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板料成形中的回弹现象是成形过程中的常见缺陷,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,为提高冲压件的产品质量,缩短新产品开发周期,必须对回弹进行准确的预测和有效的控制。工程中通常基于经验和反复试验来减小或消除回弹的影响,这样既花费大量时间,又耗费大量财力。上世纪90年代,有限元仿真技术开始广泛应用于板料成形的回弹模拟中,基于有限元模拟技术,实现板料成形过程的工艺仿真,对回弹现象进行定量的数值计算,同时对模具形状不断修正使回弹后工件的实际形状和尺寸恰好满足设计形状要求。这样不仅节约了大量的人力物力,而且缩短了设计生产时间。 本文首先介绍了回弹预测方法的发展概况,回顾了用于回弹预测的解析法、试验法和有限元数值模拟方法的发展历史及国内外学者在这些方面作出的成就,指出有限元模拟成为了目前用于回弹预测的非常有效的方法。 利用力学原理,以板料的弯曲成形为例,通过分析弯曲过程的弯曲变形区和非变形区的应力应变分布及材料流动,详细描述了回弹产生的力学机理;随后介绍了回弹控制方法的发展状况,分析了模具结构修正法和压成形工艺控制的发展概况。 研究了有限元数值模拟回弹计算的具体过程,并分别对前处理、有限元分析和后处理及其关键技术进行了介绍,系统分析了板料成形回弹模拟中材料模型、单元类型、单元尺寸、本构方程、有限元算法、接触和摩擦法则、积分点选取、虚拟凸模速度等模拟参数的选取对回弹模拟精度的影响。分析表明:采用小尺寸的薄板壳单元、采用显式算法的接触法则、采用经典的库仑摩擦定律计算摩擦力和积分点取7个高斯积分点能提高回弹模拟的精确度。 以细长形支腿为研究对象,实现了其成形过程的数值模拟。分别研究了压边力、毛坯形状、不同的工件结构设计、材料性能参数等对回弹的影响,得到了不同参数对工件回弹的影响规律。研究结果表明:回弹角随压边力的增大、凸模圆角半径和凸凹模间隙的增大而增大,随板料厚度、摩擦系数、材料硬化指数和弹