一种薄板自由曲面弯曲回弹预测方法与流程

本发明涉及板材冲压加工领域，尤其涉及一种薄板自由曲面弯曲回弹预测方法。

背景技术：

金属板材冲压成形是采用模具和冲压设备，使板材发生塑性变形，并获得所需要零件形状的技术。板材冲压是一种常用的塑性成形方法，具有生产效率高、低成本、低消耗、操作简单、容易实现机械化和自动化等诸多优点，被广泛的应用于航空航天、机械仪表、汽车工业、电气工程等工业领域。冲压成形过程存在弹塑性变形、摩擦磨损、接触触碰等复杂的物理现象。由于存在这些复杂的物理现象，导致精确控制冲压成形过程较为困难，不可避免出现起皱、拉裂、回弹、开裂等缺陷。

在板材弯曲成形工艺中，当成形完成后移开模具时，工件内的残余应力得到释放，使得弯曲件的形状和尺寸与模具尺寸不一致，影响了零件的最终弯曲成形，出现回弹现象。回弹现象将影响弯曲件的形状精度和尺寸精度。当回弹量超过一定范围，就会成为一种缺陷，将影响到与其他零件的装配及其使用。

而金属板材的回弹是弯曲成形时常见的现象，也是困扰冲压领域的技术难题。对于板材的弯曲回弹，研究集中在u形件、v形件或者u形件和v形件组合等的回弹。而薄板材弯曲成形不规则自由曲面的零件后，零件的应力分布是不连续的，其回弹机理更为复杂，回弹预测更为困难，本发明针对薄板材弯曲成形不规则自由曲面零件回弹难以预测的问题，通过将自由曲面划分成平面和数个曲率半径不同的小弧面，采用对冲压件截面线中性层的曲线段和直线段连接处端点斜率加成的方法，得到回弹后直线段的方程，根据中性层长度不变原理预测曲线段的回弹情况，实现对薄板材不规则自由曲面弯曲回弹的预测，解决冲压件曲面区域和平面区域连接处回弹干涉，薄板材不规则自由曲面弯曲回弹难以预测，多次修模造成成本高，效率底的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对薄板(0.2mm-4mm)的自由曲面弯曲过程出现回弹，导致零件形状精度和尺寸精度出现偏差，从而影响其使用，提出对弯曲件中性层的曲线段和直线段进行分段处理，采用对冲压件截面线中性层的曲线段和直线段连接处端点斜率加成的方法，计算得到多段弯曲的曲线段和直线段的回弹。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种薄板自由曲面弯曲回弹的预测方法，包括如下步骤：

绘制弯曲零件的中性层截面图，并建立坐标系；

对所述中性层截面图的曲线段和直线段进行分段处理，并记录分段点坐标；

确定弯曲卸载后的曲率半径ρ′，具体通过下式计算：

式中，σs表示材料屈服强度，e表示材料弹性模量，t表示零件厚度，ρ表示弯曲半径；

确定弯曲角回弹量δα，具体通过下式计算：

式中，c表示与材料性质有关的常数，n表示加工硬化系数，α表示弯曲角；

计算上述各曲线段弯曲半径ρ′和弯曲角回弹量δα，绘制弯曲回弹后的新曲线段；

根据直线段两端点，计算两直线段中点；

取直线段连接两新曲线段，计算新曲线段和直线段的连接点，计算两个连接点的切线斜率，取两切线斜率平均值作为直线段弯曲后的斜率值，令该线段过中点，计算确定弯曲回弹后的新直线段方程；

移动并旋转新曲线段，使其与新直线段相切于新直线段两端点；

得到完全回弹的多段弯曲线。

本发明的有益效果是：

本发明提出对弯曲件中性层的曲线段和直线段进行分段处理，采用对冲压件截面线中性层的曲线段和直线段连接处端点斜率加成的方法，计算得到多段弯曲的曲线段和直线段的回弹。

附图说明

图1为本发明实施例冲压薄板零件中性层截面图；

图2为本发明实施例中中性层截面图分段处理示意图；

图3为本发明实施例中新曲线段示意图；

图4为本发明实施例中回弹后的多段弯曲线示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例中以优质碳素结构钢08al为例，屈服强度σs：249mpa，弹性模量e：203280mpa，厚度t：3mm，假设板料为全塑性弯曲，忽略板料变薄，仅考虑中性层变化。

(1)绘制如图1所示的冲压薄板零件截面图，所需弯曲零件的中性层截面，并建立坐标系；

(2)如图2所示，对所绘制的自由弯曲零件截面进行曲线和直线段分段处理，分段为曲线段s1，s2；直线段l1，l2，l3。取分段点a1，a2，a3，a4，并记录坐标，a1(0.00mm，95.00mm)，a2(67.18mm，67.18mm)，a3(134.35mm，0.00mm)，a4(168.94mm，-13.89mm)；

(3)取其中各弧形弯曲段，计算其弯曲半径ρ′和弯曲角回弹量δα，绘制弯曲回弹后的新曲线段，如图3所示。

①计算弧形弯曲段弯曲半径ρ′：其中ρs1＝ρs2＝95mm＝0.095m，t＝3mm＝0.003m；则：

式中，σs表示材料屈服强度，e表示材料弹性模量，t表示零件厚度，ρ表示弯曲半径；

②计算弯曲角回弹量δα：

由于该板料为全塑性弯曲，则取n＝0，c＝σs，

式中，c表示与材料性质有关的常数，n表示加工硬化系数，α表示弯曲角；

根据计算得到的弯曲段半径和回弹角及中性层长度不变可以绘制回弹后的曲线段s1’和s2’，l1’和l3’可沿弯曲回弹后曲线短线的切向作为回弹方向，绘制得到如图3所示的弯曲回弹曲线l1’，s1’，s2’，l3’，且l2与s1和s2的连接点a2和a3改变为点n和点m。

(4)根据l2直线段两端点a2(67.18mm，67.18mm)，a3(134.35mm，0.00mm)，计算得直线中点p(97.91mm，33.59mm)。

(5)取直线段l2连接两弧线的新端点n，m，测得n的切向量：(-0.7386，0.6742)；m的切向量：(-0.7523，0.6588)，计算得到n，m点的切线斜率为b2＝-0.9128，b3＝-0.8757，则直线段弯曲回弹后的斜率为回弹后直线段过p(97.91mm，33.59mm)，则直线段l2回弹后的方程为y＝-0.8943x+121.15；由于回弹前后中性层长度不变且l2＝95mm，以p为中点，可绘制回弹后直线段l2’，并求得新直线段的两端点：a2’(62.50mm，65.25mm)，a3’：(133.63mm，1.93)。

(6)移动s1’和s2’两弯曲回弹线，并旋转使得弯曲弧线与该线相切于l2’两端点a2’(n)和a3’(m)。l1’与l3’与s1’和s2’分别相切于点a1’和a4’，得到回弹后的多段弯曲线，如图4所示。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。