基于ANSYS的钢板的冲压回弹分析www.tool-tool.com

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作者：张洪才

1 引言
在汽车、航空、家电等工业部门，许多构件是用板料冲压成形生产的。板料成形过程牵涉到几何非线性、材料非线性和边界条件非线性的复杂的力学问题。在多数动态金属成形工序中，高度非线性过程导致在坯料中产生大量的弹性应变能，存储的弹性能在成形压力消失后释放，使坯料向着原有几何构形变形。因此,在板金属成形过程中最后的形状不仅仅取决于模具的轮廓形状，也取决于坯料在塑性变形时存储的弹性能总量。因为在变形部分存储的弹性能总量是许多过程参数 (如材料性质，二表面间的载荷 )的函数，在成形时期预测回弹是特别复杂的。
金属板料冲压成型是利用金属塑性变形的特点，通过对金属板料施加压力，使其产生塑性变形从而获得所需要的形状。由于板料冲压成型过程包含大位移、大变形等十分复杂的物理现象，使得对其成型控制非常困难，以前更多的是通过反复试验的方法制造出合乎要求的产品，其过程需要花费大量的时间和经费。随着有限元模拟技术的迅速发展，利用有限元软件模拟金属板料冲压成型过程及分析其回弹量已成为可能，本文介绍了利用有限元软件Ansys对金属板料冲压成型过程进行模拟和回弹分析的方法。
2 模型的建立及计算讨论
如图1所示，钢板冲压模型由两部分组成，分别是被冲压件钢板和冲压的刚性模具。在计算中采用刚－柔接触计算模型分析。把钢板假设为柔性件，模具为刚性件不考虑其变形。

计算中钢板采用双线性等向强化模型，来考虑冲压过程中的弹塑性变形。其计算参数如表1所示。

表1 计算中主要的参数

本文冲压模拟分为两个阶段，第一个阶段为刚性模具进行冲压阶段，第二阶段为回弹计算，计算中假设整个过程为准静态。在计算回弹时采用微量卸载来保证数值计算的稳定性。其个阶段的计算结果如下：

图 3到图8给出了冲压不同阶段的钢板的等效应力。由以上各图可以看出冲压初始阶段压力较大处主要集中于中间的上下表面，然后最大应力从中间钢板的上下表面向钢板内部发展；同时应力从钢板中间向两边传播。当冲压进行1/2阶段时，最大应力发生在模具的圆角于钢板的接触处。冲压第一阶段结束后，最大应力达到 0.153e10Pa，位置在钢板的中间。在抽模阶段发生了钢板回弹，应力发生释放现象。最大应力降到0.732e9Pa，下降幅度达到52％。因此，在冲压过程中由于回弹造成的应力释放应该给予足够的重视。

图10到图12给出了考察点的等效应力、等效塑性应变和接触压力的变化情况。由图10可知：2点和3点在冲压初始阶段等效应力迅速上升，而1点在冲压进行到大约2/5时其等效应力迅速上升且超过了2点和3点的等效应力值。在冲压第一阶段快完成时，1点的等效应力迅速下降，且振荡上升；2点和3点的等效应力迅速上升。在回弹阶段3个点的等效应力都在下降到最大的45％左右。2点在整个冲压过程中的等效应力最大，也就是在冲压过程中钢板中间底部容易出现拉裂和潜在的微裂纹，这对后期的安全有很大的影响。这对实际的冲压控制有着重要的指导意义。
由图11可知：冲压初始阶段2点和3点早于1点发生了塑性变形，在冲压进行到1/2时1点的塑性变形要大于2点和3点的塑性变形。但是在冲压第一阶段快结束时2点的塑性变形迅速上升超过了1点和3，且最终的塑性变形2大于1，1大于3点。由图12可知：在整个冲压阶段3的接触压力变化大，2的接触压力最大，1点的接触压力最小。回弹阶段接触压力都降为0，这一点符合实际。
3 结论
通过以上分析和计算得出以下结论：
（1）采用ANSYS的刚－柔接触算法可以很好的模拟冲压回弹过程。
（2）冲压过程中钢板的中间部分最容易发生拉伸裂纹，这对后期的安全有很大的影响。
（3）随着经济的发展，对精冲件的使用功能提出了更高的要求。单纯的平板精冲工艺已不能满足社会需要，进一步发展精冲复合工艺势在必行。

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