回彈對(duì)v形折彎成形精度的影響

霍尼韋爾彎曲是一種柔性加工工藝。由于使用較少的模型組合，可以加工出不同規(guī)格的彎曲零件，因此在航空、汽車、家電等制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。后向彎曲是折疊形成的主要缺點(diǎn)之一。這是折疊形成加工中板料的反彈性變形。這是折疊形成加工中存在的普遍現(xiàn)象。它直接影響到折疊件的尺寸精度。卡其色t的返回是整個(gè)形成歷史的累積效應(yīng)，這與折疊材料的能源性參數(shù)、折疊形狀參數(shù)、焊接尺寸參數(shù)和潤(rùn)濕條件有關(guān)。在這些因素的共同作用下，卡其色回收率的預(yù)測(cè)精度難以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。以前的解決方案是通過重復(fù)試驗(yàn)獲得足夠的彎曲精度。這是因?yàn)橥队鞍宓某杀靖撸N植面積低。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鈑金折彎成形回彈的研究主要集中在理論模型的探索和有限元仿真模擬兩個(gè)方面.Gan和Vogener提出一種考慮回彈的折彎下模具設(shè)計(jì)方法,這是一種通用的方法,對(duì)下模具的形狀和回彈量的變化沒有限制;Papeleux和Ponthot應(yīng)用有限元的方法分析板料回彈變形,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證說明有限元的方法可以用于板料折彎回彈的預(yù)測(cè);Ling等通過有限元的方法研究壓邊折彎的回彈預(yù)測(cè);?zgurTekaslan等通過實(shí)驗(yàn)的方法研究不銹鋼V形折彎的回彈,對(duì)影響回彈的兩個(gè)因素(板料的厚度、折彎角度)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明板料的回彈隨板料的厚度和折彎角度的增大而增大;李歐卿和梁慶偉等根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則,建立了彈塑性材料線性硬化條件下板料折彎成形的回彈計(jì)算模型,并推導(dǎo)出純折彎條件下折彎的最小折彎半徑計(jì)算公式;NaderAsnafi針對(duì)一系列不用厚度的板料進(jìn)行折彎實(shí)驗(yàn),得出下模具V形開口寬度和板料厚度對(duì)板料回彈及發(fā)生折彎斷裂破壞的影響;鄭鵬和韓方方等利用Dynaform有限元分析軟件模擬汽車內(nèi)襯板的沖壓成形過程,并分析比較了各個(gè)沖壓成形參數(shù)對(duì)回彈的影響,降低了磨具成本,縮短了模具的開發(fā)周期,對(duì)模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值;S.K.Panthi、N.Ramakrishnan和M.Ahmed等對(duì)大變形、大旋轉(zhuǎn)的折彎成形問題進(jìn)行有限元分析,模擬不同參數(shù)組合情況下的成形與回彈過程,并分析材料性能參數(shù)與潤(rùn)滑條件對(duì)于回彈的影響;K.Yilamu、R.Hino和H.Hamasaki通過實(shí)驗(yàn)與有限元分析的方法研究了不銹鋼復(fù)合鋁板的成形與回彈過程,著重討論了板料的厚度與折彎角度對(duì)回彈的影響,與此同時(shí),研究了材料的包申格效應(yīng)對(duì)于折彎回彈的影響;R.Narayanasamy和P.Padmamabhan研究了潤(rùn)滑條件對(duì)于折彎成形回彈的影響,通過實(shí)驗(yàn)的方法定性地分析了有潤(rùn)滑劑和無潤(rùn)滑劑條件下板料折彎回彈的差異;Z.Q.Jiang、H.Yang和M.Zhan等對(duì)鈦合金管材折彎回彈的影響因素進(jìn)行深入研究,從折彎角度、材料的屈服極限、加工硬化系數(shù)、加工硬化指數(shù)、楊氏模量和板材壁厚等方面分析了各個(gè)因素對(duì)折彎回彈的影響;HezongLi、XianghuaiDong和YuShen等提出一種考慮塑性應(yīng)變與塑性應(yīng)變強(qiáng)化的理論模型,用于純鋁箔折彎回彈分析,對(duì)不同厚度的鋁箔進(jìn)行折彎試驗(yàn),并與理論模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了理論模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性.已有的關(guān)于鈑金折彎回彈的有限元模擬分析大部分都集中在考慮模具的幾何尺寸參數(shù)和折彎角度對(duì)于回彈的影響方面,而對(duì)于材料性能參數(shù)和潤(rùn)滑條件對(duì)于折彎回彈的影響的研究則較少.本文采用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)鈑金V形折彎與回彈過程進(jìn)行仿真計(jì)算,分析工件及模具的幾何尺寸、材料的性能參數(shù)和潤(rùn)滑條件對(duì)板料折彎回彈的影響.工件及模具的幾何尺寸參數(shù)包括工件的厚度、折彎深度、上模具的圓角半徑和下模具的開口寬度.材料的性能參數(shù)包括材料的彈性模量和加工硬化指數(shù),潤(rùn)滑條件是指模具與工件之間摩擦系數(shù).1折彎回彈過程模擬ANASYS和ABAQUS是兩種最常用的有限元分析軟件,其中,ANASYS常用于線性分析,ABAQUS更適合用于非線性分析.板料成形及回彈過程存在幾何非線性、材料非線性和接觸非線性,所以本文采用ABAQUS有限元軟件模擬板料的成形及回彈過程.折彎回彈過程的模擬一般可以采用兩種方法,即有模法與無模法.有模法是指在板料折彎成形結(jié)束后,控制上模反向運(yùn)動(dòng)直至接觸消失,這種方法的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng);無模法是指在板料折彎成形結(jié)束后,去除模具并代之以接觸反力,直至接觸反力減小到零為止.無模法的模擬計(jì)算時(shí)間要明顯少于有模法,因此本文采用無模法模擬板料的回彈過程.在模擬算法方面,本文采用顯式/隱式相結(jié)合的方法模擬板料的折彎成形及回彈過程,即采用動(dòng)力顯式算法模擬板料的成形過程,而用靜力隱式算法模擬板料的回彈過程.本文利用ABAQUS建立的有限元仿真模型如圖1所示.圖中,R為上模具端點(diǎn)的圓角半徑,w為下模具的開口寬度,t為折彎工件的厚度.2影響因素分析2.1材料因素參數(shù)對(duì)回波的影響利用有限元分析軟件對(duì)鈑金V形折彎成形及回彈過程進(jìn)行模擬仿真,分析材料性能參數(shù)彈性模量和加工硬化指數(shù)對(duì)折彎回彈的影響.2.1.1折彎回彈仿真結(jié)果設(shè)定彈性模量E分別為90、130、170、210和250GPa,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖2所示.從圖2中可以看出,回彈角度隨著彈性模量的增大而減少.當(dāng)折彎深度小于30mm時(shí),回彈隨著折彎深度的增加而增加,當(dāng)折彎深度大于30mm時(shí),隨著折彎深度繼續(xù)增大,回彈開始減小.2.1.2硬化指數(shù)對(duì)回彈的影響設(shè)定硬化指數(shù)n為0.05、0.1、0.2和0.3,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖3所示.從圖3中可以看出,折彎材料的硬化指數(shù)對(duì)回彈的影響很大,回彈隨著硬化指數(shù)的增大而減小.2.2板料厚度的影響板料的形狀尺寸參數(shù)對(duì)回彈也存在很大的影響,其中板料的厚度對(duì)于回彈的影響最為明顯.分別采用不同厚度的板料進(jìn)行折彎仿真試驗(yàn),分析其影響結(jié)果.設(shè)定板料厚度t為1.0、3.0、5.0和8.0mm,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖4所示.從圖4中可以看出,板料厚度對(duì)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.2.3模具尺寸參數(shù)對(duì)折彎回彈的影響在回彈的影響因素分析中,模具的尺寸參數(shù)是必不可少的,其中下模具開口寬度和上模具的圓角半徑對(duì)于回彈的影響較大.研究中分別采用不同的下模具開口寬度參數(shù)和上模具圓角半徑參數(shù)進(jìn)行折彎仿真試驗(yàn),并分析模具尺寸參數(shù)對(duì)折彎回彈的影響.2.3.1折彎回彈仿真結(jié)果設(shè)定下模具開口寬度w為30、50、80和100mm,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖5所示.從圖5可以看出,鈑金折彎的回彈量隨著下模具開口寬度的增大而增大.下模具開口寬度為30和50mm,折彎深度大于30mm時(shí),回彈開始減小,說明在下模具開口寬度較小的情況下,折彎深度對(duì)板料回彈的影響很敏感.在折彎壓力允許的情況下,應(yīng)該盡量選擇小的下模具開口寬度.2.3.2折彎深度的影響設(shè)定上模具圓角半徑R為1.0、2.5、5.0、10.0和20.0mm,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖6所示.從圖6中可以看出,上模具圓角半徑的差異,對(duì)回彈的影響較小,回彈隨上模具圓角半徑的增大而減小.折彎深度小于30mm時(shí),板料折彎的回彈量隨折彎深度的增大而增大,當(dāng)折彎深度大于30mm時(shí),隨著折彎深度的繼續(xù)增加,回彈量開始減小.2.4折彎深度對(duì)回彈的影響在V形折彎成形中,潤(rùn)滑條件主要指的是板料與下模具之間的壓力與摩擦力關(guān)系指標(biāo).一般情況下,壓力與摩擦力符合庫侖摩擦定律,所以衡量潤(rùn)滑條件的主要參數(shù)就是庫侖摩擦因數(shù).設(shè)定板料與下模具間的庫侖摩擦因數(shù)f分別為0.02、0.1、0.2和0.3,折彎深度分別取為15、20、25、30和35mm,仿真計(jì)算鈑金折彎的回彈量,計(jì)算結(jié)果如圖7所示.從圖7中可以看出,在折彎深度小于20mm的情況下,潤(rùn)滑條件對(duì)回彈的影響很小,當(dāng)折彎深度大于20mm時(shí),回彈隨著摩擦因數(shù)的增大而減小.折彎深度小于30mm時(shí),板料折彎的回彈量隨折彎深度的增大而增大,當(dāng)折彎深度大于30mm時(shí),隨著折彎深度的繼續(xù)增加,回彈量開始減小.3折彎回彈的影響通過有限元分析軟件ABAQUS對(duì)鈑金V形折彎成形及回彈進(jìn)行仿真分析,研究了板料的材料性能參數(shù)(彈性模量,硬化指數(shù))、板料厚度、模具尺寸(下模具開口寬度,上模具圓角半徑)和折彎件與下模具之間的潤(rùn)滑條件對(duì)折彎回彈的影響.各影響因素的分析結(jié)果如下:1)折彎件的材料性能參數(shù)對(duì)回彈的影響很大,回彈量隨著彈性模量的增大而顯著減小,回彈量隨著硬化指數(shù)的增大而逐漸減小.2)折彎件板料的厚度對(duì)回彈會(huì)產(chǎn)生顯著的影響,回彈隨板