金属板料冲压成型回弹研究——基于Autoform软件数值模拟的回弹理论研究

科技创新一３５一　金属板料冲压成型回弹研究　——基于Ａｕｔｏｆｏｒｍ软件数值模拟的回弹理论研究　张红林杨丽英戴逸群　（黄冈师范学院，湖北黄冈４３８０００）　摘要：冲压生产中，多数采用的是金属材料，并且高强钢和超高强钢以及铝合金，得到了更加广泛的应用，这些材料成型过　程起皱、破裂、回弹的情况更为严重。回弹对制件的尺寸精度产生严重影响，研究回弹的产生原因，采用ＣＡＥ软件帮助解决分析回　弹问题至关重要。　关键词：回弹；补偿；数值模拟　金属材料在外力作用下会产生形状和尺寸的　改变，撤销外力之后，会产生弹性恢复，这种现象我　们称之为回弹。主要是因为在板料变形过程中，同　时存在弹性变形和塑性变形，而弹性变形的弹性恢　复就是产生回弹的主要原因。回弹使零件形状与模　具形状不一致，造成工件尺寸精度不高。在表达回　弹机理时，一般板料的ｖ形件弯曲表示，回弹值用　回弹角ｄ表示，　Ａ　＝　ｎ—　式中仅——模具角度　图１弯曲时的回弹　厂一弯曲后工件的实际角度（见图１）　在冲压生产中，拉延，弯曲，翻边等都会产生回　ｒ　弹，因此在实际生产中，一个制件中可能存在几种　回弹。这样，零件的成形质量就会很难控制，这样就　需要把不同的工序综合到一起考虑，那整个模具的　修整会变得非常困难。　那么，确定出回弹量的大小，并且尽可能的消　除就是我们努力的目标。但是，只要在塑性变形中　定会存在弹性变形，也就是说回弹是不可能消除　一ｌ　●　的。如果能够确定出回弹值的大小，再采取相应的　措施，也可以作为一个有效控制回弹的方法。　板料回弹值的确定，首先应该确定在变形中回　弹的影响因素，例如材料的性能、材料的表面质量、　弯曲时校正力的大小等。一般处理回弹时，我们采　用在经验数值的基础上，再经过反复试冲对模具修　正的方法。　图２补偿法（Ｕ形件弯曲）　ａ．材料性能：回弹值的大小与材料的弹性模量　成正比，弹性模量越小，屈服极限越高，加工硬化指　数越大，弯曲时的回弹量就越大。　ｂ．相对弯曲圆角半径ｒ／ｔ：弯曲圆角半径ｒ／ｔ的值　越大，在整个变形中弹性变形占的比例越大，产生　弹性恢复越严重，回弹量越大。　ｃ．模具间隙：间隙值太大，材料成型时与模具的　图３校正法　贴合度不高，减小了弯曲件直边约束力的过小，只是回弹量很　但是对于复杂的冲压件来说，上面简单的处理工艺根本不能满　采用数值模拟就成为理想的选择。　大，但是当间隙值过小时（小于板料厚度），零件可能出现负回　足制件的精度要求，弹。　整体卸载回弹的计算方法有无模法和有模法两种。由于回　控制和减少回弹，对于简单的Ｖ形件来说，可以根据影响　弹属于非线性问题，因此两种方法都是采用增量叠加的方法求　在计算前，先计　因素采用相应的措施，比如选择塑性好的材料，相对弯曲圆角　解。无模法是一种使用较为广泛的无接触算法，半径ｒ／ｆ的值也选用比较小的值，确定合理的模具制造参数等。　算各个等效节点上的力再将其反向，一直到所有等效（转下页）　一３６一科技创新　锰基功能材料专利技术申请概况　唐郡潘晓萌（等同第一作者）　（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津３００３０４）　摘要：随着功能材料的迅速发展，锰因具有过渡族金属的特殊性质而受到极大的重视，在众多类型的功能材料中得到广泛　的运用。本文通过使用专利数据库ＣＮＡＢＳ、ＶＥＮ对关键词和分类号的检索，对该技术的国内外主要申请人、专利申请趋势进行梳　理和统计分析。　关键词：锰基合金；功能材料；磁性；专利申请　１概述　年，Ｖｉｎｔａｉｋｉｎ又在锰合金中分别添加了一定量的Ｎｉ、ｃｕ分别制　磁功能材料是利用材料的磁性能和各种磁效应，具有能量　备了Ｍｎ—Ｎｉ系合金和Ｍｎ—Ｃｕ系合金，并发现其具有双程形状　转换、传递能量、处理信息、存储能量及检测能量状态等功能的　记忆效应。这些都是研究者早期发现的锰基合金特殊磁性能，　材料，在计算机、通信、仪器仪表、交通运输、物理探矿、生物医疗　此后越来越多的科研机构、高校、企业对该技术进行了研究，锰　等领域都有很大应用空间，磁功能材料的迅猛发展对于实现传　基合金特有的磁性能不断被人们认识与掌握，并逐渐将其应用　统产业的升级有着重大意义。　到功能材料领域，大大拓展了其应用领域。　锰具有４种同素异构体，即０【一Ｍｎ（体心立方）、Ｂ—Ｍｎ（立方　２专利申请态势分析　体）、　一Ｍｎ（面心立方）和６一Ｍｎ（体心立方）Ⅲ。Ｍｎ与Ｆｅ、Ｎｉ都属　过渡金属，在周期表中地位相近，性能也有许多相似之处，如都　２．１专利申请量趋势分析　图ｌ为锰基功能材料专利申请量随年份变化趋势图，由图１　是强铁磁材料。随着磁性功能材料的迅速发展，其泛应用于永　可见，全球专利申请总量整体呈上升趋势，国外锰基功能材料的　磁、磁致冷、磁致伸缩、磁光和阻尼合金材料［Ｚ３１。　专利申请在１９５４年起步，并且主要集中在２０１０年之前，从２０　锰基合金由于其在温度变化时磁性相的形成及特有的磁学　世纪５０年代开始，专利申请总量整体呈上升趋势，在７０年代和　性能而引起研究者的广泛关注。１９０４年至１９０８年，德国的　８０年代末期该技术的相关专利申请量进人急速上升阶段，申请　Ｈｅｕｓｌｅｒ等人研究发现由非铁磁性元素组成的以铝为主要合金　量出现两个高峰，随后专利申请量开始下滑。国内专利申请量　化元素的锰基二元合金中存在铁磁性相，该发现激发了人们对　在２０００年之前，关于锰基功能材料的专利技术只有两件，从　Ｍｎ—Ａ１合金磁性能的探索。１９４８年，Ｚｅｎｅｒ发现经时效＋淬火热　２００５年开始，专利申请量逐年大幅提升，由于中国对相关技术　处理的Ｍｎ—Ｃｕ合金在室温附近具有因孪晶面引起的高内耗，开　专利的大量申请，２００５年之后，锰基功能材料的全球专利申请　启了人们对Ｍｎ基合金高阻尼的认识。１９７８年，Ｖｉｎｔａｙｋｉｎ等首先　量呈显著增长趋势。出现这种情况主要是德国的相关研究者最　报道了Ｍｎ—Ｇｅ和Ｍｎ—Ｇａ合金具有特殊的形状记忆效应。１９７９　早发现锰基合金中存在铁磁相，随后日本、美国、　（转下页）　节点上的外力趋于零，得到回弹结果。　变变形区的应力状态，以达到减小回弹的目的。　有模法模拟的是实际回弹过程，计算过程和成形计算类似，　补偿法是提前预测回弹量的大小，在制造模具时多加工回　但是与成形过程不同的是模具的运动方向是相反的，一直到与　弹量然后经过回弹之后达到工件要求的形状尺寸。　Ａｕｔｏｆｏｒｍ软件在对回弹分析时，按照补偿策略进行补偿。在　模具完全不接触，这时就处于回弹状态。由于在每一次卸载时，　增量都会自动判断接触条件，所以计算时间比无模法要长。两　应用改软件时，常用的有三种补偿策略，补偿所有模具，只补偿　种方法得到的计算结果是一致的，因此，无模法的效率高。　拉延模具，对各个模具进行不同程度的补偿。　数值模拟回弹计算的准确性很大程度上取决于前期准备工　例如制作一个工件的全部工序是拉延一切边冲孔一整形，　作是否到位，这里我们主要结合ａｕｔｏｆｏｒｍ软件的特点及在实际　采用补偿所有模具时，回弹补偿是以整形为基础的，对所有　中的应用，总结几个基本原则，以获得更好的模拟结果：　的模具进行和整形一致的补偿；采用仅补偿拉延模具时，只用　其他工序不参加；根据拉延回　ａ．在进行模拟之前，零件必须经过成形性评估是合理的，要　整形的回弹结果对拉延工序补偿，有合理的工艺性，全工序模拟零件为一个全绿色的结果，不能　弹后和整形回弹后比较，回弹量很接近；对各个模具进行不同程　度的补偿，是根据工序的实际情况进行补偿，在拉延补偿时需要　ｂ．按照ａｕｔｏｆｏｒｍ软件校核模拟设置要求来设定参数。　考虑定位的影响，后面的两个工学按照外形定位补偿原则处理。　回弹的补偿研究现在仍然是没有一个完全的解决办法，对　ｃ．在回弹模拟分析时，需要重新启动每个工序，逐个分析回　弹。　于复杂的冲压件来说，比如在汽车车身上，采用了高强钢和超　破裂、回弹的情况更为严重，　ｄ．必须保证整个工序过程处于稳健性状态。必须强调，在回　高强钢以及铝合金，成型过程起皱、出现破裂及起皱，料片的形状为最终，不能再修改。　借助模拟软件寻求帮助，但是对于ＣＡＥ的过分依赖，会给成本、　我们仍需要研究更加有效的方法。　回弹是不可消除的，除了对影响因素进行研究之外，实际上　质量等带来更大的压力，最常用的是补偿法（如图２）和校正法（图３）。　作者简介：张红林（１９８１，ｌ一），男，湖北武汉，本科，讲师，机　校正法是单独对变形去施加一定的压力（如图３右图），改　械设计制造及自动化　弹不稳定的状态下进行模拟是没有任何意义的。