板料成形回弹特征及其控制技术
先进高强度钢板冲压成形回弹的预测与控制
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。
板料弯曲回弹及工艺控制
板料弯曲回弹及工艺控制板料在弯曲过程中，产生塑性变形的同时会产生弹性变形。
当工件弯曲后去除外力时，会立即发生弹性变形的恢复，结果使弯曲件的角度和弯曲半径发生变化，与模具相应形状不一致，即产生回弹。
回弹是弯曲成形过程的主要缺陷，它的存在造成零件的成形精度差，显著地增加了试、修模工作量和成形后的校正工作量，故在冲压生产中，掌握回弹规律非常重要。
如果在设计模具前，能准确掌握材料的回弹规律及回弹值大小，设计模具时可预先在模具结构及工作部分尺寸上采取措施，试冲后即使尺寸精度有所差异，其修正工作量也不会太大，这不仅可以缩短模具制造周期，而且有利于模具成本的降低及弯曲件精度的提高。
1 弯曲回弹的表现形式弯曲回弹的表现形式有下列二个方面(如图1所示)：(a) 弯曲半径增加：卸载前板料的内半径r (与凸模的半径吻合)，在卸载后增加至r0，半径的增量为△r二r0一r(b) 弯曲件角度增大：卸荷前板料的弯曲角为α(与凸模的顶角吻合)，在卸荷后增大到α0，角度增量为△α=α0一α图1 回弹导致弯曲角和弯曲半径变化2 弯曲回弹产生的原因弯曲回弹的主要原因是由于材料弹性变形所引起的。
板料弯曲时，内层受压应力，外层受拉应力。
弹塑性弯曲时，这两种应力尽管超过屈服应力，但实际上从拉应力过渡到压应力时，中间总会有一段应力小于屈服应力的弹性变形区。
由于弹性变形区的存在，弯曲卸载后工件必然产生回弹。
在相对弯曲半径较大时，弹性变形区占的比重大，回弹尤其显著。
回弹是由于在板厚方向应力或应变分布不均匀而引起的。
这种应力和应变的不均匀分布是弯曲的特点，对于只施加弯矩的弯曲方式，要有效减少回弹是困难的。
为了使回弹减小，应尽量使板厚断面内的应力和应变分布均匀，为此可采取在纵向纤维方向对板料进行拉伸或压缩的方法，也可采用在板厚方向施加强压的方法。
在沿板的长度方向单纯拉伸变形的场合，除去外力后，由于在整个板厚断面内变形的恢复是均匀的，所以不会发生形状的变化。
板材与型材弯曲回弹控制原理与方法
板材与型材弯曲回弹控制原理与方法
在机械制造和建筑行业中，板材与型材的弯曲加工是非常常见的操作。
而在弯曲完成后，材料往往会出现一定的回弹现象，导致加工精度受到影响。
因此，如何控制弯曲回弹，提高加工精度成为了重要的问题。
一、弯曲回弹原理
当一段材料被弯曲后，由于材料内部的分子结构发生了变化，使得材料内部存在的应力分布也发生了改变。
在材料恢复到原始状态之前，这些应力将继续作用于材料，导致弯曲回弹现象的发生。
二、弯曲回弹控制方法
1. 选择合适的弯曲工艺
选择合适的弯曲工艺是减少弯曲回弹的关键。
常用的弯曲工艺包括冷弯、热弯和滚弯等。
冷弯工艺的回弹最大，而热弯和滚弯工艺则可以减少回弹。
2. 适当增加弯曲角度
在弯曲时，适当增加弯曲角度可有效减少回弹。
但是过分增加弯曲角度会导致破坏材料。
3. 采用预压弯曲方法
预压弯曲方法是指在正式弯曲前先对材料进行一定的预压弯曲，以减小材料内部应力分布的差异，从而减少回弹。
但是预压弯曲方法要求对材料和弯曲机具有更高的要求。
4. 加工后热处理
通过加工后热处理，可以改变材料内部的分子结构，从而减少回弹。
但是加工后热处理时间和温度的控制需要非常精准。
三、结论
以上是板材与型材弯曲回弹控制原理与方法的介绍。
在实际生产中，需要综合考虑材料的性质、弯曲工艺的选择、弯曲角度的控制、预压弯曲和加工后热处理等因素，以减少回弹现象，提高加工精度。
板料成形回弹特征及其控制技术
板料成形回弹特征及其控制技术1 前言回弹是板材冲压成形过程的主要缺陷之一．严重影响着威形件的威形质量和尺寸精度，是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一，它不仅降低了产品质量和生产效率．还制约了自动化装配生产线的实施，是我国汽车制造工业中亟待解决的关键性问题。
从理论上说，板材冲压成形过程可以被看作是板材经过塑性变形变为想要获得的形状的过程。
然而实际上．板料尺寸．材料特性和环境条件使冲压成形过程的预测性和可重复性变得困难。
以韧性金属板材为主的冲压成形件从模具上取出后，必然产生一定量的回弹。
回弹是板材冲压成形的3种主要缺陷(起皱．破裂和回弹)中最难控制的一种，因为它涉及到对回弹量的准确预示．不同的材料和尺寸的零件其回弹规律大不相同，单凭经验和工艺过程类比是很难进行准确的回弹补偿的．这就使得一个模具设计的周期变长．因此在板材冲压成形中回弹变形是使模具设计明显变复杂的一个基本参数。
在大多数板材冲压成形中．强烈的非线性变形过程致使板料产生很大的弹性应变能．在模具与板料动态接触过程中存在于板料中的这种弹性应变能会随着接触压力的消除而自动释放掉，回弹的驱动力一般是朝着板料原始形状变形。
因此，冲压成形中的最终产品形状不但依赖于凹模形状．而且依赖于成形后存储在板料中的弹性应变能。
弹性应变能与许多诸如材料特性．接触载荷等参数有关，因此在成形过程中预测回弹变得很复杂．这也就给那些必须精确评估回弹量的设计者提出了很重要的问题。
近40年来，有许多研究人员一直在对回弹行为进行着研究．并提出了很多解决方法和计算机仿真算法．发表了大量相关论文。
就有限元仿真方法而言．在众多仿真算法模拟应用中，采用显式算法模拟成形过程．用隐式算法模拟回弹过程的方法最多；其次是冲压成形和卸载回弹过程都采用隐式算法。
而G．Y-L．等学者提出一种新算法，冲压成形和回弹过程全部采用显式算法。
U．Abdelsalam等学者还提出了采用一步成形算法模拟冲压成形过程，再用隐式算法计算卸载回弹过程．并应用该算法模拟了3个复杂冲压件的卸载回弹过程．这种算法的模拟精度虽然不高．但计算速度很快．可以为模具在设计阶段提供一个定性的参考方案。
板料成形回弹模拟及补偿技术研究现状
ｓｔｅａｍ
ｔｕｒｂｉｎｅ
ｒｏｔｏｒ
ｆｏｒｇｉｎｇ ｆｏｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｐｍｃｅｅｄｉｎｓｓ ｄｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎ—
Ｙ，Ｍ％，ｏｅｈｉ Ｒ。Ｋａｗａｉ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＩＩｉｇｈ—ａｎｄ
ｒｏｔｏｒ
ｔｅｒｒｉｔｏｒｉａｌ Ｃ叩ｆｅ唧脱Ｏｌｌ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｍ砒ｅ血１１８ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ
收藕日期：２００９－０２—１３ 作者简介：叶玉刚（１９７７一），男，讲师，从事精密机械制造技术研究
成形回弹问题鲫。 每３年一度的ＮＵＭＩＳＨＥＥＴ会议。不仅每届都
有回弹方面的考题。而且考题数以及论文发表数量 也逐年增加。ＮＵＭＩＳＨＥＥＴ’９９回弹考题为１个。回 弹论文比例为１１％；ＮＵＭＩｓＨＥＥＴ’２００２回弹考题为 ２个，回弹论文比例为１６％；而ＮＵＭｌＳＨＥＥＴ’２００５
弹控制，将在线识别的冲头行程一冲压力曲线参数
作为人工神经网络的输入，以此来识别材料参数和 工艺参数，输出控制压边力以减小回弹。ｗｕ和
量：啪ｆｉｌｌｉ妒．１等人研究了回弹量的模具补偿方法。其基
本思想是基于有限元仿真，通过迭代算法对模具形 状进行不断修正，使得最后成形的零件在回弹后恰 好满足设计形状要求。如果冲压成形和回弹模拟精 度能够得到保证。这些回弹控制方法都能取得较满 意的结果。 国内外学者在数值模拟技术的材料模型、求解 算法、求解过程、单元技术等方面进行了大量的研 究，也取得了一定的进展叫．。．１１．１２一。 ３．１材料模型方面的研究。
Ｐａｐｅｒ－
拟，不仅接触摩擦最为严重，而且非线性问题最为突
出。单元的优劣及尺寸的影响、接触算法及摩擦模型 的科学性、本构方程及硬化规律的合理性、有限元算
板材成形的回弹预测和控制的研究
１引 言
板材 冲压 成 形过 程是 一 个包 含 材料 的大变 形 、 大转 移 、接 触碰 撞 、摩 擦 磨 损 等 多种 非 线 性 因素 耦 合 的过 程 ．因此 其 模 具 的 设计 和成 形 精 度 的控 制 非 常 困难 ．从 而造 成 板 材 成形 过 程 中容 易 产 生 起 皱 、破 裂 和 回 弹等 缺 陷 。经 过 长期 的工 程 实 践 和不 断 地 研 究 ．针 对 起 皱 和 破 裂 问题 已经 有 了许 多有 效 的分 析方 法 和 控 制措 施 。然 而 ．复 杂 形 状 冲压件 的回弹 问题 一直 没有 获得 很好 的解 决 办法 。 回 弹是 冷 冲 压 成 形过 程 中不 可 避 免 的物 理 现
回弹 预 测 及 控 制 方 面 也 连续 进 行 了有 益 的 研 究 ，
几 何 形 状 、摩 擦 接 触 等众 多 因 素密 切 相 关 ，所 以 板 材 成 形 的 回 弹 问题 非 常复 杂 ，它 不 能 简 单 地 理 解 为 弹 性 卸 载 过 程 。可 能还 伴 有 局 部 加 载 过 程 ，
件 回弹误差 。
在 近几 年 的研究 中 ，Ａ ｒｓ 出了使用 多步 法 ｙｅ 提
成 形 工 艺 以减 小 冲 压 过程 中 的 回 弹 ［ 。Ｃ ｏ ８ ｈ ｕ和 ］
Ｈｕ ｇ 析 了几种 在 Ｕ形 弯 曲工艺 中减 小 回弹 的技 ｎ分
术 ，与 成形 结 果 的优 化 分 析相 结 合 ，得 出 了每 种 工艺 的最优 成形参 数 ［。 ９ ］ ３２模具 型面 补偿 法 ．
解决成型回弹的措施
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。
板材成型回弹
板材冲压成形模拟回弹预示刘军华 柳玉起 胡 平 李运兴（吉林工业大学力学系 130025）摘要 基于弹塑性大变形有限元数值方法，在自行开发研究的汽车覆盖件板材成形分析软件基础上研究了板材冲压成形后脱模卸载和切边后的回弹现象，给出预示它们回弹量大小的数值方法。
研究了典型的U 型件拉深弯曲回弹，与实验结果进行了比较。
然后又预示了卫星天线反射面拉深成形的脱模卸载回弹量和切边后的回弹量，并与实际冲压件进行了回弹量比较，两种回弹都得到了较满意的结果。
回弹严重影响汽车覆盖件的成形质量和尺寸精度，也是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一，它的精确预示是实际工程技术人员非常关心的问题。
回弹包括冲压件的脱模回弹和切边后回弹两方面，根据实际冲压件结构和实际工艺的不同，两种回弹都可能产生很大的作用，所以在有限元数值模拟时，两种回弹必须都能有效预示。
它是计算固体力学与金属塑性加工学科相互交叉的前沿性研究课题。
由于大型冲压件形状复杂，难于事先预示其成形性和成形后的产品质量，致使模具调试时间长，加工质量低，制模成本高，严重制约了我国模具及汽车工业的自主发展，尚失了国内国际市场的竞争力。
因此，板材成形回弹问题的研究不仅具有重要的理论价值，而且具有十分广阔的应用前景和重大的经济效益。
1 有限元基本理论及回弹处理方法1.1 单元模型采用DKT 平板单元[1]和薄膜三角形单元的组合[2]来模拟空间大变形大应变板材冲压成形问题。
在局部随体正交坐标系z x ox 21下，即z 轴垂直于单元平面，1x 轴通过单元1，2结点，2x 轴由1x 轴和z 轴按右手规则确定。
在z x ox 21坐标系下考虑Kirchhoff 直法线假设，单元内任意点()z x p i , ()2,1=i 的速度可假定为()()()()()i i i j i j i j x w z x w x z x u z x u &&&&&=+=,,β )2,1,(=j i （1）式中，i u &和w &分别表示p 点在中面上相对应点()0,i x 沿i x 和z 方向的速度；iβ&表示单元法线转角速度。
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中很 难 有效 克 服 的 成形 缺 陷 之 一 ． 接 触压 力 的消 除 而 自动 释 放 掉 ．回 模拟精度虽然不高 ．但计算速度很
它 不 仅 降 低 了产 品 质 量 和 生 产 效 弹 的 驱动 力 一 般 是朝 着 板 料 原 始形 快 ．可 以为 模 具在 设 计 阶段 提 供 一 率 ．还 制约 了 自动 化装 配 生产 线 的 状 变形 。 因此 ．冲压 成 形 中的最 终 个 定 性 的参考 方案 。Ｔ Ｃ． ｕ 学 ． Ｈｓ 等 实 施 ．是 我 国 汽 车 制造 工 业 中亟 待 产 品形 状 不 但依 赖 于 凹模 形状 ．而 者采 用隐式Ｔ （ｏａ Ｌ ｇａ ｇａ Ｌ Ｔ ｔｌ ａ ｒ ｎ ｉｎ）
回弹 是 板 材 冲压 成 形 过 程 的 主 致使 板 料 产 生 很 大 的弹 性 应 变 能
要 缺 陷 之一 ．严 重 影 响着 成 形 件 的 在 模 具 与板 料 动 态 接触 过 程 中存 在 程 ．并应 用该 算法模 拟 了３ 复 杂冲 个
成 形 质量 和 尺 寸精 度 ．是 实 际工 艺 于板 料 中 的这 种 弹 性应 变 能 会 随 着 压件 的卸 载 回 弹过 程 ，这种 算 法 的
解决 的关键性问题 。
且 依 赖 于 成 形后 存 储 在 板 料 中 的弹 算法 ．引入 Ｈｉ－ 次 方屈 服 函数模拟 ｌ ｌ
从 理 论 上 说 ．板材 冲压 成 形 过 性应 变能 。 弹 性应 变能 与 许 多诸 如 了轴 对 称 问题 的冲 压成 形和 回 弹过 程 可 以被 看 作是 板 材 经 过 塑 性变 形 材 料 特 性 、 接触 载 荷 等 参 数有 关 ． 程 。Ｍ．Ｋ ｗｋ 等 学者采 用静 态显式 ａ ａ
２０年 ６ ０８ 第 期
汽车Ｔ艺与材料 Ａ 【 ｌ ５ ＴＭ ８ １
维普资讯
．
生
产 瓒 馕。
小 的范 围 内 ；二是 如果 实在 回弹量
很 大且 难 以控 制 （ 如轻 量 化 的高 强
钢 板成 形 回弹 问题 ） ，就 必须 借 助 于 计 算 机 仿 真 和 试 验 相 结 合 的 办
■ 富奥威泰 克底 盘部件 （ 春 ）有 限公司 李 长
■ 西 安交通大 学航空航天 学院 ■ ■ 胡佳 楠 张 向奎
光
吉林大学汽 车动态模拟 国家重点 实验室 大连理工大 学汽车工程 学院 胡 平
１ 前言
的 一个 基 本 参 数 。在 大多 数 板 材 冲 法 。Ｕ． ｂ ｅｓ ｌｍ等学者 还提 出了 Ａ ｄ ｌａａ 压 成 形 中 ．强 烈 的 非线 性 变形 过 程 采 用 一步 成 形 算 法模 拟 冲压 成 形 过 程 ．再 用 隐 式 算 法计 算 卸载 回弹 过
一
弹和 切 边 回弹 过 程 ．并 与试 验 结果
近 ４０ 来 ．有 许 多 研 究 人 员 进行 了比较 。 年 直 在 对 回 弹行 为进 行 着研 究 ．并
以 上 这 些对 于 回弹 的研 究只 限
是板材 冲压成 形 的３ 主要缺 陷 （ 种 起 提 出 了很 多解 决 方 法 和计 算 机 仿 真 于 理论 方 面 ．其 与 实际 试验 的对 比 皱 破 裂 和 回弹 ） 中最难 控 制 的 一 算 法 ，发表 了大 量 相 关论 文 。就 有 验 证 还鲜 有涉 及 。对 于 如 何 补偿 所 种 ，因 为 它 涉及 到 对 回弹 量 的 准 确 限 元 仿真 方 法 而 言 ．在 众 多仿 真 算 产 生 的 回弹 及 所 谓 的 回弹 控 制在 试 预 示 ．不 同 的材 料 和 尺寸 的零 件 其 法 模 拟应 用 中 ，采 用 显式 算 法 模拟 验 方面 的验 证 尤 其对 于 新 型 的高 强 回弹 规 律大 不 相 同 ．单 凭 经 验 和 工 成 形 过程 ．用 隐 式 算 法模 拟 回 弹过 度材料研究甚少。本文将从这方面 艺 过 程 类 比是 很难 进行 准 确 的 回 弹 程 的方 法 最 多 ；其次 是 冲 压 成 形和 着手进行 回弹控制 的研 究。 补偿 的 ．这 就 使 得 一个 模 具 设 计 的 卸 载 回弹 过 程 都 采 用 隐式 算 法 。 而
变为想 要 获 得 的形 状 的过 程 。然 而 因此 在 成 形 过 程 中预 测 回 弹 变得 很 有 限元 （ 际上 也 是 隐 式算 法 ）算 实
实 际上 ．板 料尺 寸 材 料特 性和 环 复杂 ．这也就给那些必须精确评估 法软 件ＩＡ ３ 模拟 了轿 车顶盖 和轮 ＴＳ Ｄ
维普资讯
．
生
产 侵 扬。
板料成形回弹特征及其控制技术
板料卸载后的回弹及翘曲变形对覆盖件的成形及焊装精度影响很大。研究和总结
回弹特征及 其控 制方法 以及 回弹面 的补偿 技术 。对 于保证覆盖件成形模具设计和 制造 十分重 要。本 文结合 多年 的生产 实践经 验 。归纳总结 了各 类回弹现象及其切 实可行 的 回弹抑 制方法 。
事 实 上 ，克 服 回 弹缺 陷 的 方法
周期 变长 ．因此 在板 材 冲 压成 形 中 Ｇ． Ｌ等 学者提 出一种新 算法 ，冲 有 很 多 。一 是要 在 工 艺 条件 允许 的 ｉ 回 弹变 形是 使 模 具 设计 明显 变 复 杂 压成 形和 回弹 过 程全 部 采 用 显 式算 前提 下 ，设 法将 回弹 控 制在 尽 可 能