陳喜娣

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柱面件無壓邊多點(diǎn)成形中成形面的修正與回彈控制

陳喜娣

（五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

利用數(shù)值模擬技術(shù)，在回彈分析的基礎(chǔ)上，研究了不同厚度的柱面件在無壓邊多點(diǎn)成形中回彈影響的修正方法. 結(jié)果表明：目標(biāo)曲面成形件依據(jù)最后一次修正的成形面調(diào)整基本體群的形狀進(jìn)行多點(diǎn)成形，可以有效補(bǔ)償板材的回彈影響，并能實(shí)現(xiàn)板材的精確成形.

多點(diǎn)成形；柱面件；數(shù)值模擬；回彈控制

多點(diǎn)成形[1]利用一系列高度可調(diào)的基本體群自由地構(gòu)造成形曲面，使板材成形為需要的零件，具有無模、快速和柔性成形的特點(diǎn). 無壓邊多點(diǎn)成形主要以面外彎曲變形為主，其板材面內(nèi)變形力較小，通常用于變形量不大的曲面成形，但回彈對成形件最終形狀的影響比有壓邊成形的大. 由于回彈的存在，板材成形時(shí)，若嚴(yán)格按照目標(biāo)曲面調(diào)整基本體群成形面將無法得到所需零件的幾何形狀，因此必須根據(jù)回彈的分布規(guī)律，對由基本體沖頭群構(gòu)成的成形面的形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以補(bǔ)償板材在無壓邊多點(diǎn)成形過程中受到的回彈影響，得到精確的成形件. 目前，減小回彈的方法主要有兩種：一是通過減小成形后的回彈量來保證零件的精度，但此法受材料成形性能和工藝條件的限制；二是不改變回彈量，通過對模具型面的補(bǔ)償，使其在回彈后獲得預(yù)期的形狀. 補(bǔ)償法適應(yīng)性廣、成本低，但補(bǔ)償量的精確計(jì)算仍是一個(gè)難題. 針對回彈補(bǔ)償?shù)挠?jì)算問題，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作[2-7]，文獻(xiàn)[5]采用靜力隱式算法模擬了板材多點(diǎn)成形的回彈；文獻(xiàn)[6]用理論模型和有限元分析探討了影響板料回彈量的主要因素和提高回彈量預(yù)測精度的途徑；文獻(xiàn)[7]采用顯-隱式算法對無壓邊多點(diǎn)成形中典型曲面的回彈做了數(shù)值分析. 本文采用顯－隱式算法在ANSYS軟件中數(shù)值模擬柱面件的回彈，并根據(jù)回彈分析的結(jié)果，提出一種新的回彈補(bǔ)償方法，采用該方法對多點(diǎn)成形壓力機(jī)基本體群的成形面進(jìn)行補(bǔ)償，研究板材厚度不同的柱面件的回彈控制.

1 基于回彈數(shù)值計(jì)算的基本體群成形面的修正方法

1.1 基本體群成形面的修正方法

柱面是一種二維曲面，曲面形狀可由端面曲線掃描生成，故可以用端面曲線形狀表示整個(gè)曲面. 本文利用有限元數(shù)值分析的基本思想，將連續(xù)的物體離散為有限個(gè)單元，提出一種通過修正基本體群成形面以補(bǔ)償柱面件成形過程中回彈影響的新方法. 具體步驟如下：

1）采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行柱面件的多點(diǎn)成形及回彈過程的數(shù)值模擬.

圖1 基本體群成形面的修正方法

并檢查成形件是否滿足成形精度要求，若（為某一給定精度）則滿足成形精度要求，得到最終基本體群成形面；否則，基本體群成形面需要進(jìn)行再次修正，循環(huán)以上步驟，直到滿足為止，具體修正步驟如圖2所示.

圖3 基本體群和成形面的模型圖

1.2 基本體群形狀的調(diào)整

2 應(yīng)用實(shí)例

材料選08Al，彈性模量200 GPa，泊松比0.3，硬化指數(shù)0.201，硬化系數(shù)537 MPa，屈服應(yīng)力128 MPa. 板材和基本體單元模型均采用BWC殼單元，由于板材幾何形狀、約束條件等具有對稱性，故只對1/4模型進(jìn)行分析，其中板材分成4 764個(gè)單元，每個(gè)基本體分成38個(gè)單元，有限元模型如圖4所示. 根據(jù)目標(biāo)曲面直接建立基本體群成形面的不同板厚圓柱面成形件回彈后的端面輪廓線如圖5所示. ]

圖4 數(shù)值模擬的有限元模型（1/4部分）

圖5 不同板厚未修正成形面的成形件的端面輪廓線

圖6 成形面修正前后圓柱面成形件的端面輪廓線比較

表1 柱面成形件回彈修正過程的總誤差 m

3 結(jié)束語

本文研究了基于回彈數(shù)值計(jì)算的典型曲面—柱面件無壓邊多點(diǎn)成形基本體群成形面的修正方法，并將其應(yīng)用于實(shí)例說明：根據(jù)回彈數(shù)值分析結(jié)果，優(yōu)化多點(diǎn)成形技術(shù)基本體群離散曲面形狀可有效補(bǔ)償板材成形過程中回彈的影響，實(shí)現(xiàn)板材的一次精確成形，提高產(chǎn)品的成形精度；回彈補(bǔ)償量隨著板材厚度的增大而減小，當(dāng)板厚為2.0 mm時(shí)，僅需要經(jīng)過2次修正，形狀誤差即為0.013 m，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中如果條件允許，可以選用厚度稍大的板材來控制和減小回彈. 此外，多點(diǎn)成形技術(shù)具有整體模具成形不可比擬的優(yōu)勢，對實(shí)際工程應(yīng)用有一定的參考價(jià)值和意義.

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[責(zé)任編輯：孫建平]

The Modification and Rebound Control of the Multi-point Forming Cylindrical Surface

CHENXi-di

This paper, based on the results of numerical simulation of rebounds, discusses one new method to modify the elements group’s forming surface in order to compensate for the rebound effect of the cylindrical surface with different thickness in multi-point forming of sheet metal. The results show that, according to the last amendment of the shaped surface, the shape of elements group of the target surface formed in multi-point forming can be adjusted to realize the precise sheet forming while effectively compensating for the rebound effect.

multi-point forming; cylindrical surface; numerical simulation; rebound control

1006-7302（2010）03-0005-37

TG301

A

2010-03-20

陳喜娣（1978—），女，江西新余人，講師，博士研究生，主要從事金屬板材的有限元數(shù)值模擬，E-mail: yunqibuzai@yeah.net.