā)生改變（即回彈），當(dāng)零件達(dá)到內(nèi)部應(yīng)力自相平衡時，彈性恢復(fù)過程結(jié)束，這時的剩余內(nèi)應(yīng)力即為殘余應(yīng)力。以彈塑性彎曲變形為例，彎曲變形區(qū)在外彎曲力矩作用下，于內(nèi)區(qū)產(chǎn)生切向壓縮應(yīng)力、外區(qū)產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)力，變形區(qū)斷面上的切向應(yīng)力如圖1（a）所示。同時，變形區(qū)內(nèi)﹑外兩區(qū)中的彈性變

6、形成分產(chǎn)生了與塑性變形應(yīng)力方向相反的彈性應(yīng)力，見圖1（b）。卸載后，彎曲件在彈性彎曲力矩作用下產(chǎn)生相應(yīng)的變形（即回彈）而達(dá)到新的平衡狀態(tài)。而塑性應(yīng)力與彈性應(yīng)力則形成新的應(yīng)力分布狀態(tài)，達(dá)到內(nèi)部應(yīng)力分布的新的平衡狀態(tài)，見圖1（c），此應(yīng)力狀態(tài)使彎曲件形狀處于新的穩(wěn)定狀態(tài)。圖1彈塑性彎曲卸載過程中板料界面的切向應(yīng)力Fig.1Thetangentstressintheunloadingprocessofelastic－plasticbending2.2板料多步?jīng)_壓回彈的數(shù)值模擬完整的回彈數(shù)值模擬可以分為兩步：加載成形過程模擬和卸載回彈過程模擬。前一步計算

7、是回彈過程模擬的基礎(chǔ)，為其提供應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，該步計算的準(zhǔn)確與否將直接影響回彈計算的精度。板料多步?jīng)_壓的過程實(shí)際上是一個多道工序的成形過程，前一道工序的模擬結(jié)果直接影響下一道工序的模擬精度。通常我們在模擬板料的多步?jīng)_壓過程時，都忽略了每道工序后板料的回彈，即忽略了板料在每道工序后的應(yīng)力變化，而板料的回彈計算精度又與其變形歷史密切相關(guān)，那么忽略每道工序后的回彈勢必將影響多步?jīng)_壓最終的模擬精度。多步?jīng)_壓回彈數(shù)值模擬充分考慮了每道工序后板料的卸載回彈過程，模擬時在每道工序求解結(jié)束后進(jìn)行回彈計算，然后將回彈計算的結(jié)果作為下一道工序的輸入，來進(jìn)行下道工序

8、的數(shù)值模擬。該模擬過程與實(shí)際沖壓過程是一致的，始終遵循“加載成形→卸載回彈→加載成形”這一過程，從而提高了板料多步?jīng)_壓數(shù)值模擬的精度。3依維柯側(cè)壁上內(nèi)板的多步?jīng)_壓回彈數(shù)值模擬圖2依維柯側(cè)壁上內(nèi)板Fig.2TheupperinnerpanelofIveco以下將針對依維柯側(cè)壁上內(nèi)板（如圖2），使用Dynaform軟件作為前后處理的工具，采用動態(tài)和靜態(tài)算法相結(jié)合的方法（使用LS-DYNA作為每道工序數(shù)值模擬的求解器，LS-NIKE3D作為卸載回彈計算的求解器），對其多步?jīng)_壓及其回彈過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并在剖面A和剖面B處（主要針對部位I和部位II）對模

9、擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。內(nèi)容加載中...1前言通常，一個完整的沖壓過程要經(jīng)過拉延、整形、修邊、沖孔、翻邊等多步工序才能完成。在這一過程