基于正交试验的高强钢板u 形件回弹分析研究

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1、基于正交试验的高强钢板U形件回弹分析研究徐　涛　胡小伟　吴　磊　徐　将　郝洪艳（南京工程学院材料工程学院，江苏南京210013）【摘　要】回弹是影响高强钢板制件冲压成形精度的重要因素。本文以典型U形件为研究对象、板料三维成形分析软件Dynaform为平台，基于正交试验研究了凸模半径、凹模半径、模具间隙、压边力、摩擦系数等因素对回弹变形量的影响。探讨了各因素对回弹变形量影响的主次顺序及影响规律，并得出最优的方案组合。最后对分析结果进行了模拟验证，为实际应用提供了理论依据。.jyqk模拟软件对高强钢板的U形弯曲成形与卸载回弹过程进行了有限元数值模拟，

2、并通过正交试验研究其几何、工艺参数对回弹的影响。由模拟结果分析出各因素对回弹变形量影响的变化趋势，并进行仿真预测，用于指导生产。1　U形件数值模拟分析1.1　分析模型建立U形件的弯曲基本模型如图1所示，材料为DP500，规格选取230mm×40mm×1mm。DP500钢板的主要性能指标见表1，其应力应变曲线见图3，成形所需压边力的大小如图4所示，最大值为54.3275kN。根据U形件弯曲时回弹的特点，采用如图2所示的特征角?准（工件底平面与侧壁间的夹角）来定量地评价回弹变形量。1.2　模拟分析方法的确定U形件弯曲回弹模拟分析包括成形模拟分析和回弹

3、模拟分析两个过程，而模拟分析算法一般包括静力隐式和动力显示两种算法。静力隐式算法需要构造和求解大型稀疏刚度矩阵，存储量大，计算时间长，求解速度慢，有时会存在不收敛的现象，但求解计算精度较高。动力显示算法则无需建立平衡迭代方程，即不需求解非线性方程组，亦不存在解的收敛性问题，效率高，适于求解各种复杂成形问题。但是对于求解准静态弯曲成形类问题，阻尼残差、惯性效应等动力显示算法固有的特点就转变为缺点，导致计算回弹时效率低，反而限制了回弹模拟精度的提高[3]。综上所述，解决弯曲回弹分析时可采用动静联合算法求解回弹问题，采用动力显示算法求解成形过程，然后将

4、其结果作为静力隐式算法的输入进行回弹计算。U形件网格模型、工具网格模型如图5、图6所示。2　U形弯曲回弹模拟影响因素分析2.1　正交试验设计利用正交表安排试验确定如下试验指标和设计变量。（１）试验指标选定工件的回弹变形量为考察指标。（２）设计变量影响板料回弹的因素有很多[4]，本文选取影响U形件弯曲回弹变形量大小的主要因素为：凸模半径Rp、凹模半径Rd、模具间隙c、压边力F、摩擦系数μ。（３）确定影响弯曲回弹指标的因子及水平将凸模半径Rp、凹模半径Rd、模具间隙c、压边力F、摩擦系数μ五个因素简称为因子A、B、C、D、E，并假设各因子之间不存在交

5、互作用。在各因子的取值范围内，每个因子均匀地取4个水平，如表2所示。根据因素及水平划分，采用五因素四水平的正交试验矩阵设计实验，采用正交表L16(45)，并且按照表3设置的参数作模拟试验同时取得考核指标影响变化规律，得到相应得正交表。在表3中考察了五因素四水平对U形件弯曲回弹变形量的影响，其全部不同的试验条件共有45个，根据正交试验设计，现在安排16次试验，试验目的是为了找到几何、工艺参数对弯曲回弹变形量影响的主次顺序和变化规律。2.2　正交试验结果对表3中16组试验方案进行成形模拟及回弹分析，得出正交试验回弹极差分析表和方差分析表如表4、表5所

6、示。最终所得各因素对U形件弯曲回弹变形量的影响效应曲线见图7。2.3　实验结果分析通常来说，“极差”代表着各因素不同水平下试验指标均值的最大值和最小值之差。由于各因素的水平改变会造成对试验指标的影响的不同，极差越大，说明该列因素的数值在试验范围内的变化，对试验指标的影响就越大，所以极差最大的列即为因素的水平对试验指标影响最大的因素，也就是最主要因素[5]。由此，由表4、表5分析得出：（1）影响U形件成形回弹的因素主次顺序为A>B>C>D>E,也即凸模圆角>凹模圆角>模具间隙>压边力>摩擦系数。（2）

7、最优组合为A1B1C2D3E3，即：凸模圆角为2mm，凹模圆角为3mm，模具间隙为1.3mm，压边力为50kN，摩擦系数为0.14。（3）从极差数值大小及方差分析表可以得出凸模圆角、凹模圆角为影响回弹变形量大小的主要因素。由图5分析可得（１）回弹变形量受凸模圆角影响最大，随凸模圆角增大而增大。这是因为凸模圆角越大，在料厚一定的情况下，则相对弯曲半径越大，弯曲变形程度越小，板料中性层两侧的纯弹性变形区越大，总变形内弹性变形量比重也越大，因而回弹变形量越大。（2）回弹变形量随着凹模圆角、模具间隙的增大而增大，但凹模圆角对回弹影响大于模具间隙。（3）随

8、着压边力的增大回弹变形量减小。当压边力增大到一定数值时，回弹将减小至接近零。因此，选择适当的压边力几乎可以消除回弹。（4）摩擦系数对回弹