D0I:10.13374/i.issn1001053x.2006.03.015 第28卷第3期 北京科技大学学报 Vol.28 No.3 2006年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2006 不同的多点成形工艺方式对回弹的影响 孙刚李明哲崔相吉 邓玉山 吉林大学（南岭校区）辊锻工艺研究所，长春130025 摘要采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程中产生的回弹现象进行了探讨，主要对比了 多点模具成形和多点压机成形两种不同工艺，分析了不同的工艺条件对回弹的影响.采用先显式 方法计算成形，后隐式方法计算回弹，对1mm与2mm厚度的球形曲面件进行了数值模拟，结果 表明：在冲头为10×10的多点模具成形方式下，采用无压边成形，成形1mm厚度的板料时，曲率 半径为400mm的成形件回弹量沿纵向最大为1.22mm;但在相同条件下，用多点压机成形工艺的 成形件，回弹量仅为0.24mm,即一次成形时，多点压机成形的板料比多点模具成形的板料回弹量 仅为1/5；多点压机成形厚度为2mm的板料回弹约为0.多点压机成形方式比多点模具成形方式 成形效果好，回弹量明显减小 关键词多点成形；回弹；模具成形；压机成形；数值模拟 分类号TG386.3+1 多点成形是利用计算机控制很多可调整高度 多点压机成形是多点成形工艺方式中比较理 的基本体来形成所需要的造型曲面，从而替代整 想的方式.在成形前上下各基本体水平排列，间 体模具实现三维板类件成形的柔性加工技 隔距离均等于板厚.成形开始时所有基本体同时 术[12】.因为多点成形技术相对于传统的模具成 移动，成形结束时同时停止[4].在成形过程中，相 形方法实现了一机多用的构想，既节省模具设计 邻基本体之间存在相对运动.每个基本体都是以 与制造所需的大量时间和费用，又可以大大降低 各自的时间位移曲线运动，不仅调整其位移，还调 产品的成本，加速产品的更新换代[23]，现在多点 整其速度，可以得到更好的成形效果， 成形技术已经逐渐应用于船体外板、流线型车头 多点模具成形开始时是个别点与板材接触， 覆盖件以及医学工程等很多领域[4] 这样对板材的压力分布不均，易于产生压痕和起 多点模具成形和多点压机成形是两种成形原 皱；而多点压机成形时，所有基本体和板材实时接 理和效果不同的成形方法.本文主要通过数值模 触，对板材实时约束，有利于抑止成形缺陷56] 拟方法对采用多点模具成形和多点压机成形工艺 方式时回弹的产生情况进行了对比分析 2数值模拟模型及结果 1 多点模具成形方式和多点压机成 2.1通用回弹模型和对称回弹模型 在回弹分析中，要求刚体的运动所定义的约 形方式原理 束被消除掉，在模型中，足够的约束必须被用来 多点模具成形是多点成形工艺方式中比较简 消除刚体的6个自由度，即3个平动自由度，3个 单的一种方式.在成形前，需要调节各基本体的 转动自由度.理论上讲，通过限制壳单元的节点， 高度形成目标曲面；在成形过程中，上、下基本体 限制刚体的6个自由度能够实现.但实际上旋转 群分别作为上模或下模成为一体，相邻的基本体 自由度在约束刚体的运动时，会出现很多错误，所 之间无相对移动).其主要特点是装置简单，易 以使用约束三个点的平动自由度去实现约束刚体 于制作设备 的运动. 这三个点应该非共面，如1(a)所示，点A约 收稿日期：2004-12-15修回日期：200503-22 束住所有的平动自由度，并且在回弹位置为0的 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50275063) 作者简介：孙刚(1977一)，男，博士研究生；李明哲(1951一)， 地方定义参考点，第二个点B限制Y和Z的位 男，教授，博士生导师 移，第三个点C限制Z方向位移.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 介 劝 。 跳 。 不 同的多点成形工艺方式对回 弹的影响 孙 刚 李明 哲 崔相 吉 邓 玉 山 吉林大学 南岭校 区 辊锻工艺研究所 ， 长春 摘 要 采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程 中产生的 回弹现象进行 了探讨 主要对 比 了 多点模具成形和 多点压机成形两种不 同工艺 ， 分析 了不 同的工艺条件对 回弹的影 响 采用 先显 式 方法计算成形 ， 后 隐式方法计算回弹 ， 对 与 厚度 的球形 曲面 件进行 了数值模拟 结果 表 明 在 冲头为 的多点模具成形方式 下 ， 采 用无 压边成形 ， 成形 厚度 的板料 时 ， 曲率 半径为 的成形件 回弹量沿纵 向最大为 但在相同条件下 ， 用 多点压 机成形工 艺的 成形件 ， 回弹量仅为 ， 即一次成形 时 ， 多点压机成形 的板料 比 多点模具成形 的板料 回 弹量 仅为 多点压机成形厚度为 的板料 回弹约为 多点压机成形方式 比多点模具成形方式 成形效果好 ， 回弹量 明显减小 关键词 多点成形 回弹 模具成形 压机成形 数值模拟 分类号 多点成形是利用计算机控制很 多可调整高度 的基本体来形 成所 需 要 的造 型 曲面 ， 从 而 替 代整 体模 具 实 现 三 维 板 类 件 成 形 的 柔 性 加 工 技 术〔‘一 因为 多点成形 技 术相对 于 传统 的模具 成 形方法 实现 了一 机 多用 的构 想 ， 既 节省模具设 计 与制造所需 的大 量 时 间和 费用 ， 又 可 以 大大 降低 产 品的成本 ， 加速产 品的更新换代〔 一” 〕 现 在多点 成形技术 已经 逐渐 应 用 于 船 体外板 、 流 线型 车 头 覆盖 件以及 医学工 程等很 多领域 〔 川 多点模具成形和 多点压机成形是两种成形原 理和效果不 同的成形方法 本文 主要通过 数值模 拟方法对采用 多点模具成形 和 多点压机成形 工 艺 方式时 回弹的产生情况进行 了对 比分析 多点模具成形方式和多点压机成 形方式原理 多点模具成形是 多点成形 工艺方式 中比较简 单的一 种方 式 在 成形 前 ， 需 要 调 节 各 基本 体 的 高度形 成 目标曲面 在成形过 程 中 ， 上 、 下 基本体 群分别作为上 模 或 下模成 为 一体 ， 相 邻 的基本 体 之 间无 相 对 移 动川 其主要 特点是装置简 单 ， 易 于制作设备 收稿 日期 一 一 修回 日期 一 一 基金项 目 国家 自然科学基金资助 项 目 作者简介 孙 刚 一 ， 男 ， 博士 研 究生 李 明哲 一 ， 男 ， 教授 ， 博士生导师 多点压机成形是 多点成形工艺方式 中比较理 想 的方式 在 成形 前上 下各基本体 水平 排列 ， 间 隔距离均等于板厚 成形 开 始时所有基本体 同时 移动 ， 成形结束时同时停止 在成形 过程 中 ， 相 邻基本体之 间存在相对运 动 每个基本体都是 以 各 自的时 间位移 曲线运动 ， 不仅调整其位移 ， 还调 整其速度 ， 可以得到更好的成形效果 多点模具成 形 开 始 时是 个 别 点与板 材接触 ， 这样对板材的压 力 分 布 不均 ， 易于 产 生 压 痕 和起 皱 而 多点压机成形 时 ， 所有基本体和板材实时接 触 ， 对板材实时约束 ， 有利 于抑 止成形缺 陷 一“ 」 数值模拟模型及结果 通用 回弹模型和对称回 弹模型 在回弹分析 中 ， 要 求刚体 的运 动所 定义 的约 束被消除掉 在模型 中 ， 足够的约 束必 须 被用 来 消除刚体 的 个 自由度 ， 即 个 平 动 自由度 ， 个 转动 自由度 理论上讲 ， 通过 限制壳单元 的节 点 ， 限制刚体的 个 自由度能够实现 但实 际上旋转 自由度在约束 刚体 的运动 时 ， 会 出现很多错误 ， 所 以使用 约束三个点的平动 自由度去实现 约束刚体 的运 动 这三个 点应该 非共面 ， 如 所示 ， 点 约 束住所有的平动 自由度 ， 并且 在 回弹 位置 为 。 的 地方定义参考点 第 二 个 点 限制 和 的位 移 ， 第三个点 限制 方 向位移 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．03．015