煤矿u型钢梁制作（高强钢U形件回弹影响因素研究）

煤矿u型钢梁制作（高强钢U形件回弹影响因素研究）2有限元模型的建立图1 DP590材料工程应力-应变曲线表2 材料性能参数1.2 应力应变曲线以GB/T 228.1-2010试验标准开展拉伸试验，根据试验数据得出的真实应力-应变曲线，如图1所示。

1试验材料

1.1 材料性能参数

试验研究的是DP590高强钢，其化学成分如表1所示，性能参数如表2所示。

表1 材料化学成分 ( 质量分数 )

表2 材料性能参数

1.2 应力应变曲线

以GB/T 228.1-2010试验标准开展拉伸试验，根据试验数据得出的真实应力-应变曲线，如图1所示。

图1 DP590材料工程应力-应变曲线

2有限元模型的建立

2.1 模型建立

依据NUMISHEET2011国际标准案例以及实际生产中常用的梁类件的尺寸，确定U形件所用板料尺寸为100 mm×360 mm×1.2 mm，装配二维结构如图2所示，模具零件各部分的几何尺寸如表3所示。依据图纸在UG NX软件中完成建模，装配爆炸结构如图3所示。然后将其导入Dynaform 处理，对其进行网格划分和基本工艺参数设置，如图4所示。

图2 装配二维结构

1.凸模 2.压边圈 3.板料 4.凹模

表3 模具零件几何尺寸

图3 装配爆炸图

图4 网格模型

2.2 回弹原因及评价标准

板料在冲压过程中会产生大量的弹性变形能，在冲压结束阶段，由于载荷的卸载会使之前产生的弹性变形能释放，使内应力发生重组，由此改变了零件的形状，板料就产生了回弹缺陷。

现选择用U形件中部截面衡量回弹情况，如图5所示。通过测量面AB与面CD夹角θ的余角μ表征回弹大小，μ角度越大，表示回弹幅度越大。

图5 回弹角度

3回弹角度影响因素探究

影响冲压件回弹的因素主要有模具结构、板料形状及力学性能、冲压工艺参数。针对U形件结构及冲压过程特点，选取了压边力、摩擦系数、板料厚度、凸模圆角半径等4个主要因素，探究不同因素对回弹角度变化的影响规律。

3.1 压边力的影响

采用DP590高强钢厚度为1.2 mm，摩擦系数为0.125，在凸、凹模间隙（G1）为1.2 mm的条件下探究压边力对回弹的影响规律。压边力依次从10~120 kN进行成形回弹模拟设置。模拟得到的压边力对回弹角度影响如表4、图6所示。

表4 压边力与回弹的关系

图6 压边力对回弹角度的影响

由图6可知，零件的回弹角度表现先增大后减小的趋势。由表4可知，当压边力在10~120 kN变化时，回弹角度最大变化幅度为5.216°，说明压边力的控制对于回弹角度的影响较为明显。

造成上述现象的原因：当压边力较小时零件成形以弯曲为主，板料在凸模的作用下产生弯曲应力，凸模卸载以后弯曲应力被释放，导致回弹增大；当压边力增大到一定程度时，材料的塑性变形量增加，使板料弹性变形的释放量减小，回弹也因此减小。

3.2 摩擦系数的影响

在压边力为40 kN及凸、凹模间隙为1.2 mm的条件下探究摩擦系数对回弹的影响规律，摩擦系数由0.025~0.275依次进行成形模拟回弹，得到的摩擦系数对回弹角度影响如表5、图7所示。

表5 摩擦系数与回弹的关系

图7 摩擦系数对回弹角度的影响

由表5可知，当摩擦系数在0.025~0.275变化时，回弹角度最大变化幅度为4.676°，说明摩擦系数的控制对于回弹角度的影响较为明显。由图7可知，板料的回弹角度随着摩擦系数的增加呈先增大后减小的趋势。造成上述现象的原因：在初始情况下，由于摩擦系数小，材料的摩擦阻力就小，板料的成形过程以弯曲为主，回弹量大；随着摩擦系数逐渐增大，材料的摩擦阻力也随之增加，当摩擦阻力足够大时，板料的边缘部分难以移动，零件的成形过程以塑性变形为主，当凸模被卸载后，板料会释放较小的弹性势能，因此板料产生的回弹会随之减小。

3.3 板料厚度因素的影响

在压边力为40 kN及凸、凹模间隙为1.2 mm、摩擦系数为0.125、凸模半径为R5 mm的条件下探究板料厚度对回弹的影响规律，板料厚度从1.0~1.8 mm依次进行成形模拟回弹，得到的厚度对回弹角度的影响如表6、图8所示。

表6 板料厚度与回弹的关系

图8 板料厚度对回弹角度的影响

由表6可知，当板料厚度在1.0 mm~1.8 mm变化时，回弹角度最大变化幅度达8.511°，在选定4个因素中回弹角度变化幅度最大，说明板料厚度的控制对于回弹角度的影响相对最为明显。由图8可知，板料的回弹角度会随着板料厚度的增加而减小。这主要是因为在凸模圆角保持不变的情况下，板料越厚，其弯曲半径与板厚之比就越小，因此板料的弯曲变形相对较小，弹性变形在总变形程度中所占比例较低，当凸模被卸载后，板料产生的回弹也随之减小。

3.4 凸模圆角半径的影响

在压边力为40 kN，摩擦系数为0.125的条件下探究凸模圆角半径对回弹的影响规律，凸模圆角半径由R3~7 mm依次递增进行成形模拟回弹，得到的凸模圆角半径对回弹角度的影响如表7、图9所示。

表7 凸模圆角半径与回弹的关系

图9 凸模圆角半径对回弹角度的影响

由表7和图9可知，凸模圆角半径由3 mm增大至7 mm时，回弹角度由6.388°增加至8.553°，这是由于随凸模圆角半径增大，与板料接触的圆角区域随之增大，弯曲变形也随之增大，回弹呈增加趋势。由表7可知，当凸模圆角半径在3~7 mm变化时，回弹角度最大变化幅度仅为2.165°，在选定4个因素中回弹角度变化幅度最小，说明其影响最小。

▍原文作者:胡海朝 1 3赵淑怡 1 2

▍作者单位：1. 天津中德应用技术大学；2. 天津光电聚能专用通讯设备有限公司；3. 河北工业大学