板料多次彎曲成形回彈的數值模擬研究

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1、板料多次彎曲成形回彈的數值模擬研究發(fā)布：2009-11-179:38:34??來源:模具網????編輯：佚名摘要：對金屬板料多次彎曲成形回彈的數值模擬方法進行研究，分析并解決了模擬過程中出現的板料與模具的干涉和各次彎曲間模擬結果的數據傳遞等問題。通過金屬板料的二次卷圓試驗并與數值模擬結果比較．模擬結果與試驗結果基本相符。采用的有限元數值模擬方法可提高預測板料多次彎曲成形后回彈量的準確度。關鍵詞：金屬板料；多次彎曲；回彈；數值模擬1引言??金屬板料彎曲成形后的回彈是加工中不可避免的現象，回彈的產生使得工件的彎曲精度降低，為后續(xù)的裝配及其他工作帶來困難。目前對板料彎曲成形后的回彈模擬研究多集

2、中在板料只進行一次彎曲成形后的回彈模擬，對多次彎曲成形回彈的數值模擬研究較少。以下介紹對板料多次彎曲成形后的回彈進行模擬研究，分析模擬中出現的問題，并提出相應的解決措施。2板料彎曲成形后回彈的數值模擬方法研究2．1彎曲回彈數值模擬方法????通常情況下，完整的彎曲回彈數值模擬計算包括板料彎曲成形加載過程的模擬和彎曲成形后回彈過程的模擬，有限元方法也分為動力顯式算法和靜力隱式算法。在彎曲回彈模擬過程中應結合沖壓成形的特點來選擇合適的有限元算法。靜力隱式算法雖然是一種無條件穩(wěn)定的算法，但其計算過程需要構造和求解剛度矩陣，求解非線性方程組，而且每一步迭代都要進行接觸判斷nI對于板料彎曲成形這種

3、包含接觸和摩擦高度非線性的過程分析，往往會出現迭代不收斂的情況，或即使收斂，計算時間也很長。所以對于板料彎曲成形過程的模擬一般采用動力顯式算法，以避免因迭代計算和非線性引起的收斂問題。其有限元計算公式為：????對于彎曲回彈過程的模擬由于可以采用無模法。即在彎曲回彈模擬開始之前，首先將模具與彎曲件分離，然后加載與彎曲成形結束狀態(tài)接觸條件相對應的反向力學邊界條件：△f=-f(f為成形結束時相對應的節(jié)點接觸力)，并采用增量法計算，直至所有等效節(jié)點外力趨于零。與加載過程相比，在板料彎曲回彈過程非線性成分明顯減弱，同時在進行板料的彎曲回彈模擬時，靜力隱式算法更接近彎曲件回彈的本質，回彈過程的模擬

4、更適于采用靜力隱式算法，其迭代公式如下：????研究表明，與其他方法相比，將顯式和隱式有限元算法結合起來計算回彈的方法，具有計算效率高，計算相對準確的特點，是求解彎曲回彈問題中使用最多的一種手段佇。2．2多次彎曲回彈的數值模擬??與一次彎曲成形的回彈模擬過程相比，多次彎曲回彈模擬包括2次以上的彎曲成形過程，且每一次彎曲中回彈量的影響都無法忽略，因此在多次彎曲回彈模擬中需要作多次的回彈模擬，這就使得在多次彎曲模擬中采用的方法與傳統(tǒng)的有限元彎曲回彈模擬會有所不同。多次彎曲回彈模擬方法除了保留傳統(tǒng)的彎曲回彈模擬有限元方法的基本設置外，還需要根據實際情況作一些調整，而且多次彎曲成形過程也很復雜，

5、需要作一些特殊的設置。??首先。在彎曲成形模擬過程中一般采用罰函數法模擬接觸過程，對于罰函數法而言，接觸力的施加是通過板料節(jié)點對模具單元的穿透罰值來實現的。存在板料與模具的干涉問題。這一現象對于單次彎曲成形模擬一般不會出現問題，然而在多次彎曲成形的數值模擬中，由于板料變形后的厚度會發(fā)生不同程度的變化，導致前后次彎曲間的接觸條件發(fā)生改變。如果在計算接觸力時，罰因子依然不變可能在下一次彎曲成形模擬的初始階段就會產生板料與模具的干涉而導致模擬失敗。這時可以采用減小后續(xù)次彎曲板料與模具的接觸厚度，即增大模具間隙的方法來避免板料與模具的干涉。??此外在多次彎曲回彈模擬中另一個需要注意的問題是，傳統(tǒng)

6、的回彈模擬只需采用顯式一隱式的求解過程即可獲得回彈結果，而在多次彎曲回彈模擬時還要將第一次彎曲的回彈結果要作為第二次彎曲的初始條件進行顯式求解。這時由于每次彎曲回彈模擬時都要定義約束點，在進行下一步彎曲成形模擬時，約束點的自由度由于仍被限制、無法運動而造成彎曲成形模擬的失敗，因此在進行彎曲成形模擬前要對約束點的自由度進行恢復。3應用實例??板料的卷圓成形一般分2個步驟完成，第1步首先把板料加工成如圖1(a)所示的波浪形狀，第2步將第1步加工的工件作為坯料，完成板料的卷圓，如圖1(b)所示。在2步成形過程中，工件的彎曲回彈現象都很明顯，因此在板料卷圓回彈的數值計算中需要考慮多次彎曲的回彈有

7、限元模擬。????3．1第一次彎曲成形與回彈??首先采用Dynaform軟件的動力顯式算法模擬板料卷圓的第一次彎曲成形過程，圖2為第一次彎曲成形的有限元模型，在本例中本構關系采用3參數Barlat材料模型，考慮到板料卷圓的過程中會出現反向加載的情況，因此強化模型使用了隨動硬化準則，單元采用BT殼單元，同時考慮速度放大假設和慣性效應的影響，凸模沖壓速度定為1200mm/s。材料選用SUS304，板料長度L=100mm,寬W=125．6