鈑金V型折彎回彈分析與研究

歐陽代武，劉明學，石 偉

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

鈑金V型折彎回彈分析與研究

歐陽代武，劉明學，石 偉

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

本文對板料V型折彎回彈的幾種影響參數，包括材料性能參數、板料厚度、折彎圓角、折彎深度等進行分析與研究。通過 ANSYS 軟件分析回彈影響參數對回彈角度的影響程度，并提出了幾種減小回彈的控制措施，為鈑金折彎回彈進行前期預防提供參考依據。

ANSYS 鈑金 回彈角度

0 引言

金屬板料在折彎機上模或下模的壓力下，首先經過彈性變形，然后進入塑性變形，在塑性彎曲的開始階段，板料是自由彎曲的，隨著上模或下模對板料的施壓，板料與下模V型槽內表面逐漸靠緊，同時曲率半徑和彎曲力臂也逐漸變小，繼續施壓直到行程終止，使上下模與板材三點靠緊全接觸，此時完成一個V型彎曲。

板料回彈是板料折彎后發生的微小彈性變形，它與折彎上下模具幾何形狀，材料性能參數、折彎工藝條件等諸多因素有關，目前回彈只能通過各種方法進行控制，無法完全消除。本文利用ANSYS軟件對鈑金折彎下多種因素的影響分析，并得出結論，為鈑金加工者提供一定的參考依據。

1 回彈的影響因素

回彈的影響因素很多，鈑金材料性能參數（包括彈性模量及屈服強度）、折彎圓角半徑、折彎深度及材料厚度均對回彈有著一定的影響。

1.1 材料性能

材料的彈性模量、屈服強度等均會對回彈產生影響，本文只分析屈服強度對回彈的影響。

1.2 圓角半徑r

鈑金折彎時，圓角半徑大小對鈑金回彈影響較為顯著，圓角半徑越小，則折彎內層材料壓縮越嚴重，屈服越顯著，回彈越小。圓角半徑r越大，回彈越大，達不到設計要求。因此，應選擇合適的圓角半徑r。

1.3 折彎深度

折彎深度及折彎邊的長度，目前折彎深度主要取決于下模的V型開口尺寸，折彎深度影響折彎件的整體剛度，因此對折彎的回彈有一定的影響。

1.4 材料厚度

材料厚度對回彈有一定的影響，厚度越大，折彎回彈越小。

2 折彎模型

板料折彎及回彈過程屬于狀態非線性中的大變形接觸問題，本文采用 ANSYS有限元軟件模擬板料的成形及回彈過程。模具與板料之間的摩擦系數為0.1，模具材料彈性模量E1=220 GPa，泊松比V1=0.3；板料材料彈性模量E2=69 GPa，泊松比 V2=0.26。本文采用兩個工步進行模擬分析，工步一模擬上模向下運動進行鈑金的折彎．工步二模擬上模向上運動完成折彎過程。本文利用ANSYS建立的有限元仿真模型如圖1所示：圖中，r為上模圓角半徑，V為下模具的開口寬度，t為折彎工件的厚度。

圖1 折彎模型

3 有限元計算

可以將此問題簡化為平面應變問題，模具及板料使用 plane182單元模擬，分別用 targe169,conta172模擬目標單元和接觸單元，用兩個接觸對分別來模擬上模和板料的接觸、板料和下模的接觸。其計算結果見圖1、2。

圖2 有限元分析應變圖

3.1 材料屈服強度σs對回彈的影響

ANSYS分析中取屈服強度σs分別為200、235和275 MPa，折彎角度分別取為90、120、135和160°，回彈量計算結果如圖3所示。

從圖3中可以看出，回彈角度隨著屈服強度極限的增大而增大；隨折彎角度的增大而減小。

3.2 板料厚度對回彈的影響

板料的厚度對回彈角度的影響較為明顯，本文分別采用厚度為1、2和2.5 mm，折彎角度為90、120、135和160的板料進行折彎仿真分析，回彈量計算結果如圖4所示。

圖2 有限元分析位移圖

圖3 屈服強度對回彈的影響

圖4 板料厚度對回彈的影響

從圖4中可以看出，板料厚度對回彈的影響較大，鈑金折彎的回彈量隨板料厚度的增大而減小，隨折彎角度的增大而增大。

3.3 折彎半徑r對回彈的影響

在板料厚度一定的情況下（t=2 mm），并分別設定折彎半徑r為2、2.5和3 mm，計算鈑金折彎的回彈角度，計算結果如圖5所示。

圖5 折彎半徑對回彈的影響

從圖5中可以看出，折彎半徑對回彈角度影響也比較大，折彎半徑越小，回彈角度越小，回彈角度隨折彎角度的增大而增大。

3.4 折彎深度L對回彈的影響

同樣設定折彎深度L=10、12及15 mm，折彎角度分別取為90、120、135和160°，鈑金厚度設定為t=2.0 mm，計算回彈量結果如圖6所示：

從圖6可以看出，鈑金折彎的回彈量隨著折彎深度的增大而增大，在折彎深度為10及12時，對回彈角度影響較小，當折彎深度為15時，回彈量隨折彎角度的增大明顯增大。

4 有限元結果分析

1) 折彎件的材料性能參數對回彈的影響很大，回彈量隨著屈服強度的增大而增大；

2) 板料厚度對回彈會產生顯著的影響，回彈隨板料厚度的增大而明顯減小；

3) 鈑金折彎的回彈量隨著折彎深度的增大而增大，在能滿足加工及設計要求的前提下，折彎深度越小，折彎回彈量越小；折彎深度越大，回彈量越大，因此，應盡量減小折彎深度。

5 回彈控制措施

5.1 選擇彎曲性能好的材料

盡量選擇屈服極限小的材料作為彎曲件，可獲得較高的彎曲質量。目前可優先選擇較常用的冷軋鋼板DC01、熱軋鋼板Q235、銅板T2Y等。

5.2 選擇較小的相對彎曲半徑

折彎半徑越小，可認為板料的彎曲區已全部進入塑料狀態，因此回彈越小。目前折彎半徑優先選擇不大于鈑金材料厚度。

5.3 增加折彎次數

Z型、U型等彎曲件比V型折彎件多一道折彎，但其回彈量明顯小于V型折彎件。主要原因是Z型和U型折彎件各部分間相互牽扯多，不易回彈。若在彎曲處壓制出適宜的加強筋，則回彈量更小。因此對彎曲件進行翻邊或疊邊處理，既可以提高剛度，又能減小回彈。

[1]凌道盛, 徐興. 非線性有限元及程序[M]. 杭州: 浙江大學出版社, 2005.

[2]周寧等編著. ANSYS APDL高級工程應用實例分析與二次開發[M]. 中國水利水電出版社, 2007.

[3]李歐卿, 梁慶偉, 武殿梁. 板金彎曲成形回彈問題的理論研究[J]. 塑性工程學報, 2003, 10(1): 47-5.

Analysis and Research on Springback in Sheet Metal V-bending

Ouyang Daiwu , Liu Mingxue, Shi Wei
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

The influence parameters of the springback in sheet metal V-bending are analysed and researched in this paper, including performance parameter of material, thickness of sheet metal, bending radius and breadth of the mould. The influence degree of the parameters on the springback angle is analysed by ANASYS, and several control measures are proposed to reduce the springback, which provides reference for early prevention of the springback.

ansys; sheet metal; springback angle

TH161.5

A

1003-4862（2017）10-0046-03

2017-06-29

歐陽代武（1968-），男，鉗工技師。E-mail:21978238@qq.com