基于数值模拟的L形件弯曲回弹预测研究

摘要

回弹是薄板冲压成形中最常见的缺陷之一，也是最难控制的缺陷，尤其是在弯曲成形过程中。近年来，有限元数值模拟技术已成为预测回弹的重要手段。但目前的回弹预测还不精确，如何提高薄板冲压成形数值模拟的精度日益成为回弹研究的难点和热点问题。
　　 本文以L形薄板弯曲回弹为研究对象，综合运用数值模拟技术和试验优化技术完成了对L形薄板弯曲回弹的预测和补偿研究。实验表明，本文采取的回弹预测方法可以将回弹预测误差控制在一定的范围内，采取的补偿措施在零件加工中取得了满意效果。本文研究工作主要有以下几个方面：
　　 1.影响回弹的因素非常复杂，在开展薄板弯曲回弹预测研究之前，对薄板弯曲回弹理论和薄板弯曲回弹数值模拟理论进行阐述，分析了各种工艺因素和数值模拟因素对薄板弯曲回弹数值模拟预测精度的影响趋势。
　　 2.采用有限元法对薄板弯曲回弹进行数值模拟。薄板弯曲成形过程采用动态显式算法，薄板卸载后的回弹过程采用静态隐式算法。
　　 3.通过正交试验设计法和均匀试验设计法安排多因素多水平条件下L形薄板弯曲回弹数值模拟试验方案，通过对结果数据的整理分析可以得出：均匀试验设计法更适合于对L形件进行弯曲回弹预测研究，它可以在取值范围内对更多水平进行试验，能更精确地表达各水平的特点及变化规律，寻找出的工艺条件更为可靠。
　　 4.试验因素中，厚向积分点数量对回弹的影响非常显著；相对弯曲半径和模具间隙对回弹有比较显著的影响；而摩擦因数对回弹的影响不显著。各因素最优取值范围为：厚向积分点数量的取值范围为2～5；模具间隙的取值范围为0.98t～1.02t；相对弯曲半径的取值范围为R/t≤3；摩擦因数的取值范围为0.10～0.16。
　　 5.建立L形补偿片零件回弹回归预测模型。利用遗传算法对二次非线性回归方程进行优化，得到回弹回归预测模型取得θmin值时取值范围内各因素的最优取值。
　　 6.对各因素水平的最优组合进行数值模拟，选取回弹数值模拟预测值θmin作为模具几何型面回弹补偿量，设计L形补偿片零件加工成形模具。经实际加工验证，该预测值能够较好地补偿零件成形回弹，提高零件成形精度。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状综述

1.2.1引言

1.2.2弯曲回弹的理论研究

1.2.3弯曲回弹的实验研究

1.2.4弯曲回弹的预测方法研究

1.2.5弯曲回弹的补偿方法研究

1.3课题研究意义及主要内容

第2章薄板弯曲回弹理论

引言

2.1弯曲过程的应力分析

2.1.1弹性变形阶段

2.1.2弹塑性变形阶段

2.1.3纯塑性变形阶段

2.2回弹过程的应力分析

2.2.1弯曲变形区的变形与回弹

2.2.2非变形区的变形与回弹

2.3影响弯曲回弹的工艺因素

2.3.1材料的机械性能

2.3.2弯曲方式

2.3.3弯曲角

2.3.4相对弯曲半径

2.3.5模具间隙

2.3.6摩擦

2.3.7零件复杂程度

2.4本章小结

第3章薄板弯曲回弹数值模拟理论

引言

3.1有限元法的基本原理

3.2薄板弯曲回弹数值模拟的相关理论

3.2.1有限元方程的建立

3.2.2运动方程求解的时间积分和步长控制

3.2.3材料本构关系

3.2.4有限单元类型及算法

3.2.5接触摩擦处理

3.3影响薄板弯曲回弹数值模拟精度的主要因素

3.3.1材料模型

3.3.2板料网格单元尺寸

3.3.3模具圆角处单元类型及尺寸

3.3.4虚拟凸模速度

3.3.5有限元算法

3.3.6摩擦特性

3.3.7厚向积分点数量

3.4成形回弹数值模拟求解过程

3.5本章小结

第4章数值模拟方案的优化

引言

4.1正交试验设计法

4.1.1正交设计试验方案的建立

4.1.2有限元模型的建立

4.1.3试验结果数据求解

4.1.4试验结果数据直观分析

4.1.5方差分析

4.2均匀试验设计法

4.2.1均匀设计试验方案的建立

4.2.2有限元模型的建立

4.2.3回归分析

4.3正交试验设计与均匀试验设计对比

4.3.1试验点代表性比较

4.3.2试验工作量比较

4.3.3综合分析

4.4本章小结

第5章 L形件弯曲回弹预测算例及实验验证

引言

5.1 L形补偿片零件弯曲回弹预测算例

5.1.1零件工艺性分析

5.1.2均匀设计试验方案的建立

5.1.3有限元模型的建立

5.1.4数值模拟结果直观分析

5.1.5回归分析

5.2回弹预测实验研究

5.2.1实验研究的目的

5.2.2零件弯曲实验

5.2.3结果数据分析

5.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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