板料成形数值模拟中回弹问题的处理

板料多步冲压回弹的数值模拟研究作者：江苏大学陈炜王晓路高霖摘要：回弹是板料冲压成形过程中一种常见但很难解决的现象。

首先研究了板料弯曲变形中卸载回弹的原理，然后以依维柯侧壁上内板为例，采用动态和静态算法相结合的方法，在考虑每道工序板料回弹的基础上，对其进行多步冲压回弹的数值模拟，最后对模拟结果和实验结果进行比较，验证该模拟方法提高回弹计算精度的有效性，为板料冲压成形工艺的制定提供科学依据。

关键词：回弹；多步冲压；数值模拟中图分类号：TG386.41 文献标识码：A 文章编号：1 前言通常，一个完整的冲压过程要经过拉延、整形、修边、冲孔、翻边等多步工序才能完成。

在这一过程中，回弹是板料成形工艺制定中要考虑的关键因素，零件的最终形状取决于成形后的回弹量，当回弹量超过允许容差后，就成为成形缺陷，影响零件的几何精度。

特别是近几年来由于高强度薄钢板和铝合金板材的大量使用，回弹问题更为突出。

目前，板料回弹的精确预测以及如何减小回弹量、降低残余应力成为板料成形模拟中的热点问题。

从NUMISHEET’93（第二届板料成形三维数值模拟国际会议）开始，每届会议都有关于回弹预测的标准考题（BENCHMARK），在NUMISHEET’99上，专门有一个关于回弹预测和回弹误差控制的会议专题，其中文章达到10篇，约占全部会议文章的11﹪[1]；而在NUMISHEET’2002上，关于回弹预测和控制的会议专题论文达20篇之多，占到全部会议论文的21﹪以上[2]。

在实际生产中要控制和补偿回弹，提高回弹预测的精度是至关重要的[3]。

通常我们在进行板料多步冲压的回弹预测时，都忽略了板料每道工序后的卸载回弹，未将其回弹考虑到下一道工序的计算之中，然而板料的最终形状是其整个变形历史的累积效应，其变形历史等对残余应力和回弹计算都有一定影响[4]，那么因忽略了每道工序后的回弹而产生的累积误差势必影响最终的回弹预测精度。

本文在进行板料多步冲压数值模拟时以依维柯侧壁上内板为例，采用动态和静态算法相结合的方法[4]来模拟其多步冲压过程，将前一道工序的回弹计算结果作为下一道工序的输入，并通过模拟结果和实验结果的对比来验证该数值模拟过程的正确性及有效性。

基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究一、引言板材成形是现代制造业中常见的金属加工方式之一。

在板材成形过程中，由于材料性质的差异和成形过程中的应力变化，常常会产生回弹现象，影响成形件的精度和质量。

研究渐进成形回弹技术是非常重要的。

数值模拟技术是一种有效的手段，可以帮助工程师预测和分析成形过程中的各种物理现象，对于渐进成形回弹技术的研究也起着至关重要的作用。

本文将围绕基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用展开研究。

二、板材渐进成形回弹技术的基本原理1. 渐进成形渐进成形是一种经典的板材成形方法，它通过逐步改变板材形状，使得板材得到需要的几何形状。

在渐进成形过程中，板材会受到复杂的应力和应变作用，从而产生回弹现象。

2. 回弹机理回弹是板材成形过程中不可避免的现象，它主要是由于成形过程中材料的弹性变形和应力释放所引起的。

当板材在成形后释放外部应力时，材料会产生弹性恢复，使得成形后的形状发生变化，导致回弹。

渐进成形回弹技术旨在通过调整成形工艺参数和工序顺序，减少或控制板材成形后的回弹变形，从而获得满足要求的成品。

这种技术需要借助数值模拟来预测和分析成形过程中的各种物理现象，以便制定合理的成形工艺参数和工序。

1. 数值模拟方法数值模拟是一种通过计算机模拟真实物理现象的方法，可以用于预测和分析成形过程中的各种物理现象，包括应力分布、应变分布、热变形等。

常见的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法、边界元法等。

这些方法可以有效地模拟板材成形过程中的各种物理现象，为渐进成形回弹技术的研究提供必要的数据基础。

2. 渐进成形回弹数值模拟模型在板材渐进成形回弹技术的研究中，需要构建合适的数值模拟模型，用于预测和分析成形过程中的回弹变形。

这个模型需要考虑材料的本构关系、成形工艺参数、板材初形等因素，以准确地描述成形过程中的应力和应变分布，从而预测回弹变形。

3. 数值模拟与实验验证数值模拟技术的研究需要与实验验证相结合，以保证数值模拟的准确性和可靠性。

第6卷第3期1999年9月塑性工程学报JOU RNAL O F PLA ST I C IT Y EN G I N EER I N GV o l16　N o13Sep t1　1999板料成形回弹模拟Ξ(北京航空航天大学　100083)　张晓静　周贤宾摘　要　本文阐述了板料成形数值模拟中回弹问题的研究历史和发展现状,总结了回弹模拟的算法,从成形过程模拟和回弹计算两方面系统分析了影响回弹模拟准确性和收敛性的主要因素及改进方向,并进一步讨论了模具设计中回弹的补偿算法。

关键词　板料成形　回弹模拟　有限元　动态显式　静态隐式1　前　言在板料成形领域,回弹是模具设计中要考虑的关键因素,零件的最终形状取决于成形后的回弹量。

回弹现象主要表现为整体卸载回弹、切边回弹和局部卸载回弹,当回弹量超过允许容差后,就成为成形缺陷,影响零件的几何精度。

因此,回弹一直是影响、制约模具和产品质量的重要因素。

随着汽车工业和航空工业的发展,对薄板壳类零件成形精度的要求越来越高,特别是近年来由于高强度薄钢板和铝合金板材的大量使用,回弹问题更为突出,成为汽车和飞机等工业领域关注的热点问题。

目前,回弹计算功能及回弹模拟精度,已成为衡量板料成形有限元模拟软件技术水平的重要标志之一。

本文旨在总结板料成形回弹模拟计算的研究历史和发展现状,分析影响回弹模拟精度的主要因素及存在问题,希望能对板料成形有限元数值模拟技术的研究者提供一些启发,也为工艺和科研人员更好地利用现有的有限元分析软件,解决工程实际问题提供一些帮助。

2　研究历史与发展现状在过去几十年间,世界各国在回弹的预测及减小方法方面作了大量的工作,建立了一些描述和预测零件回弹的数学模型。

早期的工作主要基于解析法对一些简单零件纯弯曲或拉弯成形的回弹进行分析[1,2]。

M ai H uang和Jam es C.Gerdeen[3]总结了1994年以前板料成形回弹问题的研究状况,分析了双曲度可展曲面零件的回弹规律,并介绍了大约90篇参考文献。

板料多次弯曲成形回弹的数值模拟研究发布：2009-11-17 9:38:34 来源:模具网编辑：佚名摘要：对金属板料多次弯曲成形回弹的数值模拟方法进行研究，分析并解决了模拟过程中出现的板料与模具的干涉和各次弯曲间模拟结果的数据传递等问题。

通过金属板料的二次卷圆试验并与数值模拟结果比较．模拟结果与试验结果基本相符。

采用的有限元数值模拟方法可提高预测板料多次弯曲成形后回弹量的准确度。

关键词：金属板料；多次弯曲；回弹；数值模拟1引言金属板料弯曲成形后的回弹是加工中不可避免的现象，回弹的产生使得工件的弯曲精度降低，为后续的装配及其他工作带来困难。

目前对板料弯曲成形后的回弹模拟研究多集中在板料只进行一次弯曲成形后的回弹模拟，对多次弯曲成形回弹的数值模拟研究较少。

以下介绍对板料多次弯曲成形后的回弹进行模拟研究，分析模拟中出现的问题，并提出相应的解决措施。

2板料弯曲成形后回弹的数值模拟方法研究2．1弯曲回弹数值模拟方法通常情况下，完整的弯曲回弹数值模拟计算包括板料弯曲成形加载过程的模拟和弯曲成形后回弹过程的模拟，有限元方法也分为动力显式算法和静力隐式算法。

在弯曲回弹模拟过程中应结合冲压成形的特点来选择合适的有限元算法。

静力隐式算法虽然是一种无条件稳定的算法，但其计算过程需要构造和求解刚度矩阵，求解非线性方程组，而且每一步迭代都要进行接触判断nI对于板料弯曲成形这种包含接触和摩擦高度非线性的过程分析，往往会出现迭代不收敛的情况，或即使收敛，计算时间也很长。

所以对于板料弯曲成形过程的模拟一般采用动力显式算法，以避免因迭代计算和非线性引起的收敛问题。

其有限元计算公式为：对于弯曲回弹过程的模拟由于可以采用无模法。

即在弯曲回弹模拟开始之前，首先将模具与弯曲件分离，然后加载与弯曲成形结束状态接触条件相对应的反向力学边界条件：△f=-f(f为成形结束时相对应的节点接触力)，并采用增量法计算，直至所有等效节点外力趋于零。

与加载过程相比，在板料弯曲回弹过程非线性成分明显减弱，同时在进行板料的弯曲回弹模拟时，静力隐式算法更接近弯曲件回弹的本质，回弹过程的模拟更适于采用静力隐式算法，其迭代公式如下：研究表明，与其他方法相比，将显式和隐式有限元算法结合起来计算回弹的方法，具有计算效率高，计算相对准确的特点，是求解弯曲回弹问题中使用最多的一种手段伫。