基于Dynaform软件的U形件回弹模拟及方案优化.doc

JIUJIANG UNIVERSITY毕业设计题目基于Dynaform软件的U形件回弹模拟及案优化英文题目Simulation of springback of U shape part and optimization based on dyna-form software 院系机械与材料工程学院专业机械设计制造及其自动化**廖世超年级 2021〔机A1013〕指导教师国栋二零一四年六月. z.-摘要Dynaform是一款用于板料成形数值模拟的CAE软件，它可以模拟板料在弯曲过程中的回弹以及拉深过程中的起皱和开裂等成型过程本论文利用Dynaform软件以U形件弯曲卸载后的回弹为研究对象，以侧壁回弹角θ为评价指标，结合正交试验，模拟了U形件的弯曲变形过程论文选用四因素〔压边力、板料厚度、板料宽度、凹模圆角半径〕三水平计算了9组试验下的弯曲回弹角运用极差分析法筛选出所给条件下的最优工艺案：压边力为4000N，坯料厚度为1.5mm,坯料宽度为80mm,凹模圆角半径为3mm优化后的弯曲回弹角为0.828°，相比于优化前的平均弯曲回弹角〔1.565°〕，降低了47%。

关键词】Dynaform；U形件；回弹角；正交试验；极差分析. z.-AbstractDynaform software is a CAE software which is used in sheet metal forming . This sofeware can stimulate springback of bending and wrinkle or crack of drawing. The bending of U-shaped part is stimulated by means of Dynaform software and the spring back angle was calculated by Taguchi method in which four factors and three levels were involved, including binder force, thickness of blank, width of blank and radius of champer of die. Through paring the spring back angle from nine varied technological bina-tions, an optimal parameter bination was obtained. The optimal parameter is that binder force is 4000N, thickness of blank is1.5mm, width of blank is 80mm and radius of champer of die is 3mm.The minimum spring back angle after optimization is 0.828°which is 47% lower than that of average value before optimization.【Key words】Dynaform; U-shaped part; spring back angle; orthogonal test; range analysis; 目录摘要IAbstract II前言1第一章概论11.1弯曲变形根底知识11.1.1 弯曲变形原理11.1.2 弯曲变形过程11.1.3 弯曲卸载后的回弹11.1.4 影响弯曲回弹的因素11.2 Dynaform软件简介11.3 国外回弹研究现状综述11.4 本论文的研究目的和意义1第二章 Dynaform 模拟分析处理12.1 模型的构建12.2 网格的划分与处理12.2.1 网格划分12.2.2 网格检查12.3 进展快速设置12.4 回弹模拟12.5 回弹结果测量1第三章 U 形件数值模拟正交试验13.1正交实验法简介13.2正交试验流程13.3 U 形件弯曲成形回弹正交试验13.4 影响因子及水平确实定13.5 正交表的选取13.6 Dynaform模拟U 形件弯曲成形正交试验结果1第四章正交试验计算及原因分析14.1分析法选择14.2极差计算14.3 因素主次顺序确实定14.4 U 形件成形优案的初步确定14.5 正交试验结果的分析验证1结论1参考文献1辞1. z.-前言随着世界工业的迅猛开展，冲压件运用愈来愈广泛，生产制造业对冲压件需求很巨大，特别是对于航空航天、汽车、包装、造船等工业来说，以往的精度要求已无法满足现状。

在进展冷冲压成形的过程中回弹是无法防止的物理现象，影响零件的最终形状尺寸回弹量的大小对拉延件的几尺寸精度产生直接影响，影响零件的最终形状尺寸所以对于冲压件的外力矩卸载后的回弹要求越来越格，因此进展对弯曲变形产生的回弹进展研究是有十分重大的意义本论文系统地阐述板料冲压弯曲成形过程和介绍Dynaform回弹数值模拟技术运用正交试验法拟定试验工程，利用Dynaform对弯曲的变形过程以及弯曲卸载后产生的回弹进展数值模拟，对于模拟结果选择极差计算选取最优案以优化生产工艺要求和降低本钱第一章 概论1.1弯曲变形根底知识1.1.1 弯曲变形原理弯曲就是按照一定的工艺要求使板料、金属管坯料进展形变，从而得到一定形状要求的零件的冲压成形工艺[1]能够进展弯曲的材料很多，例如：各类板料及型材，也可以是棒料、管材弯曲工业在航空航天及汽车工业中具有十分广泛的应用，同时也适用于其他各类板料件生产用弯曲式加工的零件种类非常多，其中包括U形件、V形件等图1.1示为U形件加工过程图1.1 U形件加工过程弯曲工序不仅可以利用模具在冲压机上进展，还可以在专用的设备上进展如折弯机、拉弯机等，虽然它们成形法不同，但变形过程机特点却是存在局部一样的规律。

弯曲变形可根据变形区的的力学特性、工件形状、弯曲式及使用设备等类别进展分类[2]1.通过对变形区的力学特性进展分，可分为四类：弹性弯曲、弹-塑性弯曲、纯塑性弯曲、无硬化纯塑性弯曲〔1〕弹性弯曲：变形区各个局部的应力数值均小于材料的屈服强度，变形区域只引发弹性变形〔2〕弹-塑性弯曲：靠近变形区外层应力数值大于工件材料屈服强度，而弯曲胚料中部的应力数值小于工件材料屈服强度，胚料变形区既有弹性变形又有塑性变形〔3〕纯塑性弯曲：胚料变形区的塑性变形很大，而中性层附近的弹性变形几乎可以忽略不计，且中性层到、外层的应力和应变成线性关系〔4〕无硬化纯塑性弯曲：即理想的纯塑性弯曲状况，假设弯曲过程中不存在加工硬化2.按工件形状分，有L形弯曲、V形弯曲、U形弯曲、Z形弯曲、多角弯曲等3.按弯曲设备分，有压弯机、折弯、滚弯及拉弯4.按坯料与模具相接触的成分划分，有自由弯曲、接触弯曲及校正弯曲等1.1.2 弯曲变形过程板料的弯曲变形过程一般可分为三个阶段[3]弯曲变形时，外部施加力矩作用在工件板料上，工件板料的曲率随着施加力矩的变化而产生变化，在工件板料变形区中，层局部的坯料纤维在受到外力矩产生的切向应力的作用下发生压缩变形；相反地，坯料外层金属在受到外力矩产生切向拉应力作用下发生拉伸变形。

随着外部施加的力矩的逐渐增大，弯曲变形的程度也随着外力矩的增大而增大，因而弹性弯曲变形逐渐转变为塑性弯曲变形1.弹性变形阶段弹性变形阶段即是在板料弯曲变形过程的开场阶段，此时外部施加的力矩不大，在坯料变形区域外表和外外表上产生的应力均小于坯料的材料的屈服极限，因此仅仅是在板料部变形区产生弹性变形沿着板料厚度的垂直向分划为拉伸变形区和压缩变形区两个区域以应力中性层为分界限，两区域变形的切向应力分布如图 1.2由坯料外侧到板料中心，切向应力渐渐变小从弯曲工艺的层面来分析，人们总是希望回弹越小越好，从而控制弹性变形的区域占变形区域的很小局部从而降低使外力卸载后回弹现象弹性变形区域的大小与材料种类、弯曲半径等多因素关系较大图 1.2 弹性变形阶段切向应力分布如图2.弹塑性变形阶段在经历弹性变形阶段后，随着变形的进展，板料变形区域的曲率半径随着外部施加的的弯曲力矩的增大持续减小变形区域外表、外外表材料变形比弹性变形时更加剧烈首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态，然后塑性变形从、外外表扩展到应力中性层[4]沿着板料厚度的垂直向划分为弹性变形区与塑性变形区以两个区域的应力到达屈服极限的层次为界限变形区域的切向应力分布如由中性层开场到板料边缘切应力由小变大，最后趋向于平衡。

弹塑性变形阶段的特点是：当卸除外部施加的弯曲力矩之后，塑性变形区域的材料保存着残留的弹性变形，而残留的弹性变形引起回弹回复作用的发生，因而弹塑性变形阶段中残留的弹性变形是产生回弹的主要原因[5]3.纯塑性变形阶段当弯曲零件的相对弯曲半径很小时，由于此阶段产生的变形程度很大，我们近似地认为板料的整个横截面均发生塑性变形，板料的弯曲变形为纯塑性变形，这时的切向应力分布与其他阶段时不一样1.1.3 弯曲卸载后的回弹弯曲变形类似于其他的塑性成形工艺，在弯曲变形过程中同时有着弹性变形的存在一旦卸载弯曲力矩，中性层围的弹性变形以及、外层总变形种弹性变形局部随之引发回复作用，使得实际上弯曲件的弯曲角和相对弯曲半径与理论上及相应的模具角度、半径不一致，这种现象称为弯曲回弹[6]如图1.3所示图1.3 弯曲回弹现象弯曲变形过程中在毛坯横截面上切向应力的变化如图1.4 所示其中图a是在弯矩M的作用下毛坯横截面上切向应力的分布；图b是在毛坯在受到反向弯矩M′=-M时的切向应力分布；图c是受弯矩M作用的弯曲毛坯施加反向力矩M′时〔等同于卸载状态下外作用力矩为零的情况〕，实际上图c所示的切向应力就是卸载后的剩余应力[7]。

图1.4 弯曲变形受力情况弯曲回弹的形式一般划分为两类[8]改变弯曲件的弯曲半径由回弹以前的弯曲件弯曲半径转变为回弹后的回弹半径，弯曲半径的改变量可由应变中性层曲率半径的变化量ΔK来表示，如公式1-1所示〔1-1〕其中：ρ为卸载前应变中性层的曲率半径弯，ρ′为卸载弯曲后应变中性层的曲率半径弯曲曲中心角的变化由回弹前工件弯曲中心角α变为回弹后α′曲率半径变化量和回弹角均可表示为弯曲件的回弹量弯曲中心角的变化值称为回弹角，如式1-2所示〔1-2〕1.1.4 影响弯曲回弹的因素弯曲件的回弹直接影响弯曲件的精度，为保证弯曲件的精度，必须考虑工件材料的回弹值影响工件回弹的因素众多[9]，其中主要包括坯料的的形状尺寸、材料的力学性能、凹模圆角半径、压边力、弯曲式、弯曲中心角、坯料厚度、相对弯曲半径及校正力等以下介绍局部影响因素1. 材料的力学性能材料的屈服强度越大，弹性模量E越小，硬化应变越重〔应变硬化指数n越大〕，弯曲件的回弹量夜越大其回弹值也与材料力学性能的稳定性有关，材料的力学性能越稳定，回弹值越小材料的屈服极限强度的值越高，在一定的变形程度围，弯曲变形区截面的应力越大，从而引起更大的回弹变形，因此回弹值夜越大；回弹值也与材料的弹性模量〔E〕值有关，随着弹性模量的增大，弯曲件越能抵抗弹性变形，故回弹值则越小。