基于ANSYS的鋼板的沖壓回彈分析

1 引言
在汽車、航空、家電等工業(yè)部門,許多構(gòu)件是用板料沖壓成形生產(chǎn)的。板料成形過(guò)程牽涉到幾何非線性、材料非線性和邊界條件非線性的復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題。在多數(shù)動(dòng)態(tài)金屬成形工序中,高度非線性過(guò)程導(dǎo)致在坯料中產(chǎn)生大量的彈性應(yīng)變能,存儲(chǔ)的彈性能在成形壓力消失后釋放,使坯料向著原有幾何構(gòu)形變形。因此,在板金屬成形過(guò)程中最后的形狀不僅僅取決于模具的輪廓形狀,也取決于坯料在塑性變形時(shí)存儲(chǔ)的彈性能總量。因?yàn)樵谧冃尾糠执鎯?chǔ)的彈性能總量是許多過(guò)程參數(shù) (如材料性質(zhì),二表面間的載荷 )的函數(shù),在成形時(shí)期預(yù)測(cè)回彈是特別復(fù)雜的。
金屬板料沖壓成型是利用金屬塑性變形的特點(diǎn),通過(guò)對(duì)金屬板料施加壓力,使其產(chǎn)生塑性變形從而獲得所需要的形狀。由于板料沖壓成型過(guò)程包含大位移、大變形等十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象,使得對(duì)其成型控制非常困難,以前更多的是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)的方法制造出合乎要求的產(chǎn)品,其過(guò)程需要花費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。隨著有限元模擬技術(shù)的迅速發(fā)展,利用有限元軟件模擬金屬板料沖壓成型過(guò)程及分析其回彈量已成為可能,本文介紹了利用有限元軟件Ansys對(duì)金屬板料沖壓成型過(guò)程進(jìn)行模擬和回彈分析的方法。
2 模型的建立及計(jì)算討論
如圖1所示,鋼板沖壓模型由兩部分組成,分別是被沖壓件鋼板和沖壓的剛性模具。在計(jì)算中采用剛-柔接觸計(jì)算模型分析。把鋼板假設(shè)為柔性件,模具為剛性件不考慮其變形。

圖1 鋼板沖壓的有限元模型 圖2 鋼板沖壓的接觸單元

計(jì)算中鋼板采用雙線性等向強(qiáng)化模型,來(lái)考慮沖壓過(guò)程中的彈塑性變形。其計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 計(jì)算中主要的參數(shù)

本文沖壓模擬分為兩個(gè)階段,第一個(gè)階段為剛性模具進(jìn)行沖壓階段,第二階段為回彈計(jì)算,計(jì)算中假設(shè)整個(gè)過(guò)程為準(zhǔn)靜態(tài)。在計(jì)算回彈時(shí)采用微量卸載來(lái)保證數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性。其個(gè)階段的計(jì)算結(jié)果如下:

圖3到圖8給出了沖壓不同階段的鋼板的等效應(yīng)力。由以上各圖可以看出沖壓初始階段壓力較大處主要集中于中間的上下表面,然后最大應(yīng)力從中間鋼板的上下表面向鋼板內(nèi)部發(fā)展;同時(shí)應(yīng)力從鋼板中間向兩邊傳播。當(dāng)沖壓進(jìn)行1/2階段時(shí),最大應(yīng)力發(fā)生在模具的圓角于鋼板的接觸處。沖壓第一階段結(jié)束后,最大應(yīng)力達(dá)到0.153e10Pa,位置在鋼板的中間。在抽模階段發(fā)生了鋼板回彈,應(yīng)力發(fā)生釋放現(xiàn)象。最大應(yīng)力降到0.732e9Pa,下降幅度達(dá)到52%。因此,在沖壓過(guò)程中由于回彈造成的應(yīng)力釋放應(yīng)該給予足夠的重視。