Vol.28 No.3 孙刚等：不同的多点成形工艺方式对回弹的影响 ·275· C.o d20 dx-dy=dz 0 X 、dd=0 B X-Z oB 4rdr-d0 dy=d2-0 对称面 (a)通用回弹模型 (b)对称回弹模型 图1回弹模型示意图 Fig.I Sketch of spring back models 对很多工件的模拟，由于是对称约束，可以简成形的球形工件结果差别明显.用多点模具成形 化模型，如图1(b)所示，当工件沿X-Z对称时， 时，在无压边的条件下很难成形大曲率的薄板件. 只需两个参考点A和B约束刚体的位移即可，过 为了两种工艺方法便于比较，采用较大的曲率半 多的约束，将会导致错误的结果.同理，本文中使 径400mm成形（在此条件下没有起皱发生，可以 用球形板料，采用1/4模型，有两条对称线，只需 专注考察回弹的情况).图2所示为球形板料回 约束球形工件的对称中心A即可. 弹前后的纵向应变等值线图，图2(a)~(d)都是 文中采用显式算法模拟板材成形过程，采用 板料回弹前后应变图的叠加，由六条虚线围成的 隐式算法模拟板材的卸载回弹过程.在LS-DY- 空心方形球面板料表示回弹前板料位置，由实心 NA软件中，选择LS-DYNA优选项进行板材成 球面板料显示的应变等值线图是回弹后板料变形 形过程的数值模拟，厚向积分点数选择7，进行求 的最终形状.这样可以直观地看出，回弹后目标 解计算，成形求解结束之后，对显式动力求解的结 曲幸变小.选取板料上某一固定点，比较图形中 果存盘并切换到Structural优选项，更换文件名， 该点在回弹前后的位置变化，可以测量回弹量的 进行卸载回弹分析，首先将有限元单元进行显隐 大小.用1mm板材成形的球形件回弹比较大，从 式转换，然后移去上、下模具，即删除上下模具所 图2(c)中可以看到，2mm的板成形后回弹明显 包含的所有节点，接着，导入板材加载过程的应 减小.而同样厚度的板材用多点压机成形的都比 力、应变等数据；对板材施加适当约束用以排除板多点模具成形的球形件回弹小，在2mm时多点 材的刚体运动.将板材的卸载过程看作是一个具 压机成形的球形件回弹接近于0. 有预应力、应变的结构静力分析.可见，加载过程 3两种成形工艺对回弹的影响 的应力、应变等数值模拟结果是回弹计算的基础， 这个过程计算的准确与否将直接影响回弹过程模3,1工艺方式对回弹的影响 拟的计算精度. 从图2中还可以看到，用多点模具成形方式 2.2模拟结果 的球面回弹后球面中心位移等值线呈椭圆形分 本文对比两种不同的多点成形工艺方式（多 布，而多点压机成形的球面回弹后球面中心位移 点模具成形和多点压机成形)，对球形曲面进行研 等值线呈圆形对称分布.回弹是一个应力释放过 究.考虑到工件形状与受力状态的对称性，文中 程，在把所有约束释放的过程中，板材必然把原来 用1/4模型进行计算，减小了计算量.工件参数 作用在自身的成形时内应力，包括模具作用力的 采用正方形板材边长140mm,厚度取1mm与2 弹性应力部分释放出去.从工艺的角度讲，如果 mm,选用L2Y2铝板，成形曲率半径为400mm的 板材在成形阶段变形路径优良，可以减小回弹时 球形件，采用聚氨脂弹性垫厚为6mm.L2Y2铝 的应力释放，多点模具是单点接触板材，不能使 板取密度2.7×103kgm3,弹性模量71GPa,泊 板材整体变形，如果球形对称中心受模具作用向 松比0.33，屈服强度103MPa. 下运动，必然要使四周的板材受反方向的作用力， 由图2可以看出，多点模具成形和多点压机 一方面容易产生应力集中，另一方面由于不连续孙刚等 不 同的多点成形工艺方式对回 弹的影响 通用 回弹模型 图 回 弹模型示意图 对很多工件的模拟 ， 由于是对称约束 ， 可 以简 化模型 ， 如 图 所示 ， 当工 件沿 一 对 称 时 ， 只需两个参考点 和 召 约束刚体的位移即可 ， 过 多的约束 ， 将会 导致错误 的结果 同理 ， 本文 中使 用球形 板 料 ， 采用 模型 ， 有两条对 称 线 ， 只需 约束球形工件的对称 中心 即可 文 中采用显 式算法模拟 板材成形 过 程 ， 采 用 隐式算法模拟 板 材 的卸载 回弹过 程 在 一 软 件 中 ， 选择 一 优选 项进行板 材成 形过 程 的数值模拟 ， 厚 向积分 点数选择 ， 进行求 解计算 ， 成形 求解结束之后 ， 对显式动力 求解 的结 果存盘并切换到 优选项 ， 更换文 件 名 ， 进行卸载 回弹分析 首先将有 限元单元进行 显 隐 式转换 ， 然后 移去上 、 下模具 ， 即删 除上 下模具所 包含 的 所 有 节 点 ， 接着 ， 导 入 板 材加 载 过 程 的应 力 、 应变等数据 对板材施 加适 当约束用 以 排除板 材 的刚体运动 将板材的卸载过 程看作 是 一个具 有预应力 、 应变 的结构 静力分析 可见 ， 加载过 程 的应力 、 应变等数值模拟结果是 回弹计算 的基础 ， 这个过程计算的准确与否将直接影 响 回弹过 程模 拟 的计算精度 模拟结果 本文对 比两 种不 同的多点成形 工 艺方式 多 点模具成形和 多点压机成形 ， 对球形 曲面进行研 究 考虑 到 工 件形 状 与受 力 状 态 的对 称性 ， 文 中 用 模型 进 行 计 算 ， 减 小 了计算量 ， 工 件参数 采用正方形板材 边 长 ， 厚 度取 与 ， 选用 铝板 ， 成形 曲率半径为 的 球形 件 ， 采用 聚 氨脂 弹性 垫 厚 为 铝 板取密度 只 · 一 ， 弹性模量 ， 泊 松 比 ， 屈服强 度 由图 可以看 出 ， 多点模具 成形 和 多 点压 机 成形 的球形工件结果差别 明显 用 多点模具成形 时 ， 在无 压边 的条件下很难成形 大 曲率 的薄板 件 为了两种工艺方法 便于 比较 ， 采 用 较大 的 曲率 半 径 成形 在此条 件下没 有起皱发 生 ， 可 以 专注考察 回弹的情况 图 所 示 为球 形 板 料 回 弹前后 的纵 向应变 等值线 图 ， 图 一 都是 板料 回弹前后 应变 图 的叠 加 ， 由六条虚 线 围成 的 空心方形球面板 料 表 示 回弹前板 料 位置 ， 由实 心 球面板料显示 的应变等值线 图是 回弹后板料变形 的最 终形 状 这 样 可 以直 观地 看 出 ， 回弹后 目标 曲率 变 小 选取 板 料 上 某一 固定 点 ， 比较 图形 中 该点在 回弹前后 的位置 变化 ， 可 以测量 回弹量 的 大 小 用 板材成形 的球形 件回弹 比较大 ， 从 图 中可 以看 到 ， 的板 成形 后 回弹 明显 减小 而 同样厚度 的板材用 多点压 机成形 的都 比 多点模具成 形 的球 形 件 回 弹 小 ， 在 时 多 点 压机成形 的球形件 回弹接近于 两种成形工艺对回 弹的影响 工艺方式对回 弹的影响 从 图 中还 可 以看到 ， 用 多 点模具成形 方 式 的球面 回 弹 后 球 面 中心 位 移 等值 线 呈 椭 圆形 分 布 ， 而 多点压机 成形 的球 面 回弹后 球 面 中心 位移 等值线呈 圆形对称分布 回弹是一个应 力释放过 程 ， 在把所有约束释放的过程 中 ， 板材必然把原来 作用 在 自身 的成 形 时 内应 力 ， 包 括模具 作用 力 的 弹性应 力 部分 释放 出去 从 工 艺 的 角度讲 ， 如果 板材在成形 阶段 变形 路 径 优 良 ， 可 以减 小 回 弹 时 的应 力释放 多 点模具 是单 点接触 板 材 ， 不 能使 板材整体变形 ， 如果球 形 对 称 中心 受模具 作用 向 下运动 ， 必然要 使四周 的板材受反方 向的作用力 一方面容易产 生应 力集中 ， 另 一 方 面 由于 不连 续