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。

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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解决成型回弹的措施主要有以下几种：
1. 拉弯：这种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，卸载后内外层的回弹趋势相互抵消，减小了回弹。

2. 局部压缩：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。

3. 多次弯曲：将弯曲成形分成多次来进行，以消除回弹。

4. 内侧圆角钝化：从弯曲部位的内侧进行压缩，以消除回弹。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 控制模具和工艺参数：优化模具设计和工艺参数，如弯曲角、模具工作部分尺寸等，以降低回弹。

10. 材料选择：选择具有较低弹性模量和应变时效的材
料，或通过材料改性来降低回弹。

在解决成型回弹时，应根据实际情况选择合适的措施。

冲压仿真中的回弹分析及在冲压梁中的应用【摘要】回弹是板料冲压生产中产生的主要问题之一。

由于板料弹性变形的存在导致卸载后零件发生回弹，回弹的结果造成冲压件的尺寸和模具表面尺寸不符，从而影响了制造的精度，精确的计算一般冲压件的回弹量是非常困难的事，多数情况下，只能靠以往的经验，在模具设计时对将来可能产生的回弹加以补偿，但是这样的补偿往往是不准确的。

为提高冲压件的产品质量，缩短新产品开发周期，必须对回弹进行准确的预测和有效的控制。

【关键词】冲压成型；回弹；有限元模拟；模拟软件实际应用1.本项目的研究目标及意义今天，随着我国汽车工业的飞速发展，我国的模具工业也随之迅猛发展起来，笔者作为一名模具设计人员，亲身经历了模具设计手段由图板、铅笔到计算机CAD制图；由产品图到产品数模的转变。

随着冲压成形有限元仿真研究的蓬勃发展，以有限元为核心的塑性成形数值仿真技术日趋成熟，为人们认识塑性成形过程的本质规律提供了新途径，为实现塑性成形领域的虚拟制造提供了强有力的技术支持，这使得有限元仿真分析在汽车工业的应用日益受到重视。

通过成形仿真分析可以在多方面对模具企业提供强有力的支持：在设计工作的早期阶段评价模具设计、工艺补充的可行性；在试冲试模阶段进行故障分析，解决问题；在批量生产阶段用于缺陷分析，改善零件生产质量，同时可用来调整材料等级，降低成本。

有限元数值仿真技术在模具开发设计广泛应用，对传统的模具开发过程的变革产生了深远的影响。

2.板料成型及回弹模拟的基本理论2.1板材成形缺陷分析板料成形是一个具有几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等多重非线性的非常头的力学过程。

由于影响成形过程的因素很多，因此人们不能精确控制材料的流动。

成生程中会产生各种各样的缺陷，影响零件的几何精度、表面质量和力学性能。

总的来说，零件成形的主要缺陷有起皱、破裂和回弹。

起皱是压缩失稳在薄板成形中的主要表现形式。

薄板冲压成形时，为使金属产生塑性，模具对板料施加外力，在板内产生复杂的应力状态。

基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究一、板材渐进成形回弹技术概述板材渐进成形是一种通过搅拌滚柱不断加深对金属板材进行加工的方法，通过逐步进行成形，可以得到精度更高的金属构件。

然而在成形过程中，板材会受到应力的作用而发生一定的变形，其主要原因为材料的弹性变形，也称为回弹变形。

回弹变形会对成品的尺寸和形状产生影响，直接影响构件的精度和质量。

针对板材渐进成形回弹技术问题，传统的解决方法是通过试验来不断调整成形工艺参数，以减小回弹变形。

然而这种方法存在成本高、时间长、效果不稳定等问题。

相比之下，基于数值模拟的方法则能够快速、准确地进行模拟分析，并提供合理的成形参数，使得成形工艺得以优化。

1. 数值模拟方法数值模拟是利用计算机对工程问题进行虚拟实验和仿真的方法。

在板材渐进成形回弹技术研究中，可以采用有限元方法对板材进行数值模拟。

有限元方法将物体分割成有限数目的基本单元（如三角形、四边形等），通过求解基本单元的位移、应力等参数，再将其组合在一起，最终得到整体板材的变形情况。

2. 模拟参数的确定在进行数值模拟时，需要确定一系列成形工艺参数，如滚柱的深度、板材的性能参数等。

这些参数直接影响到模拟结果的准确性和可靠性。

需要通过试验数据和理论分析相结合的方式，来确定合理的成形工艺参数。

3. 模拟结果的分析数值模拟的最终目的是得到回弹变形的分布规律和变形量，从而找到减小回弹变形的有效方法。

模拟结果分析需要考虑不同参数对回弹变形的影响程度，找到影响较大的因素，并提出相应的优化措施。

1. 减少试验时间和成本传统的试验方法需要进行多次成形试验，并对不同参数进行调整，以找到合适的成形工艺参数。

这些试验需要花费大量的时间和成本。

而数值模拟方法可以通过计算机模拟，快速得到各种参数下的成形变形情况，减少了试验的时间和成本。

2. 提高成形精度数值模拟可以快速准确地得到板材的回弹变形情况，通过分析模拟结果，可以优化成形工艺参数，提高成形精度和产品质量。