冲压件回弹怎么调整
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累,具有较强的均匀变形能力。
几个钢种的成形极限图的对比图见图1.2。
成形极限图能较全面的表征各类钢在各种应力状态下的成形性,从图1.2可以看出:双相钢和DP600的成形性相当,TRIP600的成形性和IF钢相当,且在深拉延和平面应变区的成形性还优于IF钢。
②回弹回弹是指冲压构件脱模后,偏离原在模具中形状的一种变形量。
高强度钢的机械性能和普通低碳钢有很大差异,钢板高强度化易引起塑性下降,成形性变差,而屈服强度的提高则引起面畸变和回弹效应,增加形状不稳定性。
典型的成形缺陷有开裂、形状不良、尺寸精度不良和卡模具等。
材料强度升高时,残余应力增大,易产生变形后弹性回复引起的形状不良和尺寸精度不良等。
这是高强度钢板成形中最为严重的问题【n。
导致由这类材料冲压而成的汽车冲压件的回弹量远大于使用普通低碳钢板的冲压件,回弹问题更加突出。
图1.3几种钢回弹对比图Fig1.3Spdngbackofdifferentsteels从图1.3可以看出,随着板料强度的提高,回弹越严重。
由于先进强度钢独特的材料性能,成形后的回弹比普通钢及传统高强度钢大。
因此回弹是先进高强度钢冲压成形工艺的设计难点。
利用有限元仿真软件,分析先进高强度钢的回弹特性,可有效指导先进高强度钢冲压成形设计。
1.4冲压回弹的分析和控制方法冲压回弹分析是回弹控制的基础,回弹分析的准确程度,决定了回弹控制的有效性。
只有准确预测回弹,才能从根本上解决回弹问题。
1.4.1冲压回弹的分析方法常用的回弹的分析方法有两种,解析方法和有限元方法。
①解析法重庆大学硕士学位论文2先进高强度钢介绍2先进高强度钢介绍2.1先进高强度钢简介根据国际上对超轻钢汽车的研究(ULSAB.AVC),把屈服强度在210-550N/ram2范围内的钢板称为高强度钢板;屈服强度大于550N/ram2的钢板称为超高强度钢板。
根据强化机理的不同又分为普通高强度钢板和先进高强度钢板。
其中,普通高强度钢板主要包括高强度IF(无『自J隙原子)钢、烘烤硬化钢、含磷(P)钢、各向同性(IS)钢、碳一锰(C.Mn)钢和高强度低合金(HsLA)钢;先进高强度钢主要包括双相(DP)钢、相交诱发塑性(踊P)钢、复相(cP)钢、贝氏体(BP)钢和马氏体(MP)钢等。
汽车冲压件回弹缺陷解决方法探讨摘要:在汽车制造过程中,冲压件的精度在整车精度方面至关重要的作用,这就要求冲压件符合性和一致性。
在实际生产中,有很多问题影响冲压件的质量,其中回弹问题就是冲压常见问题,也是比较复杂,难解决的问题。
回弹严重影响着冲压件的装配性能和使用性能,造成后序焊接困难,降低了生产效率和制约着整车品质。
冲压件回弹问题最佳的解决是在设计阶段,但是影响冲压件回弹有材料、模具、设备等很多因素,设计阶段是不能完全解决的。
很多冲压件回弹是在试制阶段发现,在试制阶段解决冲压件问题是也是经常采用的方法,本文主要探讨一下在试制阶段针对回弹缺陷的一些解决方法,一般从两个方面入手:产品设计和工艺设计,下面就从这两方面进行简述。
关键词:冲压件回弹解决方法产品设计工艺设计1.冲压件回弹缺陷的类型一般汽车冷冲压件的回弹缺陷有:正/负回弹、成型扭曲、多曲线形状扭曲、大曲线变化、棱线/面翘曲等2.影响回弹的主要因素对于冷冲压件来说,影响回弹缺陷的主要因素集中在这几个方面:冲压材料、弯曲部位R角、大弯曲率、零件形状、模具关键部位配合间隙、成型工艺等。
3.冲压件回弹缺陷解决方法主要简述一下在产品试制阶段对冲压件回弹缺陷的解决方法,分为产品设计和工艺设计:3.1产品设计方面:3.1.1更换冲压件材质、料厚材料在冲压件成型中起着至关重要的作用,钢板屈服强度越大,回弹量越大,钢板厚度越小,回弹量越大,在满足产品性能的要求下,可选择屈服强度小的钢板,或适当增加钢板料厚。
3.1.2设置防回弹筋防回弹筋是解决回弹的有效方法之一,在满足产品要求的情况下,增加防回弹筋,改变产品形状。
防回弹筋一般有三角筋和凸凹筋,可根据产品要求及回弹量的大小进行设置。
3.1.3减小弯曲部位R角弯曲部位R角对回弹的影响很大,R角越小,回弹量越小。
在满足产品要求的情况下,可通过减小R角解决回弹问题,一般冲压件弯曲部位R角应<8mm。
3.1.4冲压零件形状设计零部件形状对冲压件回弹影响很大,如一个折弯冲压件,设计成U型和设计成V型的回弹量就是显而易见的,后者可以有效的解决回弹问题。
解决板料冲压回弹的工艺措施回弹是板料成形过程中,当外载荷卸除之后,其形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反变化的现象。
回弹影响了工件的加工精度和表面质量。
解决的工艺措施为:1、校正弯曲校正弯曲力将使冲压力集中在弯曲变形区,迫使内层金属受挤压,被校正后,内外层都被伸长,卸载后挤压两区的回弹趋势相抵可以减小回弹。
2、热处理在弯曲前进行退火,降低其硬度和屈服应力可减小回弹,同时也降低了弯曲力,弯曲后再淬硬。
3、过度弯曲弯曲生产中,由于弹性恢复,板料的变形角度及半径会变大,可以采用板料变形程度超出理论变形程度的方式来减小回弹。
4、热弯采用加热弯曲,选择合适温度,材料有足够的时间软化,可以减小回弹量。
5、拉弯该方法是在板料弯曲的同时施加切向拉力,改变板料内部的应力状态和分布情况,让整个断面处于塑性拉伸变形范围内,这些卸载后,内外层的回弹趋势相互抵消,减小了回弹。
6、局部压缩局部压缩工艺是通过减薄外侧板料的厚度来增加外侧板料的长度,使内外层的回弹趋势相互抵消。
7、多次弯曲将弯曲成形分成多次来进行,以消除回弹。
8、内侧圆角钝化从弯曲部位的内侧进行压缩,以消除回弹。
当板形U形弯曲时,由于两侧对称弯曲,采用这种方法效果比较好。
9、变整体拉延成为部分弯曲成形将零件一部分采用弯曲成形后再通过拉延成形以减少回弹。
这种方法对二维形状简单的产品有效。
10、控制残余应力拉延时在工具的表面增加局部的凸包形状,在后道工序时再消除增加的形状,使材料内的残余应力平衡发生变化,以消除回弹。
11、负回弹在加工工具表面时,设法使板料产生负向回弹。
上模返回后,制件通过回弹而达到要求的形状。
12、电磁法利用电磁脉冲冲击材料表面,可以纠正由于回弹造成的形状和尺寸误差。
(紫焰)本文来源锌钢百叶窗:。
冲压件回弹补偿经验冲压件是一种常用的金属加工工艺,用于将金属板材通过模具受力而形成所需的形状。
在冲压过程中,由于金属材料的弹性,冲压件在受力后会发生一定程度的回弹。
为了保证冲压件达到设计要求的准确尺寸,需要进行回弹补偿。
回弹补偿是通过调整模具的设计和工艺参数,使冲压件在冲压过程中受到适当的强迫变形,以达到预期的尺寸和形状。
下面我将从模具设计和工艺参数两个方面介绍一些回弹补偿的经验。
1.模具设计方面:合理选择模具材料:模具材料应具备足够的强度和硬度,以减少在冲压过程中模具的变形和磨损,从而提高冲压件的精度和寿命。
考虑模具结构和强度:模具结构要合理,保证足够的刚性和稳定性,以减小变形和翘曲的可能性。
合理设置模具的引导部位和定位装置,以确保模具在冲压过程中的稳定性和重复性。
应用适当的补偿方法:常用的回弹补偿方法包括压制补偿、挤壁补偿和拉伸补偿等。
具体选择哪种方法,需要根据材料的性质、厚度和冲压件的形状而定。
2.工艺参数方面:控制冲压速度:合理控制冲压速度可以改变金属材料的应变速率,进而影响回弹程度。
一般来说,冲压速度越低,回弹越小。
但过低的冲压速度可能会引起堵塞或卡料等问题,需要根据具体情况进行调整。
模具加工精度:模具加工精度的高低对回弹补偿有很大影响。
较高的模具加工精度可减小冲压件的回弹量。
因此,在模具制造过程中要注意选择合适的数控机床和工艺,提高模具的加工精度。
控制冲压次数和冲程:多次冲压可以逐渐减小回弹量,但过多的冲压次数可能会引起模具磨损和加工效率低下。
合理控制冲压次数和冲程,以达到最佳的补偿效果。
注意辅助装置的设置:在一些特殊情况下,通过设置辅助装置,如强力顶针、强制定位装置等,可以有效控制回弹量,并提高冲压件的精度。
以上是一些关于冲压件回弹补偿的经验。
在实际应用中,还需要根据具体的冲压件和材料特性进行合理的调整和优化,以取得最佳的效果。
第41卷第10期 2007年10月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.41No.10 Oct.2007 收稿日期:2006211207作者简介:王 鹏(19802),男,河南新乡人,博士生,主要研究方向为金属塑性加工过程数值模拟及优化.董湘怀(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021*********;E 2mail :dongxh @. 文章编号:100622467(2007)1021590204U 型件冲压成形回弹过程的数值模拟及参数优化王 鹏, 董湘怀(上海交通大学国家模具CAD 工程研究中心,上海200030)摘 要:以有限元软件ABAQU S 为平台,分别运用有限元动力显式和静力隐式方法模拟U 型件成形及卸载后的弹性回复过程,分析了压边力、摩擦以及板料厚度对回弹量的影响.以控制回弹为优化目标,结合有限元数值模拟运用基于Pareto 策略的非支配排序遗传算法(NSGA 2II )对工艺参数进行了优化设计.关键词:板料成形;回弹;数值模拟;非支配排序遗传算法;参数优化中图分类号:T G 38 文献标识码:AThe Numerical Simulation of U 2channel Springbackand Optimization of Forming ParametersW A N G Peng , DO N G X i ang 2huai(National Die &Mold CAD Eng.Research Center ,Shanghai Jiaotong Univ.,Shanghai 200030,China )Abstract :U sing a commercial FE software ABAQU S ,t he forming process including springback of a U 2channel was simulated by static implicit and dynamic explicit FEM respectively.The influence of blank holder force ,f riction conditio n and sheet t hickness o n sp ringback was investigated.To minimize spring 2back ,t he p rocess parameters were optimized by Non 2dominated Sorting Genetic Algorit hm (NSGA 2II )on Pareto combining wit h FEM simulation.Key words :sheet metal forming ;springback ;numerical simulation ;non 2dominated sorting genetic algo 2rit hm (NSGA 2II );process parameters optimization 回弹是板料冲压成形中的主要缺陷之一,回弹的存在使零件尺寸精度降低,从而增加了试模、修模和校形工作量,导致生产周期的延长及生产成本的提高.这就迫切需要深入研究回弹问题,从而有效地控制回弹,发展精确成形技术.由于影响回弹的因素颇多,且影响规律复杂[1,2],很难确定优化的工艺参数以有效控制回弹.因此,致力于将数值模拟与优化方法相结合,在分析回弹影响因素的基础上进行回弹控制的优化设计具有十分重要的学术意义和实用价值.鉴于U 型件成形是板料成形的一种典型工艺,又因为回弹现象在该工艺过程中较为显著,本文以有限元软件ABAQU S 为平台,综合运用动力显式和静力隐式有限元方法对U 型件成形的加载和卸载回弹过程进行数值模拟,基于模拟结果分析压边力、摩擦和板料厚度对回弹量的影响.进而结合数值模拟运用基于Pareto 策略的非支配排序遗传算法(NSGA 2II ),以减小回弹为优化目标对工艺参数进行优化设计,得到了优化的工艺参数.1 有限元模型及数值模拟条件1.1 有限元方法对板料成形和卸载回弹过程分两步进行数值模拟.第1步板料成形过程的模拟计算是回弹过程模拟的基础,为回弹计算提供应力、应变等数据,该步计算的准确与否将直接影响回弹计算的精度.动力显式算法不需要构造和求解刚度矩阵,在求解成形过程复杂接触问题时计算效率高、稳定性好[3,4].时间t i时物体的运动方程为M¨x i=F ext i-F int i+F H i(1)式中:M为对角化质量矩阵;x为位移;F ext为外力;F int为内力;F H为沙漏力.为得到t i+1时的物体状态,运用中心差分法:x i+12= x i-12+¨x iΔti+1+Δt i2(2)x i+1=x i+Δt i+1 x i+12(3)由此可由板坯初始几何构形逐步求出新的几何构形.第2步对回弹过程进行模拟.虽然静力隐式算法在求解包含接触的强非线性问题时效率低、收敛性差,但是在处理不存在接触并且以低频率方式变形的结构动力学问题时(最典型的是回弹模拟计算),计算稳定性好,求解效率极高[5],往往经过1步或数步迭代即可完成计算.针对U型件成形的特点,零件与冲压成形模具脱离过程中,接触边界条件非线性的影响不大,采用无模法求解回弹.无模法即在成形结束时,去除模具代之以逐步减小的接触反力作用于节点,进行迭代计算,直到节点力为零.回弹位移增量的计算公式为:KΔU=ΔF(4)ΔF=F ext-F int(5)式中:K为刚度矩阵;ΔU为节点速度增量.1.2 有限元模型模拟过程中,板料采用4节点四边形单元进行离散化,模具、压边圈及工件的几何构型与参数如图1所示.将问题视为平面应变问题,为了提高有限元模型求解的效率,取对称轴右侧的一个条状区域进行有限元建模.工件的材料参数为:弹性模量E=206GPa,泊松比ν=0.3,密度ρ=7800kg/m3,屈服应力σ0= 167.0M Pa,硬化系数A=560M Pa,硬化指数n= 0.25.模具/工件之间的摩擦力由库仑摩擦模型确定,其表达式为F f=μp(6)式中:F f为摩擦力;p为接触正压力;μ为摩擦系数.图1 板料及模具(mm)Fig.1 The sheet metal and forming die(mm)1.3 回弹角定义U型件成形后有两个约90°的弯曲,以工件卸载后两个弯角超出90°的部分θ1和θ2作为回弹角以衡量回弹量的大小,回弹角愈大说明回弹量愈大,如图2所示.回弹角的计算公式为:θ1=90°-α(7)θ2=90°-α-β(8)式中:α为工件直壁部与水平方向的夹角;β为工件法兰部与水平方向的夹角.图2 回弹角定义Fig.2 Definition of the springback2 模拟结果分析2.1 压边力对回弹的影响取摩擦系数μ=0.15,板料厚度δ=0.8mm,改变压边力F进行模拟计算.由图3(a)可见,θ1始终大于θ2.在F较小时,随着F的提高,θ1显著增大, F>1kN时,随着F的增加,θ1有缓慢减小的趋势.θ2随F的增大而显著增大,增大的幅度逐渐减小,在F>2.5kN时,θ2有所减小.在板料中的弯曲应力相对较高时,由于卸载时弯曲应力的释放导致较大的回弹,但是随着压边力的增大,压边圈与板料之间的摩擦力增大,材料流入凹模愈加困难,材料的拉伸应力占据优势,回弹量将有所下降.2.2 摩擦对回弹的影响取F=1.5kN,δ=0.8mm,改变μ进行模拟计算.由图3(b)可见,θ1始终大于θ2.随μ的增大,θ11951 第10期王 鹏,等:U型件冲压成形回弹过程的数值模拟及参数优化 呈缓慢减小趋势,θ2呈缓慢增大趋势.摩擦对抑制回弹起有利的作用[6],但在凹模圆角处,较大的摩擦阻止材料流动,使得变形不能均匀地传递到板料的所有截面,从而出现应力集中,导致在卸载后的回弹量增大,当这些不利影响大于摩擦对回弹的有利影响时,就体现为随摩擦的增大回弹呈增大的趋势.2.3 板料厚度对回弹的影响取F =1.5kN ,μ=0.15,改变δ进行模拟计算.由图3(c )可见,在δ改变过程中,θ1仍始终大于θ2.随着δ的增加,θ1缓慢增加,并且有小幅的波动.θ2随δ的增加逐渐减小.δ增加会减小卸载后的回弹量[7],但是随着δ的增加,在模具的直壁部板料与模具的间隙减小,材料与模具间的摩擦力有所增大,这将抑制材料的流动,导致凸模圆角处的变形量增大,卸载后应力的释放导致回弹有增大的趋势,所以θ1随δ的变化而有所波动.图3 工艺参数对回弹角的影响Fig.3 The influence of process parameters on springback 由分析可知,各种参数的改变对回弹量的影响错综复杂,实际生产中很难精确控制工艺参数以有效减小回弹,开展以减小回弹量为目标的参数优化设计十分必要.3 优化设计3.1 优化模型以所定义的回弹角θ1和θ2最小为优化设计目标,因此优化问题属于多目标优化的范畴.建立优化目标函数为f (θ1)=min {θ1}f (θ2)=min {θ2}(9)选用对回弹量有复杂影响的F 、μ以及δ为优化设计变量.根据在工程实际中各工艺参数的调节范围,对各设计变量施加不等式约束如下:500N ≤F ≤3kN 0.1≤μ≤0.20.6mm ≤δ≤1mm (10) 特别指出,本文是以研究各参量对回弹的影响为出发点的,对板料厚度的预选取及优化设计完全从控制回弹的工艺性考虑,而没有考虑工件的承载能力等产品要求.由此,所构造的优化问题包括2个目标,3个变量,3个约束.3.2 优化方法对于多目标优化问题,常常以加权因子等方法转化为单目标优化问题进行处理,以避免复杂的多目标优化算法的应用.但却引入了新参数,不仅新参数的选择成了一个优化问题,而且只能求出与该参数有关的一个解,这与多目标优化问题的本质是相违背的.基于Pareto 策略的多目标遗传算法着眼于在多目标优化的基础上,得到均匀的Pareto 最优解集,依据不同的设计要求和意愿,从其中选择最满意的设计结果.Pareto 解是指多目标问题的1个“不坏”的解,也叫非劣解或可接受解,所有Pareto 解的集合形成Pareto 最优解集.Pareto 方法是在多目标优化的基础上,一次性获得优化问题对应的不同权重分配情况下的所有最优解集.NSGA 2II 是一种基于Pareto 最优概念的多目标遗传算法[8].首先,随机生成父代种群,根据每个非支配解的分级水平和排挤距离为其指定虚拟适应度值.进行复制、杂交、变异等遗传运算生成具有大量个体的子代种群,父代和子代混合利用精英策略构造出新的种群,并重复循环.3.2.1 适应度值计算 Pareto 遗传算法是根据点的适应度值来判断其位置的好坏.对种群按照个体的非劣性进行快速非胜出排序,这个过程持续到整个群体的次序排列完为止.除按不受支配排序外,还需计算目标空间上的每一点与同等级相邻两点之间的排挤距离.NSGA 2II 算法中,根据每个非支配解的分级水平和排挤距离为其指定虚拟适应度值.2951上 海 交 通 大 学 学 报第41卷 3.2.2 精英策略 将群体按适应度值逐一选取个体,将这些个体中适应度最高者保存到下一代群体中,直到个体总数等于种群数量.为了防止由于选择误差或交叉和变异的破坏作用而导致当前群体的最佳个体在下一代丢失,对适应度最高的个体不进行交叉和变异,而直接复制到下一代中.这样既保证了子代中的个体在解空间中较好的分散性,又使子代中的个体具有较大的适应度.3.2.3 约束条件处理 在非线性优化算法中,约束处理是一个很关键的问题.NSGA 2II 算法采用的是基于锦标赛选择的方法来处理约束.可行解根据目标函数值定的非胜出排序水平和排挤距离给定适应度值,具有较小约束违反量的解具有优先的排序,,可以方便地为个体指定适应值,不需要罚函数.运用NSGA 2II 算法选取的主要运行参数为:种群50,染色体长度6,交叉概率0.9,变异概率0.18,运行代数为8.3.3 优化结果讨论对于所建立的优化模型,以各设计变量的约束范围中点取值为优化计算前的初始迭代点,运用NSGA 2II 算法经过约6代的优化计算,即得到趋于稳定的优化目标值.优化计算过程中目标函数之间的优化关系如图4所示,可见随着优化计算过程中的参数改变,回弹角θ1和θ2有一致的减小趋势,所得的Pareto 最优解集相对集中.说明通过对参数的调整可以有效地减小回弹角θ1和θ2,从而精确控制回弹量.图4 回弹角θ1与θ2的优化关系Fig.4 The relationship of springback angle θ1and θ2 通过对优化前后工件成形终了时内部等效应力的分布比较可以看出(见图5),采用优化参数进行成形,工件的应力值较优化前总体有所减小,尤其在工件弯角处应力值均有减小,这对于减小卸载后的回弹是有利的. 优化前采用各参数的约束范围中点取值,即F =1.5kN ,μ=0.15,δ=0.8mm ,得到回弹角θ1=(a )工件单元选取及编号(b )选取单元应力值对比图5 优化前后成形终了时工件应力分布比较Fig.5 The stress distribution comparison at the end offorming before and after optimization11.89°,θ2=7.3°.优化计算得到基于Pareto 的最优解集,可根据工艺、产品、成本等不同要求和意愿从其中选取最优结果.该优化问题得到的Pareto 最优解集相对集中,即选择两个目标函数都最小的一个解为最优解.优化后采用参数分别为F =537.36N ,μ=0.11,δ=0.998mm ,得到回弹角θ1=5.49°,θ2=0.196°.优化后目标值较优化前分别减小53.8%和97.3%,总计减小70.4%,优化效果明显.4 结 语综合运用有限元显式和隐式方法分别对U 型件的加载成形和卸载回弹过程进行数值模拟,可有效地兼顾计算效率和精度.基于模拟结果通过构造回弹角衡量回弹的大小.回弹现象不可避免,U 型件的回弹量受压边力、摩擦及板料厚度等诸多因素的耦合作用,影响规律错综复杂,难于精确控制.基于Pareto 策略的多目标优化算法NSGA 2II ,适应性强,收敛性好,在结合有限元数值模拟解决板料回弹控制的优化计算问题时,收到了理想的效果.但是由于遗传算法本身具有优化步数较多的特点,另外在与有限元模拟相结合时需每步调用有限元计算,所以其求解效率受有限元模型复杂程度的影响较大.(下转第1597页)3951 第10期王 鹏,等:U 型件冲压成形回弹过程的数值模拟及参数优化 续挤压过程中随道次的增加而呈增加趋势.参考文献:[1] Lowe T C,Valiev R Z.Producing nanoscale micro2structures through severe plastic deformation[J].JOM,2000,52(4):27-28.[2] Valiev R Z,Islamgaliev R K,Alexandrov I V.Bulknanostructured materials f rom severe plastic deforma2tion[J].Progress in Materials Science,2000,45(2):103-189.[3] Ferrase S,Segal V M,Hartwig K T,et al.Micro2structure and properties of copper and aluminum alloy3003heavily worked by equal2channel angular extru2sion[J].Metallurgical and Materials T ransactions,1997,28A(4):1047-1057.[4] Mabuchi M,Iwasaki H,Yanase K,et al.Low tem2perature superplasticity in an AZ91magnesium alloyprocessed CA E[J].Scripta Materialia,1997,36(6):681-686.[5] DeLo D 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航空异型(形)冲压件回弹的原因分析及解决方法作者:黄福天刘洋来源:《信息技术时代·下旬刊》2018年第02期摘要:异型(形)的冲压成型是国防航空、航天单位生产中经常使用的加工方法,在航空、航天以及民用等领域应用也相当广泛。
此次研究是选取工作中遇到的较为典型的某个零件为例子,结合生产中同一类型的问题进行分析研究,运用所学的专业知识和实际工作中学到的实践知识,正确地解决冲压模具设计中的工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具结构设计。
首先设计待研究的零件性能和使用要求,并对零件的结构、形状、尺寸、公差和采用的原材料进行全面的冲压工艺性分析,看其是否符合冲压工艺要求。
结合板料成型时各变形区域的应力应变特点,以及零件成型后的回弹变形量,对该零件结构进行优化,使其具有良好的工艺性,并且能够利用最少的工序获得高质量的产品。
关键词:航空异型(形)件;冲压成型;回弹分析1.冲压零件回弹的原因分析钣金零件因凸模压力的作用而发生弯曲变形,同时还会发生塑性变形和弹性变形,在零件的弯曲过程结束后,塑性变形继续保持,但弹性变形会产生回复,从而使弯曲变形区域的内部因弹性回复而伸长,外部因弹性回复而缩短,进而导致了零件的弯曲半径和弯曲角度与零件的理论尺寸发生不一致,这种现象叫做弯曲回弹。
在钣金成型过程中,只要有冲压或弯曲发生,其变形回弹就不可避免,它是伴随着零件成型而发生的一种必然情况。
在钣金零件加工过程中,弯曲回弹是最普遍的缺陷,也是工艺中的一个技术难关。
弯曲回弹会严重影响零件的加工尺寸精度和形状精度,在以往就是通过反复的修模、试模,甚至是通过反复地改变模具的工作尺寸来达到零件的加工要求,造成产品的生产效率低下、成本过高。
尤其是例如本论文所研究的情形,板料冲压成形是一种常用的加工工藝方法,组合较少的模具就能够加工多种零件,目前主要是用在人们日常生活的相关领域。
钣金成形过程中主要的缺陷就是回弹,板料在卸载阶段会发生反向弹性变形,这是成形加工过程中的常态。
浅谈汽车镀金冲压件回弹的解决方法张继承长城汽车股份有限公司,河北省汽车工程技术研究中心(河北保定071000)【摘要】在汽车冲压件生产过程中,冲压制件回弹严重制约着车间的生产效率及制件精度。
叙述了冲压回弹的定义、常见回弹问题及回弹整改方案。
通过对常见问题产生回弹因素进行解析,充分识别制件回弹因素,对影响回弹点进行充分剖析,彻底解决此问题并做出相应预防。
关键词:回弹;冲压外板;方案;梁类件中图分类号:TG385.2 文献标识码:BDOI :10.12147/ki.l 671-350&2019.07.004A Brief Talk on the Solution of Springbackof Automobile Sheet Metal Stamping Parts[Abstract ] In the production process of automobile stamping parts,the springback of stampingparts seriously restricts the production efficiency of workshops and precision of parts.This paperdescribes the definition of stamping springback, common springback problems and it'srectification schemes.Through the analysis of the factors of common problems what causing thespringback .fully identify the springback factors , fully analyzed the impact of springback point ,solve this problem thoroughly and make corresponding prevention.Key words : springback; stamping outer panel; scheme; beam parts1冲压件回弹缺陷的定义和产生原因板料在常温下弯曲总是伴有弹性变形,所以在卸载以后,总变形中的弹性变形部分立即恢复,引起制 件回跳,回跳又称为回弹,如图1所示。
冲压件回弹怎么调整
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冲压成形发生塑性变形,同时也发生了弹性变形。
成形负荷卸载后,零件便会产生一定回弹。
回弹是在板料成形后,成形件从模具中取出后必定会产生的变形,会影响零件最终形状。
回弹量大小直接影响工件的几何精度,同样也是工艺中很难克服的成形缺陷。
负荷卸载后应力变化曲线
冲压件回弹的影响因素
1)材料性能不同强度的冲压件,从普通板材到高强板,不同板材有着不同的屈服强度,板材的屈服强度越高,就越容易出现回弹现象。
厚板料零件的材料一般采用热轧碳素钢板或热轧低合金高强度钢板。
与冷轧薄板料相比,热轧厚板料的表面质量差、厚度公差大、材料力学性能不稳定,并且材料的延伸率较低.
回弹前后应力变化
2)材料厚度在成形过程中,板料厚度对弯曲性能有很大影响,随着板料厚度增加,回弹现象会逐渐减少,这是因为随着板料厚度增加,参与塑性变形材料增加,进而弹性回复变形也增加,因此,回弹变小。
板料界面的切向应力
随着厚板料零件材料强度级别的不断提高,回弹所造成零件尺寸精度的问题越来越严重,模具设计和后期的工艺调试都要求对零件回弹的性质及大小有所了解,以便采取相应的对策和补救方案。
对于厚板料零件,其弯曲半径与板厚之比一般都很小,板厚方向的应力及其应力变化不容忽视.。
3)零件形状不同形状零件回弹差异很大,形状复杂的零件一般都会增加一序整形,防止成形不到位出现回弹现象,而更有一部分特殊形状零件比较容易出现回弹现象,如U 形零部件,在分析成形过程中,必须考虑回弹补偿事宜。
4)弯曲中心角弯曲中心角的值越大就表示回弹累积值越大,这样就会造成严重的回弹现象,冲压件形变的长度随着弯曲中心角的增大而增大。
5)模具间隙配合情况模具在设计时就要在相对工作部分留有一倍料厚的间隙,在间隙中容纳产品。
为实现材料更好的流动,在模具加工完毕后要对模具的局部进行研配。
尤其
是弯曲模具,工作部位的间隙越大导致的回弹也就越大,如果板料厚度的误差允许范围越大,则回弹也会越大,也会使模具的间隙不能得到很好的确定。
6)相对弯曲半径相对弯曲半径的值与回弹值成正比,所以冲压件的曲率越大则越不容易弯曲成形。
7)成形工艺成形工艺是制约其回弹值的一个重要方面,一般来说,校正弯曲的回弹效果比自由弯曲要好。
如果在同一批冲压件的生产中要达到同样的加工效果,校正弯曲比自由弯曲所需要的弯曲力要大很多,所以如果两种方式采用一样的弯曲力,则最后达到的效果也不同。
校正弯曲时所需要的校正力越大冲压件的回弹越小,矫正弯曲力会使变形区内外侧纤维都被拉长,达到成型效果。
在弯曲力卸载后,内外侧的纤维都会缩短,但是内外侧的回弹方向相反,使冲压件向外的回弹能够得到一定程度的缓解。
冲压回弹的解决措施
1)产品设计首先,材料方面,在满足产品的要求的前提下,要选择屈服度小的材料或者也可以适当的增加材料的厚度。
其次,冲压件形状的设计,冲压件的形状其回弹也有很重要的影响,形状弯曲的复杂冲压件在一次弯曲中,由于各个方向的应力情况复杂,还存在着摩擦力等其他因素,回弹消除是十分困难的,所以在产品的形状设计时,对于复杂的冲压件可以采用几个部件组合的形式,解决回弹问题。
还有可以设置防回弹筋,也能有效地解决回弹缺陷,在满足冲压件要求的前提下根据产品要求和回弹量要求增加设置防回弹筋,可以改变产品形状。
最后,也可以通过减小弯曲部
分R角的值来解决回弹缺陷。
2)工艺设计首先,模具设计预成形工序,增加预成形工序可以使一次性成形的冲压件分布在不同的工序中完成,可以在一定程度上消除成形过程中的内应力,从而解决回弹缺陷。
其次,减小凹凸模具间隙,可以将其调整在一倍料厚左右,使材料与模具的贴合度达到最大,同时对模具进行硬化处理,也可有效地减少冲压件拉毛现象,减小对模具的磨损。
还有对产品进行整形,如果产品的设计不能随意更改,就可以在最后对冲压件进行整形加工,这也是最后的办法。
最后,还有一些其他的方法解决回弹缺陷,如使用液压冲压设备,凸模设置页脚等,都可以在一定程度上解决回弹缺陷。
3)零件压边力压边力冲压成形过程是一项重要的工艺措施,通过不断优化压边力,可以调整材料流动方向,改善材料内部应力分布。
压边力增大可以使零件拉延更加充分,特别是零件侧壁与R角位置,如果成形充分,会使内外应力差减少,从而使回弹减小。
4)拉延筋拉延筋在当今工艺中应用较为广泛,合理的设置拉延的位置,能够有效地改变材料流动方向及有效分配压料面上的进料阻力,从而提高材料成形性,在容易出现回弹的零件上设置拉延筋,会使零件成形更充分,应力分布更均匀,从而回弹减小。
弯曲回弹的解决措施
1)校正弯曲校正弯曲力将使冲压力集中在弯曲变形区,迫使内层金属受挤压,被校正后,内外层都被伸长,卸载后挤压两区的回弹趋势相抵可以减小回弹。
2)热处理在弯曲前进行退火,降低其硬度和屈服应力可减小回弹,同时也降低了弯曲力,弯曲后再淬硬。
3)过度弯曲弯曲生产中,由于弹性恢复,板料的变形角度及半径会变大,可以采用板料变形程度超出理论变形程度的方式来减小回弹。
4)热弯采用加热弯曲,选择合适温度,材料有足够的时间软化,可以减小回弹量。
5)拉弯该方法是在板料弯曲的同时施加切向拉力,改变板料内部的应力状态和分布情况,让整个断面处于塑性拉伸变形范围内,这些卸载后,内外层的回弹趋势相互抵消,减小了回弹。
6)局部压缩局部压缩工艺是通过减薄外侧板料的厚度来增加外侧板料的长度,使内外层的回弹趋势相互抵消。
7)多次弯曲将弯曲成形分成多次来进行,以消除回弹。
8)内侧圆角钝化从弯曲部位的内侧进行压缩,以消除回弹。
当板形U形弯曲时,由于两侧对称弯曲,采用这种方法效果比较好。
9)变整体拉延成为部分弯曲成形将零件一部分采用弯曲成形后再通过拉延成形以减少回弹。
这种方法对二维形状简单的产品有效。
10)控制残余应力拉延时在工具的表面增加局部的凸包形状,在后道工序时再消除增加的形状,使材料内的残余应力平衡发生变化,以消除回弹。
11)负回弹在加工工具表面时,设法使板料产生负向回弹。
上模返回后,制件通过回弹而达到要求的形状。
12)电磁法利用电磁脉冲冲击材料表面,可以纠正由于回弹造成的形状和尺寸误差。
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