1、第51卷第2期 锻压装备与制造技术 Vo15 1 N02 CHINA METALFORMlNG EQUIPMENTMANUFACTURING TECHNOLOGY 2016年4月 Apr2016 宽板弯曲应变中性层内移及板厚变薄规律的探讨 胡一博，程培元，朱兴元 (武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉430070) 摘要：利用数值模拟方法对宽板v形弯曲过程进行研究，确定了相对弯曲半径对应变中性层位置以及变薄系数的影响。结果表 明：随着弯曲过程的进行，相对弯曲半径减小，应变中性层内移系数与相对弯曲半径符合指数函数模型，变薄系数与相对弯曲半 径符合指数函数模型。 关键词：宽板弯曲；应变中性层；
2、数值模拟；变薄系数 中图分类号：TG3863+1 文献标识码：A DOI：1016316jissn16720121201602023 文章编号：16720121(2016)02008803 弯曲成形工艺中，在弯曲力矩的作用下，板材产 生变形。在板材变形区域内，其内层切向受到压应力 作用，相应产生压应变；外层切向受到拉应力作用， 产生拉应变；而板材的变形又具有连续性，所以，板 料中间必有一个切向应变为零的层面，即应变中性 层【“。长期实践证明，宽板弯曲过程中，板厚度会不断 变薄圜。因此，在确定弯曲毛坯展开尺寸时，就必须考 虑应变中性层内移以及变薄量带来的影响 。 本文通过研究宽板的V形弯曲来分析
3、应变中性 层内移以及变薄系数随着相对弯曲半径的变化规 律。常用的研究方法有解析方法、数值方法和实验方 法。笔者通过数值方法对宽板V形弯曲过程中应变 中性层以及变薄系数的变化进行定量分析，得出了 一些规律。 1研究方案 11有限元模型建立 宽板弯曲变形时，当弯曲件在宽度方向的尺寸 远大于其厚度时，板料宽度方向的变形可近似为零， 此时宽板弯曲问题可以简化为平面应变问题5I。采用 有限元软件DEFORM一2D对成形过程进行模拟。有 限元模型如图1所示。 12有限元分析模拟条件 影响宽板弯曲应变中性层位置和板厚的因素主 收稿日期：20150826；修订日期：201510一l1 作者简介：胡一博(199
4、2一)，男，硕士在读，主攻冲压工艺优化研究。 Email：carey_hu126corn 、 、上模 ， 坯料 、 、 , 、下模 、 图1有限兀模型不意图 要是相对弯曲半径 。本文通过建立宽板弯曲模型， 并随着弯曲过程的进行，对变薄系数叼和应变中性 层内移系数A与相对弯曲半径 之问的关系进行 研究。模拟过程中不考虑上下模的变形，模具属性为 刚性体，坯料选用1O号钢作为理想刚塑性模型的材 料。成形速度为1mms，上下模具圆角半径为01mm， 下压量为30ram。坯料和模具的温度均为常温，模具 与坯料问摩擦边界条件按常剪切因子摩擦模型施 加。 13研究方法 如图2所示，把宽板划分15层单元格，由
5、外层 到内层依次为第1层到第15层。 层层层 图2板厚方向层数示意图 通常使用应变中性层内移系数A来描述应变中 性层内移程度的大小问。即板厚方向上，应变中性层 一88 胡一博，等：宽板弯曲应变中性层内移及板厚变薄规律的探讨 第2期 越接近内层，内移系数人的值越趋近于0。由此可 知，应变中性层内移系数A值越小，应变中性层内移 程度越大。 由于弯曲变形初期，相对弯曲半径 很大，此时 对变薄系数叩和应变中性层的内移系数人的影响不 大，所以把弯曲变形后期，即相对弯曲半径rtlO作 为研究重点。 2模拟结果分析 21 A与rf的关系 弯曲变形过程中，每一层的节点坐标变化可以 追踪，在网格足够小的情况下，
6、每一层的长度值等于 相邻节点的距离值的叠加。这样每一层长度变化就 可以追踪。图3所示为初始板厚to=2mm时，每一层 长度 随着相对弯曲半径 的变化关系。图中从上 至下实线依次是第1层到第15层的长度。虚线表示 初始层长，即应变中性层长度。 吕 喽 图3每层长度L与rt的变化图 由此可知，虚线所在位置即为弯曲变形过程中 应变中性层所在位置。通过插值法可以求出应变中 性层内移系数A与相对弯曲半径rc的关系。 如图4所示为在初始板厚to=2mm下，应变中性 层内移系数A与相对弯曲半径 关系的模拟结果 与拟合结果对比图。由图可见，随着弯曲程度的增 加，相对弯曲半径 逐渐减小，应变中性层内移系 数也随
7、之减小。从弯曲初期到相对弯曲半径rt=4 时，应变中性层内移系数 减小缓慢，基本维持在 05左右，即该弯曲变形阶段，应变中性层内移程度 极小。当相对弯曲半径 4时，应变中性层内移系 数A开始明显减小，即弯曲变形后期，应变中性层内 淤 翟 啮 导 图4 A与 关系的模拟结果与拟合结果对比图 移程度越来越大。 通过数据拟合发现，应变中性层内移系数A与 相对弯曲半径 的关系符合指数函数模型y=伽 + ce 。不同初始板厚t。下，拟合结果如表1所示，拟合 结果只在参数上有所差别。 表1不同初始板厚to下拟合结果 to=15ram to=2mm to=25ram 口 04883 04864 05028
8、b 00O1768 0002503 -0000997 C -02114 -02214 -02318 -09858 一102 -08226 图5是在不同初始板厚t。下，应变中性层内移 系数A与相对弯曲半径 关系的拟合结果对比图， 由图5可知，在不同初始板厚t。下，应变中性层内移 系数A与相对弯曲半径 的关系基本一致。 垛 啮 导 相对弯曲半径 图5不同t。下A与 关系图 22变薄系数 与相对弯曲半径rf的关系 宽板弯曲时，变形初期，相对弯曲半径较大，板 厚基本不变，随着变形进一步增大，板厚开始发生减 薄现象，因此把探究重点放在弯曲变形后期(即相对 弯曲半径rt3)，把弯曲变形后期的下压量进行细
9、化，使得能够更准确地分析板厚的变薄系数 ，7(即弯 一89 第51卷 锻压装备与制造技术 曲过程中实时厚度t与板坯原始厚度t。之比)的变 化。 图6是初始板厚为2ram时，变薄系数叩与相对 弯曲半径rt之间关系的模拟结果与拟合结果图。由 图可见，随着弯曲过程的进行，相对弯曲半径 逐 渐减小，变薄系数 也逐渐减小，即弯曲程度越来越 大，宽板的变薄程度也越来越大。从弯曲初期到相对 弯曲半径rt=25时，变薄系数叼接近1，说明此段过 程变薄的程度极小。当相对弯曲半径rt25时，随着 相对弯曲半径rt的减小，变薄系数叼也急剧减小。 即宽板弯曲变形过程中，板厚的减薄阶段主要发生 在相对弯曲半径rt25时
10、。 相对弯曲半径 图6“与 关系的模拟结果与拟合结果对比图 通过数据拟合可发现，变薄系数田与相对弯曲 半径 符合指数函数模型y= 缸+ce 。对于不同的 初始板厚to，模拟结果如表2所示。 表2不同初始板厚to下拟合结果 to=15mm to=2mm to=25mm 0989 09889 09894 b 0001131 Ooo1054 000101 C 02016 01932 -01748 J d -1985 1792 1476 图7是不同初始板厚t。下，变薄系数叼与相对 弯曲半径 关系的拟合结果对比图，从图中可以看 出，不同初始板厚t。下，变薄系数叼与相对弯曲半径 的关系基本致。 3拟合结果
11、验证 通过查表法啊得出相对弯曲半径 与各工艺参 数变化关系，并与初始板厚2ram的拟合值进行对 比。图8为拟合值和查表值的对比图，拟合值与查表 1 098 096 094 瓤O92 o9 制088 O86 084 082 踏 岳 f 犍 图7不同t。下叼与 关系的拟合结果对比图 相对弯曲半径 图8 to=2mm时拟合值与查表值对比图 值基本一致，证明了拟合值的可靠性。 4结论 (1)通过数值分析发现，应变中性层内移系数 与相对弯曲半径rt的关系满足指数函数模型：y=ae + ce 。不同的初始板厚拟合结果仅表现出参数上的差 异，且区别不大。 (2)变薄系数叼与相对弯曲半径 的关系符合 指数函数
12、模型：y=aeh+ce 。不同的初始板厚拟合结果 仅表现出参数上的差异，且区别不大。 一90 O O O O 0 O 0 0 槭 第51卷第2 锻压装备与制造技术 Vo15 1 No2 CHINA METALFORMING EQUIPMENTMANUF-ACTURlNG TECHNOL0GY 2016年4月 Apr2016 铝板冲压工艺及装备的发展 张 进 (上汽通用汽车有限公司整车制造工程部，上海201201) 摘要：近年来，随着汽车轻量化在世界范围内迅猛发展，铝板冲压自动化技术备受国内外学者关注。本文从铝板分张、传输、清洗、 对中以及废料处理等方面阐述了铝板冲压工艺及装备的发展。 关键词：
13、铝板冲压；工艺；装备；发展 中图分类号：TG3762 文献标识码：B DOI：1016316jissn16720121201602024 文章编号：16720121(2016)02009104 研究数据表明，若汽车整备质量降低10，燃油 效率可提高68；若滚动阻力减小10，燃油效 率可提高3。由此可见，伴随轻量化而来的突出优 点就是油耗的显著降低。尤其汽车车身约占汽车总 质量的30，对空载而言，约70的油耗是用在车身 收稿日期：20150917；修订日期：2015一l113 作者简介：张进(1981一)，男，整车制造部冲压设备规划主管。 E-mail：jin_zhangsaic-gmcorn
14、参考文献： 1】王成璞弯曲件的弯曲变形分析及中性层位移J模具技术， 2002，(4)：4344 2江荧宽板塑形弯曲成形时的厚度变化规D长沙：中南大学， 2007 【3李硕本冲压工艺学M】北京：机械工业出版社，1982 4】王孝培冲压手册【M】北京：机械工业出版社，1990 质量上，因此车身的轻质化对减轻汽车自重、提高整 车燃油经济性至关重要。 铝板的密度仅为钢板的13，是轻量化非常重 要的材料之一，目前在汽车车身的应用呈逐年递增 趋势，已从前几年的个别零件发展到如今整车覆盖 件全部为铝板。由于铝板材料没有磁性，密度低，原 钢板冲压线一般不能适应铝板的生产要求，需要进 行必要的设备改造。下面介绍
15、铝板冲压线的设备工 艺特点。 5贺广零，罗文波，卢晋福，等宽板弯曲成形过程中的板厚变化规 律J塑性工程学报，2006，13(6)：4851 6 肖景容，姜奎华冲压工艺学M】北京：机械工业出版社，1990 7高锦张塑形成形工艺与模具设计M1北京：机械工业出版社， 2007 Discussion about the change laws of strain neutral layer and plate thickness during wide plate bending process HU Yibo，CHENG Peiyuan，ZHU Xingyuan (School of Materia
16、ls Science&Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei China) Abstract：The bending process of wide plate has been studied by use of numerical simulation methodIt is determined that the position of strain neutral layer and thinning coefficient have been affected by the rela- tive be
17、nding radiusThe results show that the relative bending radius reduces with the bending process；the displacement Coefficient of the strain neutral layer and the relative bending radius have been fitted with the exp0nentia1 function model，while the thinning coefficient and the relative bending radius have been fitted with the exponential function mode1 Keywords：Wide plate bending；Numerical simulation；Strain neutral layer；Thinning coefficient 一91
