1 引言
在汽車、航空、家電等工業部門,許多構件是用板料沖壓成形生產的。板料成形過程牽涉到幾何非線性、材料非線性和邊界條件非線性的復雜的力學問題。在多數動態金屬成形工序中,高度非線性過程導致在坯料中產生大量的彈性應變能,存儲的彈性能在成形壓力消失后釋放,使坯料向著原有幾何構形變形。因此,在板金屬成形過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存儲的彈性能總量。因為在變形部分存儲的彈性能總量是許多過程參數 (如材料性質,二表面間的載荷 )的函數,在成形時期預測回彈是特別復雜的。
金屬板料沖壓成型是利用金屬塑性變形的特點,通過對金屬板料施加壓力,使其產生塑性變形從而獲得所需要的形狀。由于板料沖壓成型過程包含大位移、大變形等十分復雜的物理現象,使得對其成型控制非常困難,以前更多的是通過反復試驗的方法制造出合乎要求的產品,其過程需要花費大量的時間和經費。隨著有限元模擬技術的迅速發展,利用有限元軟件模擬金屬板料沖壓成型過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對金屬板料沖壓成型過程進行模擬和回彈分析的方法。
2 模型的建立及計算討論
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。在計算中采用剛-柔接觸計算模型分析。把鋼板假設為柔性件,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

計算中鋼板采用雙線性等向強化模型,來考慮沖壓過程中的彈塑性變形。其計算參數如表1所示。

表1 計算中主要的參數

本文沖壓模擬分為兩個階段,第一個階段為剛性模具進行沖壓階段,第二階段為回彈計算,計算中假設整個過程為準靜態。在計算回彈時采用微量卸載來保證數值計算的穩定性。其個階段的計算結果如下:

圖3到圖8給出了沖壓不同階段的鋼板的等效應力。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,然后最大應力從中間鋼板的上下表面向鋼板內部發展;同時應力從鋼板中間向兩邊傳播。當沖壓進行1/2階段時,最大應力發生在模具的圓角于鋼板的接觸處。沖壓第一階段結束后,最大應力達到0.153e10Pa,位置在鋼板的中間。在抽模階段發生了鋼板回彈,應力發生釋放現象。最大應力降到0.732e9Pa,下降幅度達到52%。因此,在沖壓過程中由于回彈造成的應力釋放應該給予足夠的重視。