基于數值模擬的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象，該文利用DYNAFORM有限元軟件對V形件的成形回彈進行數值模擬，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的減少具有重要的企業生產指導意義。

關鍵詞：V形件 回彈 數值模擬 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品質量的關鍵因素。隨著汽車工業與航空工業的迅速發展，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，進而降低企業的成本，提高企業的市場競爭力。

1 V形件彎曲回彈分析

回彈是板料彎曲成形時的普遍現象，也是實際生產中不易解決的比較棘手問題。當板料卸載后，板料變形區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。板料回彈性的表現形式通常表現為兩個方面。

（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值模擬中，它可以較好地預測板料的回彈，從而實現模具型面的補償及工藝參數的優化。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，回彈值呈現逐漸增加的趨勢。

參考文獻

[1] 朱斌，尹析明，唐建新，等. Dynaform數值分析中的間隙影響及回彈分析[J].熱加工工藝，2008（3）：65-67.

[2] 黃金湘.基于Dynaform的汽車門檻內板零件回彈特性分析[J].熱加工工藝，2011（9）：176-179.

[3] 成虹.沖壓工藝與模具設計[M].北京：高等教育出版社，2006.