多角度U型弯曲件冲压回弹的研究

多角度Ｕ型弯曲件冲压回弹的研究／孟　允，程培元，彭　勇　等　工艺・衬料　多角度Ｕ型弯曲件冲压回弹的研究　孟　允　，程培元　，彭　勇　，赵永俊　（１．武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉４３００７０；２．东风模具冲压技术有限公司，武汉４３００５６）　摘要回弹是金属冲压成形加工工艺中一种常见且较难控制的技术问题，多角度Ｕ型弯曲件的冲压回弹更是如此。　论文利用正交试验方法．并借用ＤＹＮＡＦＯＲＭ有限元分析软件对一个具体的实例进行分析研究的成果，对于制定相　近冲压件的生产工艺具有一定的指导意义。　关键词：回弹：多角度Ｕ型；型面弯曲角度；正交试验　中图分类号：ＴＧ３８６．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５—２５５０（２０１０）０２—００７３—０３　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｐｒｉｎｇ－ｂａｃｋ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ－ａｎｇｌｅ　Ｕ－ｓｈａｐｅｄ　Ｐａｒｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ＭＥＮＧ　Ｙｕｎ　，ＣＨＥＮＧ　Ｐｅｉ－ｙｕａｎ’，ＰＥＮＧ　Ｙｏｎｇ　，ＺＨＡＯ　Ｙｏｎｇ－ｊｕｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｏｎｇｆｅｎｇ　Ｄｉｅ　ａｎｄ　Ｓｔａｍｐｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ　４３００５６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐｒｉｎｇ－ｂａｃｋ　ｉｓ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｂｕｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｍｅｔａｌ　ｓｔａｍｐｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ－ａｎｇｌｅ　Ｕ－ｓｈａｐｅｄ　ｐａｒｔ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｅｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅ—　ｅｉｆｉｃ　ｐａｒｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＤＹＮＡＦＯＲＭ．Ｉｔ’Ｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｆｏｒ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ　ｔｏ　ｗｏｒｋ　ＯＵｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏ—　ｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐａｒｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ；ｍｕｌｔｉ－ａｎｇｌｅ　Ｕ－ｓｈａｐｅｄ；ｂｅｎｄｉｎｇ　ａｎｇｌｅｓ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　板料成形过程中，不可避免地会出现回弹现象，　何有效减小回弹的研究甚是关键．同时对往后设计　降低了零件尺寸精度并增加了试模、修模、校形的工　模具有一定的指导意义　作量，延长生产周期的同时提高了生产的成本。这种　多角度弯曲冲压件的回弹是一种高度非线性问　现象在ｕ形多角度冲压件中更为明显。基于ｕ形多　题，其影响因素较多。通过对各种影响因素的研究对　角度冲压件在各种工业生产中的广泛应用．对其如　比．我们可以发现模具型面的弯曲角度对零件回弹　收稿１５１期：２００９—０９～０７　的影响较为明显。由于回弹方向和回弹量都无法控　制．用解析方法和实验方法也较难准确和经济地加　４结论　参考文献：　［１］Ｍ　Ｍ凯墨尔，Ｊ　Ａ沃尔夫．现代汽车结构分析［Ｍ］．北京：人　弯扭组合工况是驾驶室在行驶过程中经常遇到　民交通出版社，１９８７：ｌ８＿４３．　的工况，在实际工作中，扭转工况主要出现在车辆单　［２］Ｇ　Ｒ　Ｌｉｕ，Ｓ　Ｓ　Ｑｕｅｋ．有限元法实用教程［Ｍ］．长沙：湖南大　轮经过凹坑或者凸包时，此时，当车辆行驶速度很大　学出版社，２００４：１－９，２１９—２４７．　时，车身地板将承受巨大的冲击载荷，对驾驶室的强　［３］沃德・海伦，波尔・萨斯．模态分析理论与试验［Ｍ］．北京：北　京理工大学出版社，２００ｌ：３—８．　度和刚度是个较为严峻的考验　本文通过对驾驶室　［４］范钦珊．工程力学［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５：８６—　弯扭组合工况的载荷情况、边界约束情况等进行分　９３．　析，研究了弯扭组合工况的测试方法．并对某型商用　［５］高云凯．车身结构分析［ｎＩ．北京：北京理工大学出版社，　车驾驶室进行了实际的测试。同时，指出了在进行测　２００６．】４９－２２５．　试时需要注意的问题　・７３・　工艺一村；Ｉ；ｉＩ　以计算，因此本文利用有限元分析软件ＤＹ—　ＮＡＦＯＲＭ将其回弹前后的变化用数据直接表示出　来。　鉴于实际生产中零件的复杂程度不等．本文选　取４段折弯零件为代表加以研究，在选择改变的角　度参数组合方面要比简单Ｕ形零件复杂得多　以４　汽车科技第２期２０１０年３月　个角度为试验因素进行正交试验，用最少的试验次　数以求寻找出一组最佳模具型面使板料回弹最小．　达到生产标准　１　实验参数　图１为试验采用的多角度Ｕ型冲压件立体模　型。其材料为ＨＳＬＡ３５０的板料，厚度为１．５０　ｍｍ，工　件毛坯长度￡　８００　ｍｍ，宽度　＝２５　ｍｍ。该零件原始　模型角度分别为∞＝１２１￣、　＝１６２ｏ、ｏｒ３＝１７２ｏ、　４：　１０４ｏ。零件项部定位距离　＝４６８　ｍｍ，其设计标准定　位距离为Ｌｏ＝４３４　ｎａｌｎ。图２为零件平面参数图。　图１冲压件立体模型　图２零件平面参数图　图３为导入ＤＹＮＡＦＯＲＭ软件后，生成的上模　（毛坯上方结构）、毛坯（中间长方形结构）及下模　（毛坯下方结构）结构模型，上模、毛坯及下模均进　行了网格划分　下模下方的长方形结构为导入的　毛坯数模。在模拟中选取上模和下模单位网格划　分大小均为１０，毛坯单位网格划分大小为１．５。冲　压速度为５　０００　ｍｍ］８。　・７４・　图３模具结构模型　２正交实验　２．１　正交试验方案的制定　由于该零件为４段折弯零件。因此要同时考虑　、０［　、　３、　对零件回弹的影响。根据其原始角度，在　不改变其大致形状的前提下。制定角度正交试验因　素表，见表１。依据表１选用　（４４）正交表制定试验　计划，利用ＵＧ软件对原始模型进行更改，在ＤＹ—　ＮＡＦＲＯＭ中模拟１６次并得出结果，见表２。　表１　角度正交试验因素表　模具型面弯曲角度，（。）　水平　ｌ　ｔＸ２　∞　Ｏｔ，ｔ　１　１１５　１５８　１６８　９６　２　１１８　１６ｏ　１７０　１０ｏ　３　１２１　１６２　１７２　１ｏ４　４　１２４　１６４　１７４　１０８　表２试验参数表及结果　模具型面弯曲角度（。）　序号　∑△　（。）　Ｍｍｍ　｜ｍｉｌｌ　ｌ　嘞　ａ３　Ｏｔ４　１　１１５　１５８　１６８　９６　３．０１７　４１８．２７４　－１５．７２６　２　１１５　１６０　１７０　１００　３．５９０　４３５．９Ｏ０　１．９０ｏ　３　ｌ１５　１６２　１７２　１ｏ４　３．６２１　４５４．１４７　２０．１４７　４　１１５　１６４　１７４　１０８　３．１８Ｏ　４７８．７５２　４４．７５２　５　１１８　１５８　１７０　１ｏ４　５．２３６　４４３．６２８　９．６２８　６　１１８　１６０　１６８　１Ｏ８　２．７０７　４４６．５５２　１２．５５２　７　１１８　１６２　１７４　９６　３．７２７　４５．２７６　１１．２７６　８　１１８　１６４　１７２　１ｏ０　３．９６２　４５４．２１６　２０．２１６　９　１２１　１５８　１７２　１０８　３．７４０　４６４．２９６　３０．２９６　１０　１２１　１６ｏ　１７４　１０４　３．４７０　４６５．８２１　３１．８２１　ｌ１　１２１　１６２　１６８　１ｏｏ　１．７０９　４４５．５７３　ｌ１．５７３　１２　１２１　ｌ６４　１７０　９６　４．０８１　４４７．０ｏ９　１３．０ｏ９　１３　１２４　１５８　１７４　１００　２．０５５　４５４．２７９　２０．２７９　１４　１２４　ｌ６ｏ　１７２　９６　１．８ｌｌ　４４４．１５８　１０．１５８　１５　１２４　１６２　１７０　１０８　２．７７０　４７６触　４２．６ｏ９　１６　１２４　ｌ６４　１６８　１ｏ４　３．８１３　４４６．７２０　１２．７２０　多角度Ｕ型弯曲件　中压回弹的研究／孟　允，程培元，彭　勇　等　２－２回弹量的测量　工艺・　料　受到多方向的挤压、致使卸载外力后，板内变形很不　均匀．产生较大的形状变化即回弹量较大。　３．３定位距离差值分析　因为在零件每两段折弯角度的中间段均属于非　变形区．其回弹很小，所以本文用回弹前后两角度的　总偏差作为评价指标，记最小回弹量ｍｉｎ０／＝Ａ０／ｌ＋　△　＇＋△　什△　。针对该零件的实际生产精度评定标　由于在正交试验中，１６组模型的初始定位距离　和各角度回弹量并不相同，导致各组零件的△　相　准．设定回弹后零件顶部定位距离，Ｊ　与其标准距离　差很大　第一组由于角度均为最小值，使零件初始定　之差为生产评定指标，即ｍｉｎＡＬ＝Ｌ　一Ｌ０。　３实验数据分析　３．１　列表数据分析　根据表２得出的数据。利用正交试验的计算公　式．进行数据分析，见表３。将同一因素不变的结果　相加记为　，并取其平均值与１６组试验结果的平　均值ｙ（ｙ：５２．４８９／１６＝３．２８１）相减得到Ｃ　，求得极差　Ｒｉ－一ｍａｘＣ　ｍｉｎＣｏ，通过对比极差的大小能够得出４　个角度对回弹影响的程度顺序　表３数据分析　因素　ＯｔＩ　Ｏｒ２　０／４　ｄ　“　ｌ３．４０８　１４．Ｏ４８　１１．２４６　ｌ２．６３６　ｌ５．６３２　１１．５７８　１５．６７７　１１３１６　１３．Ｏ００　１１．８２７　１３．１３４　１６．１４０　Ｋ≮　１０．４４９　１５．０３６　ｌ２．４３２　１２．３９７　Ｃ　０．０７ｌ　０＿２３１　－０．４７０　一Ｏ．１２２　Ｃ　０．６２７　－０．３８７　０．６３８　—０．４５２　Ｏ．Ｏ３ｌ　—Ｏ．３２４　０．ｏｏ２５　０．７５４　０．６６９　０．４７８　—０．１７３　一Ｏ．１８２　玛　１．２９６　０．８６５　１．１０８　１．２０６　３＿２因素影响分析　从表３的极差　大小可以看出．主要影响多曲　率件回弹的模具型面弯曲角度是０／　，其后依次为　Ｏｌ４、０／３，而　的影响最小。因为各角度都会受到相邻　角度的牵制和影响，所以单一角度对整体回弹的影　Ⅱ向并无明显规律。根据表２的结果数据可得出，最佳　的模具型面角度取　１＝１２１。、　２＝１６２。、　３＝１６８。、　４＝　１００ｏ可使成形后回弹量最小　回弹是由于在板厚上应力或应变分布不均匀而　引起的。由于Ｏ／：、Ｏ／３是由Ｃ、Ｄ、Ｅ三段直板所成夹角，　角度均趋近于１８０￣。Ｄ段属非线性区，回弹量很小．　同时Ｃ段和Ｅ段又分别受到ＡＢ、ＦＧ的牵制，使得　板料在ＣＤＥ段受到沿板长度纤维方向的拉伸或压　缩。因此除去外力后，该段板厚断面内变形的恢复是　均匀的，不会发生明显的形状变化即回弹量较小　而　ＯＬ　、／０４所连接的　、Ｇ段都为自由端，在冲压过程中　位距离比　。小，所以会产生△￡为负值的情况。经过　比较可知．第二组得到的零件最为接近标；隹件，即当　ｌ＝１　１５。、Ｏｄ２＝１６０。、Ｏｔ３＝１７０。、　４：１００。，Ｌ＝４３５．９　ｍｍ。　／０２和０／３均为接近１８０￣的　轴方向角．其角度　的改变ｆ２ｏ）使得Ｃ段和Ｅ段分别对Ａ段和Ｇ段产　生了在　轴和ｌ，轴的位移变化即Ｄ和　。由图４可　知，在　轴方向上的变化Ｄ很小，因此改变　和　时，最终定位距离并无太大改变。但　。和　与ｙ轴　角度相差较小．可根据图３推断出其角度的变化对　段和Ｇ段在　轴方向上的变化影响较为明显．直　接影响了定位距离的改变。由此可知，０／，和　是影　Ⅱ向定位精度的关键角度。这与试验得出的结论相同。　图　图４角度变化简化视图　４　结论　从本次正交试验结果中可看出：多曲率板料中　间段的角度变化对成形后的回弹影响较小。趋于板　料边缘的角度变化对其影响较大　针对多角度Ｕ形　零件的回弹研究分析．对今后更为复杂的多段折弯　板料的模具设计有一定的指导作用．并能有效预测　和控制其回弹量，提高板料成形精度。　参考文献：　［１］姜奎华．冲压工艺及模具设计［Ｍ］．北京：机械工业出版　社．１９９７．　［２］梁炳文，胡世光．板料成形塑性理论［Ｍ］．北京：机械工业　出版社．１９８７．　［３］费业泰．误差理论与数据处理［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，２００４．　［４］武晓红．板料弯曲回弹的机理分析及减少回弹的措施［Ｊ］．　模具技术．２００２．　・７５・