分部弯曲技术及其机理研究

论文摘要

弯曲是最为普遍的成形方法之一,在金属板料冲压成形中占有很大比例。板料弯曲成形后由于残余应力的作用不可避免地会产生回弹现象,在U形件的弯曲成形过程中回弹是最重要的缺陷形式,对U形件弯曲回弹问题的研究不仅可以解决简单U形件的弯曲回弹问题,而且可以为其它类U形件以及复杂零件的回弹问题提供分析和解决的方法。影响回弹的因素非常复杂,目前还没有关于回弹的精确的理论表达式。上世纪90年代以来,国际上广泛采用有限元法来模拟板料的冲压及回弹过程,本文使用有限元模拟,结合弹塑性本构关系对板料的成形与回弹进行研究。本文回顾了回弹预测的研究历史,介绍了用于回弹预测的解析法、试验法和有限元数值模拟方法,以及国内外学者在这些方面做出的成就。介绍了回弹控制的研究状况。本文叙述了连续介质力学和金属变形基础理论,介绍了在板料冲压数值模拟技术中大变形增量有限元分析方法,求解算法和若干关键技术,为数值模拟选择合适的分析参数提供理论依据。本文以板料纯弯曲为例,分析了回弹产生的行为过程和力学原理,根据该分析,提出将整体弯曲分成若干部分(局部)弯曲,依次接续完成各个部分(局部)弯曲的分部弯曲技术。并以U形件弯曲为例,分别采用整体弯曲、整体拉伸弯曲、分部弯曲三种成形方法进行了成形及回弹模拟。通过对比三种成形方式所得零件的回弹量可知,分部弯曲可以有效地减小U形件的最大弯曲回弹量。本文针对U形件弯曲回弹,对比整体弯曲和分部弯曲两种技术,进行了一系列数值模拟试验,研究了若干参数(弯曲圆角半径、模具间隙、板料厚度、材料力学性能等)对回弹量的影响,研究了采用分部弯曲技术时,所划分的各部分的长度比例,各个部分的弯曲接续顺序等对最后回弹量的影响。本文还对复杂形状的类U形件,分别采用整体弯曲、整体拉伸弯曲以及分部弯曲三种方法进行成形及回弹过程模拟,结果表明:对特定形状的零件,采用精心设计的分部弯曲技术可以有效改变零件成形过程中的应力应变分布历史,从而减小零件的最大回弹量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 回弹分析的理论研究
• 1.3 回弹问题的实验研究
• 1.4 FEM在回弹问题分析中的应用
• 1.5 弯曲回弹的控制方法
• 1.6 本文的主要内容
• 第2章 板料成形基本理论
• 2.1 非线性变形理论基础
• 2.1.1 物体的构型
• 2.1.2 变形梯度与变形张量
• 2.1.3 物体的应变度量
• 2.1.4 物体的应力度量
• 2.2 塑性变形力学基础
• 2.2.1 屈服准则
• 2.2.2 流动准则
• 2.2.3 塑性本构关系
• 2.3 数值模拟的有限元方法
• 2.3.1 大变形增量问题的T.L.方法和U.L.方法
• 2.3.2 有限元模拟的关键技术
• 2.4 小结
• 第3章 分部弯曲技术
• 3.1 弯曲件回弹机理
• 3.1.1 弯曲变形过程应力分析
• 3.1.2 弯曲件回弹分析
• 3.2 分部弯曲方法
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 工艺方法
• 3.3 工艺对比
• 3.3.1 整体弯曲成形及回弹模拟
• 3.3.2 拉伸弯曲成形及回弹模拟
• 3.3.3 分部弯曲成形及回弹模拟
• 3.4 小结
• 第4章 U形件分部弯曲回弹影响因素分析
• 4.1 整体弯曲成形及回弹模拟
• 4.1.1 压边力的影响
• 4.1.2 零件圆角半径的影响
• 4.1.3 板料厚度的影响
• 4.1.4 凸凹模间隙的影响
• 4.1.5 材料性能的影响
• 4.1.6 材料硬化指数的影响
• 4.2 分部弯曲成形及回弹模拟
• 4.2.1 A→B方式成形
• 4.2.2 分三部分成形
• 4.3 小节
• 第5章 复杂形状零件分部弯曲回弹模拟分析
• 5.1 整体弯曲成形及回弹模拟
• 5.1.1 成形过程数值模拟
• 5.1.2 弯曲零件的回弹模拟
• 5.1.3 拉伸弯曲零件的回弹模拟
• 5.2 分部弯曲成形及回弹模拟
• 5.2.1 成形工艺的确定
• 5.2.2 第二步弯曲成形及回弹模拟
• 5.3 小节
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表