板料成形性能及CAE分析课件.ppt

1、本教材主要内容本教材主要内容1第一章第一章 板料成形性能理论板料成形性能理论234567第二章第二章 板料成形极限理论板料成形极限理论第三章第三章 板料成形性能评估及测试板料成形性能评估及测试第四章第四章 板料成形有限元理论板料成形有限元理论第五章第五章 板料成形板料成形CAECAE分析关键技术分析关键技术第六章第六章 基于基于DYNAFORMDYNAFORM软件进行金属板料成形软件进行金属板料成形CAECAE分析分析 第七章第七章 基于基于PAMSTAMPPAMSTAMP软件进行金属板料成形软件进行金属板料成形CAECAE分析分析第一章 板料成形性能理论本章主要内容本章主要内容1第一节第一节

2、 板料成形性基本理论板料成形性基本理论23第二节第二节 板料成形有限元理论发展概述板料成形有限元理论发展概述第三节第三节 板料成形板料成形CAECAE分析技术发展概述分析技术发展概述第一节 板料成形性基本理论一、板料成形性能一、板料成形性能根据根据GB/T 15825.1-2008GB/T 15825.1-2008定义：板料成形性就是指金属板料对各种冲压成形定义：板料成形性就是指金属板料对各种冲压成形加工的适应能力。其中具有最佳成形性能的材料应具有如下特点：加工的适应能力。其中具有最佳成形性能的材料应具有如下特点：均匀分布均匀分布应变；承受平面内压缩应力而无起皱现象；可以达到较高应变而无颈缩和

3、应变；承受平面内压缩应力而无起皱现象；可以达到较高应变而无颈缩和断裂；承受平面内剪切应力而无断裂；零件贴膜性良好；保持表面光断裂；承受平面内剪切应力而无断裂；零件贴膜性良好；保持表面光洁，防止表面损伤。洁，防止表面损伤。（1 1）板料加工性能）板料加工性能板料加工阶段所需要的加工性能，一般来说包含两个方面即冲剪性、成形板料加工阶段所需要的加工性能，一般来说包含两个方面即冲剪性、成形性。冲剪性是指板料在冲裁工序中的适应能力性。冲剪性是指板料在冲裁工序中的适应能力,主要体现在冲裁后板料断面的质主要体现在冲裁后板料断面的质量情况。成形性是指板料适应各种成形加工的能力，包括对拉深、弯曲、胀形量情况。成

4、形性是指板料适应各种成形加工的能力，包括对拉深、弯曲、胀形以及伸长类翻边（包括扩孔）这四类成形方法的适应能力。主要体现在成形过以及伸长类翻边（包括扩孔）这四类成形方法的适应能力。主要体现在成形过程中的抗破裂性、贴模性和形状冻结性。程中的抗破裂性、贴模性和形状冻结性。1 1）成形极限（抗破裂性）成形极限（抗破裂性）板料成形中，板料在单向和双向拉应力条件下抵抗缩颈和破裂的能力，也板料成形中，板料在单向和双向拉应力条件下抵抗缩颈和破裂的能力，也就是在成形过程中不发生破裂而所能达到的就是在成形过程中不发生破裂而所能达到的最大变形程度最大变形程度。成形极限分为总体。成形极限分为总体成形极限和局部成形极限

5、。成形极限和局部成形极限。第一节 板料成形性基本理论总体成形极限反映板材失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大总体成形极限反映板材失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变形程度，一般用压延系数、翻边系数、相对弯曲半径等来表示；局部变形程度，一般用压延系数、翻边系数、相对弯曲半径等来表示；局部成形极限反映的是板材失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度，可用成形极限反映的是板材失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度，可用坐标网格法来求得。坐标网格法来求得。2 2）贴模性）贴模性贴模性是指板料在加工过程中取得模具形状的能力。影响贴膜性的贴模性是指板料在加工过程中取得模具形状的能力。影响贴膜性的因素很多，

6、比如成形过程中的起皱、翘曲、塌陷和鼓起都会降低板材的因素很多，比如成形过程中的起皱、翘曲、塌陷和鼓起都会降低板材的贴膜性。贴膜性。3 3）形状冻结性）形状冻结性 形状冻结性是指板料脱模后保持其与模具内部行腔相同形状的能力。形状冻结性是指板料脱模后保持其与模具内部行腔相同形状的能力。影响形状冻结性的主要因素是回弹，板料脱模后，因回弹超出控制范围影响形状冻结性的主要因素是回弹，板料脱模后，因回弹超出控制范围而产生较大形状误差。而产生较大形状误差。第一节 板料成形性基本理论二、板料成形应力、应变问题二、板料成形应力、应变问题从本质上看，板料成形就是在力的作用下使板料产生相应的塑性变从本质上看，板料成

7、形就是在力的作用下使板料产生相应的塑性变形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定板料成形性质的基本因形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定板料成形性质的基本因素。根据变形区应力状态和变形特点进行的板料成形分类方法，可以把素。根据变形区应力状态和变形特点进行的板料成形分类方法，可以把成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。绝大多数板料成形过程中，变形区均处于平面应力状态。通常在板料绝大多数板料成形过程中，变形区均处于平面应力状态。通常在板料表面上不受外力的作用表面上不受外力的作用,可以认为垂直于板面方向上的应力为零

8、。使板可以认为垂直于板面方向上的应力为零。使板料毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由料毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布的：的：基于这样的分析基于这样的分析,可以把所有各种形式的冲压成形中的毛坯变形区可以把所有各种形式的冲压成形中的毛坯变形区的受力状态与变形特点，在平面应力坐标系中的受力状态与变形特点，在平面应力坐标系中(板料变形应力图板料变形应力图)与相应与相应的两向应变坐标系中的两向应变坐标系中(板料变形应变图板料变形

9、应变图)以应力与应变坐标决定的位置来以应力与应变坐标决定的位置来表示。表示。图图1-11-1和图和图1-21-2分别分别简要描述一下板料成形中的应力应变问题，简要描述一下板料成形中的应力应变问题，表表示为板料成形应变图与板料成形应力图。把各种应力状态在板料成形应示为板料成形应变图与板料成形应力图。把各种应力状态在板料成形应力图和板料成形应变图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表力图和板料成形应变图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表1-1-1 1，表（，表（1-21-2）中列出了伸长类变形与压缩类变形在板料成形工艺方面的）中列出了伸长类变形与压缩类变形在板料成形工艺方面的特点。特点。第一节

10、 板料成形性基本理论 第一节 板料成形性基本理论三、板料成形工艺分类及特点三、板料成形工艺分类及特点板料的成形工艺主要包括有：板料的成形工艺主要包括有：弯曲，拉深，翻边，胀形弯曲，拉深，翻边，胀形等，当然依据等，当然依据不同的生产要求也会有不同分类方法，这里就依据以上分类方法简要的不同的生产要求也会有不同分类方法，这里就依据以上分类方法简要的讲解下各个讲解下各个工艺分类的特点工艺分类的特点。（1 1）弯曲）弯曲弯曲是指将金属板料（也包括棒料、管料）成形弯成一定的角度和曲弯曲是指将金属板料（也包括棒料、管料）成形弯成一定的角度和曲率，从而获得所需形状工件的成形工艺称为弯曲。根据弯曲成形方式的率，

11、从而获得所需形状工件的成形工艺称为弯曲。根据弯曲成形方式的不同，弯曲方法分为不同，弯曲方法分为压弯、折弯、滚弯、拉弯压弯、折弯、滚弯、拉弯等，但最常见的是用弯曲等，但最常见的是用弯曲模在普通压力机上进行弯曲。通过对弯曲工艺进行网格分析及应力、应模在普通压力机上进行弯曲。通过对弯曲工艺进行网格分析及应力、应变分析，可获得弯曲变形的变形特点；变分析，可获得弯曲变形的变形特点；第一节 板料成形性基本理论1 1）弯曲变形的过程和特点）弯曲变形的过程和特点以以V V形件弯曲为例说明弯曲的变形过程，形件弯曲为例说明弯曲的变形过程，V V形件弯曲是一种很普通的板形件弯曲是一种很普通的板料弯曲，其弯曲过程如图

12、料弯曲，其弯曲过程如图1-31-3所示。所示。图图1-3 1-3 弯曲过程弯曲过程研究材料的冲压变形规律，常采用画网格的方法进行辅助分析。如图研究材料的冲压变形规律，常采用画网格的方法进行辅助分析。如图1-41-4所示，先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格，所示，先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格，观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出板料的变形特点板料的变形特点。第一节 板料成形性基本理论 图图1-41-4材料弯曲前后的网格变化材料弯曲前后的网格变化 图图1-51-5弯曲角与弯曲带中心角弯曲角与弯曲带中心角弯曲变形区的位

13、置弯曲变形区的位置弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内，弯曲后工件如图弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内，弯曲后工件如图1-51-5所示，所示，弯曲带中心角为弯曲带中心角为 ，而弯曲后直边部分的弯曲角为，而弯曲后直边部分的弯曲角为 ，两者的关系，两者的关系为：为：。应变中性层应变中性层在外侧伸长与内侧压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层，在外侧伸长与内侧压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层，称为应变中性层。称为应变中性层。180第一节 板料成形性基本理论变形区厚度和板料长度变形区厚度和板料长度根据试验所知：弯曲半径与板厚之比根据试验所知：弯曲半径与板厚之比r/tr/t较小时（

14、较小时（r/tr/t4 4），），弯曲中弯曲中性层向内偏移性层向内偏移。中性层内移的结果是：内层纤维长度缩短，导致厚度增。中性层内移的结果是：内层纤维长度缩短，导致厚度增加：外层纤维伸长，厚度相应变薄。由于厚度增加量小于变薄量，因此加：外层纤维伸长，厚度相应变薄。由于厚度增加量小于变薄量，因此板料总厚度在弯曲变形区内变薄。同时，由于体积不变，故变形区的变板料总厚度在弯曲变形区内变薄。同时，由于体积不变，故变形区的变薄使板料长度略有增加。薄使板料长度略有增加。变形区的断面变形区的断面内层受压缩，宽度增加；外层受拉深，宽度减小。这种状况由于板料内层受压缩，宽度增加；外层受拉深，宽度减小。这种状况由

15、于板料的宽度不同又有所区别：当板料相对宽度的宽度不同又有所区别：当板料相对宽度b/tb/t3(3(宽板宽板)时，材料在宽度时，材料在宽度方向的变形受到相邻材料的制约，阻力大，流动困难，横截面尺寸几乎方向的变形受到相邻材料的制约，阻力大，流动困难，横截面尺寸几乎不变，基本保持为矩形；而当板料相对宽度不变，基本保持为矩形；而当板料相对宽度b/tb/t3(3(窄板窄板)时，宽度方向时，宽度方向变形的约束较小，断面变成了内宽外窄的扇形。变形的约束较小，断面变成了内宽外窄的扇形。图图1-6 1-6 窄板弯曲后的断面变化窄板弯曲后的断面变化第一节 板料成形性基本理论2 2）弯曲变形时的应力、应变状态分析）

16、弯曲变形时的应力、应变状态分析由于板料的相对宽度由于板料的相对宽度b/tb/t对板料宽度方向的应力、应变影响很大。对板料宽度方向的应力、应变影响很大。因此，应力、应变值随之变化较大。具体见表因此，应力、应变值随之变化较大。具体见表1-31-3与图与图1-71-7。表表1-3 1-3 弯曲应力应变状态弯曲应力应变状态第一节 板料成形性基本理论（2 2）拉深）拉深拉深是在拉深模具的作用下，板平面内产生切向压应力和径向压应拉深是在拉深模具的作用下，板平面内产生切向压应力和径向压应力，坏料通过拉深凹模向立壁流动，使板料成形为空心零件，或浅的空力，坏料通过拉深凹模向立壁流动，使板料成形为空心零件，或浅的

17、空心毛坯成形为更深的空心零件的冲压工序。心毛坯成形为更深的空心零件的冲压工序。拉深变形总是与弯曲、胀形拉深变形总是与弯曲、胀形等其它的变形方式同时发生。在拉深加工中，拉深系数等其它的变形方式同时发生。在拉深加工中，拉深系数m=d/D(m=d/D(凸模直径凸模直径/毛坯直径毛坯直径)或它的倒数拉深比或它的倒数拉深比R=D/dR=D/d是决定工序成败及制件质量的最主是决定工序成败及制件质量的最主要的工艺参数。在生产中，要的工艺参数。在生产中，常用最小拉深系数或最大拉深比作为拉深变常用最小拉深系数或最大拉深比作为拉深变形的加工极限。形的加工极限。1 1）拉深变形的过程）拉深变形的过程 图图1-8是圆

18、筒形零件的是圆筒形零件的 拉深变形过程示意图。拉深变形过程示意图。第一节 板料成形性基本理论2 2）拉深变形的应力应变状态）拉深变形的应力应变状态从拉深件的纵截面上观察，厚度和硬度沿筒壁纵向是变化的，变化从拉深件的纵截面上观察，厚度和硬度沿筒壁纵向是变化的，变化规律，如图规律，如图1-91-9所示。图所示。图1-101-10所示为拉深过程中的某一时刻的状态，其所示为拉深过程中的某一时刻的状态，其中：中：、是板料径向的应力与应变：是板料径向的应力与应变：、是板料厚度方向的应力与应是板料厚度方向的应力与应变；变；、是板料切向的应力与应变。根据应力、应变的不同，可将板料是板料切向的应力与应变。根据应

19、力、应变的不同，可将板料划分为五个区域讨论：划分为五个区域讨论：II平面凸缘区：这是主要的变形区；平面凸缘区：这是主要的变形区；凸缘凸缘过渡圆角区；过渡圆角区；筒壁区；筒壁区；底部圆角过渡区；底部圆角过渡区；筒底区。筒底区。123123第一节 板料成形性基本理论（3 3）胀形）胀形所谓胀形，是使金属板料或毛坯件中间的局部位置上产生鼓凸变形，所谓胀形，是使金属板料或毛坯件中间的局部位置上产生鼓凸变形，从而获得其表面积增大的零件的一种冲压成形方法。从而获得其表面积增大的零件的一种冲压成形方法。如图如图1-121-12所示，只所示，只在大面积坯料的局部处产生鼓凸变形而外法兰部分不产生变形。在大面积坯

20、料的局部处产生鼓凸变形而外法兰部分不产生变形。胀形的方法很多。按其成形的面积来分有：胀形的方法很多。按其成形的面积来分有：局部胀形。局部胀形。包括平板坯料的局部胀形，如压筋条、凹坑、花纹等；包括平板坯料的局部胀形，如压筋条、凹坑、花纹等；管子坯料的局部胀形，如波纹管及自行车中接头等的成形。管子坯料的局部胀形，如波纹管及自行车中接头等的成形。整体胀形。整体胀形。如摩托车、自行车挡泥板及飞机蒙皮等的成形。如摩托车、自行车挡泥板及飞机蒙皮等的成形。大曲面胀形。大曲面胀形。如汽车车身的外如汽车车身的外 罩板零件及其它大曲率半径面上罩板零件及其它大曲率半径面上 的很浅胀形，这种胀形的平均延的很浅胀形，这

21、种胀形的平均延 伸率大约为伸率大约为1 1-3-3左右。按其冲左右。按其冲 头结构来分，有刚模胀形和软模胀形。头结构来分，有刚模胀形和软模胀形。第一节 板料成形性基本理论胀形总体变形特点：胀形总体变形特点：胀形变形区在拉应力作用下产生伸长变形工序。胀形变形区在拉应力作用下产生伸长变形工序。在变形区的大部分位置上应力应变特点，如图在变形区的大部分位置上应力应变特点，如图1-131-13所示。所示。1 1）胀形的应变分布与变形状态）胀形的应变分布与变形状态胀形变形区的应变都是胀形变形区的应变都是伸长变形伸长变形，材料厚度变薄。但出于摩擦力的，材料厚度变薄。但出于摩擦力的关系，变形区的伸长变形并不均

22、匀，在某个位置上最为严重，该部分的关系，变形区的伸长变形并不均匀，在某个位置上最为严重，该部分的处应变最先达到最大、板厚成为最薄处。平底冲头与球形冲头胀形的应处应变最先达到最大、板厚成为最薄处。平底冲头与球形冲头胀形的应变分布变形状态的一般规律，如图变分布变形状态的一般规律，如图1-141-14所示。所示。第一节 板料成形性基本理论冲头转角处是一个重要位置。在圆角半径小的场合，应变会集中在冲头转角处是一个重要位置。在圆角半径小的场合，应变会集中在冲头角部弯曲半径部位附近。用平冲头时，如图冲头角部弯曲半径部位附近。用平冲头时，如图1-14a1-14a实线所示的冲头实线所示的冲头转角侧面，由于冲头

23、转角部位摩擦力的影响，其头部材料流向侧壁受到转角侧面，由于冲头转角部位摩擦力的影响，其头部材料流向侧壁受到阻碍，转角处受到拉深、弯曲、弯曲回弹等作用后，从冲头转角到稍稍阻碍，转角处受到拉深、弯曲、弯曲回弹等作用后，从冲头转角到稍稍靠侧壁的地方，受拉深最大而使板厚减小。与此相比，凹模转角处因未靠侧壁的地方，受拉深最大而使板厚减小。与此相比，凹模转角处因未受到弯曲回弹等影响，故拉深变形较小。受到弯曲回弹等影响，故拉深变形较小。当冲头是一曲面时，球冲头的应变分当冲头是一曲面时，球冲头的应变分布情况，如图布情况，如图1-14a1-14a虚线所示。应变分布会虚线所示。应变分布会比较平缓，应变的峰值点也容

24、易受到摩擦的比较平缓，应变的峰值点也容易受到摩擦的影响而有所变动。影响而有所变动。变形状态如图变形状态如图1-14b1-14b所示，切向和径向所示，切向和径向应变都是拉一拉范围，处于第一象限内。应变都是拉一拉范围，处于第一象限内。显显然球形冲头胀形比平冲头然球形冲头胀形比平冲头(柱形冲头柱形冲头)更有利。更有利。第一节 板料成形性基本理论（4 4）翻边）翻边翻边是将金属平板坯料或半成品工件的某一部分，沿其一定的轮廓翻边是将金属平板坯料或半成品工件的某一部分，沿其一定的轮廓线使其内法兰部分变大、成为有竖边边缘零件的冲压成形方法，也有不线使其内法兰部分变大、成为有竖边边缘零件的冲压成形方法，也有不

25、变成竖边，只把坯料中某一部分的孔径加以扩大的。变成竖边，只把坯料中某一部分的孔径加以扩大的。像富奇汽车灯架零像富奇汽车灯架零件件,其加工过程中就有一道翻边工序或称扩孔工序。该工序是将内孔为其加工过程中就有一道翻边工序或称扩孔工序。该工序是将内孔为 的毛坯变成的毛坯变成 (图图1-151-15中虚线所示中虚线所示)的内孔零件。通常的内孔零件。通常,翻边是指圆孔翻边是指圆孔翻边翻边(或内孔翻边或内孔翻边)，如图，如图1-151-15所示，将坯料上的预加工小孔所示，将坯料上的预加工小孔 处的内环处的内环形部分，成形为直径为形部分，成形为直径为 零件的竖边，即为一种典型的翻边工序。零件的竖边，即为一种

26、典型的翻边工序。0d1d0d1d第一节 板料成形性基本理论1 1）翻边过程）翻边过程从图从图1-161-16所示翻边过程可知，翻边是在冲头作用下，坯料的内环形所示翻边过程可知，翻边是在冲头作用下，坯料的内环形(外孔为外孔为 、内径为、内径为 )部分逐渐变成了竖边的直壁部分。显然，这个内部分逐渐变成了竖边的直壁部分。显然，这个内环形部分即为变形区环形部分即为变形区(A(A区区)，已翻成竖边的壁部为传力区，已翻成竖边的壁部为传力区(B(B区区)，外法兰，外法兰部分为不变形区部分为不变形区(D(D区区)。其变形区的应力，应变特点与拉深不同：如图。其变形区的应力，应变特点与拉深不同：如图1-16a1-

27、16a所示，所示，它是在双向拉应力作用下，其中最主要是在切向拉应力作它是在双向拉应力作用下，其中最主要是在切向拉应力作用下，产生最大的切向拉应变，变形区材料变薄。用下，产生最大的切向拉应变，变形区材料变薄。1d0d第一节 板料成形性基本理论2)2)翻边过程应力应变状态翻边过程应力应变状态翻边过程中应力应变的分布情况及规律如图翻边过程中应力应变的分布情况及规律如图1-171-17所示。图中很直观所示。图中很直观地显示出了变形过程中某一瞬时的径向应变和切向应变的大小及分布，地显示出了变形过程中某一瞬时的径向应变和切向应变的大小及分布，还显示出了径向应力与切向应力的规律，为翻边极限变形程度的度量提还

28、显示出了径向应力与切向应力的规律，为翻边极限变形程度的度量提供了依据。供了依据。第一节 板料成形性基本理论3)3)翻边极限的影响因素翻边极限的影响因素材料的性能。材料的性能。一般说来，材料的延伸率越大，极限翻边系数越小，一般说来，材料的延伸率越大，极限翻边系数越小，翻边变形的极限变形程度越大。同时加工硬化指数翻边变形的极限变形程度越大。同时加工硬化指数n n值和各向异性系值和各向异性系数数r r值也对翻边性能有影响，值也对翻边性能有影响，n n值、值、r r值越大，极限翻边系数越小，翻值越大，极限翻边系数越小，翻边变形的极限变形程度越大。边变形的极限变形程度越大。预加工小孔的加工方法。预加工小

29、孔的加工方法。预加工小孔一般用冲孔或钻孔加工。预加工小孔一般用冲孔或钻孔加工。冲头的形状。冲头的形状。冲头形状对极限翻边系数有较大影响，将翻边冲头冲头形状对极限翻边系数有较大影响，将翻边冲头头部形状加工成锥形、球形及抛物线形比柱形冲头好。头部形状加工成锥形、球形及抛物线形比柱形冲头好。材料的相对厚度。材料的相对厚度。材料的相对厚度值越大，其极限翻边系数越小。材料的相对厚度值越大，其极限翻边系数越小。第一节 板料成形性基本理论 四、板料成形缺陷四、板料成形缺陷（1 1）弯曲成形缺陷）弯曲成形缺陷1 1）弯曲裂纹与最小相对弯曲半径）弯曲裂纹与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的

30、强度极限时板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的强度极限时,对于同一对于同一种材质的板料而言，能否出现裂纹取决于种材质的板料而言，能否出现裂纹取决于r/tr/t的大小。的大小。最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径rmin/trmin/t影响最小相对弯曲半径的因素影响最小相对弯曲半径的因素a.a.材料的力学性能。材料的力学性能。材料的塑性越好，其最大伸长率值越大。材料的塑性越好，其最大伸长率值越大。b.b.弯曲中心角弯曲中心角 。弯曲中心角。弯曲中心角 越大，最小相对弯曲半径越大，最小相对弯曲半径rmin/trmin/t越小。越小。c.c.板料的热处理状态。板料的热处理状态。经退火的板材塑性好，经

31、退火的板材塑性好，rmin/trmin/t较小。冷变形硬较小。冷变形硬 化的板材塑性降低，化的板材塑性降低，rmin/trmin/t较大。较大。d.d.板料的边缘及表面状况。板料的边缘及表面状况。e.e.板料的弯曲方向。板料的弯曲方向。第一节 板料成形性基本理论2 2）弯曲件的回弹）弯曲件的回弹塑性弯曲时和所有塑性变形一样，伴有弹性变形，当变形结束，工塑性弯曲时和所有塑性变形一样，伴有弹性变形，当变形结束，工件不受外力作用时，由于中性层附近纯弹性变形以及内、外区总变形中件不受外力作用时，由于中性层附近纯弹性变形以及内、外区总变形中弹性变形部分的恢复，使弯曲件的弯曲中心角和弯曲半径变得与模具的弹

32、性变形部分的恢复，使弯曲件的弯曲中心角和弯曲半径变得与模具的尺寸不一致，这种现象称为尺寸不一致，这种现象称为弯曲件的回弹弯曲件的回弹(也称弹复或回跳也称弹复或回跳)。影响回弹的主要因素影响回弹的主要因素a.a.材料的力学性能材料的力学性能 如图如图1-191-19b.b.相对弯曲半径相对弯曲半径r/tr/t 如图如图1-20 1-20 c.c.弯曲角弯曲角d.d.工件形状工件形状e.e.弯曲方式弯曲方式第一节 板料成形性基本理论减少回弹的措施减少回弹的措施弯曲工件因回弹而产生形状和尺寸误差，很难获得合格的工件，为弯曲工件因回弹而产生形状和尺寸误差，很难获得合格的工件，为此，要采取减小回弹的措施

33、。此，要采取减小回弹的措施。a.a.在工件设计上，改进结构，可以促使回弹角减小。在工件设计上，改进结构，可以促使回弹角减小。使弯曲件回弹困使弯曲件回弹困难，并提高弯曲件的刚度。难，并提高弯曲件的刚度。b.b.采用弹性模数大、屈服极限低、机械性能稳定的材料。采用弹性模数大、屈服极限低、机械性能稳定的材料。c.c.在工艺上，采用校正弯曲代替自由弯曲。在工艺上，采用校正弯曲代替自由弯曲。对冷变形硬化的硬材料，对冷变形硬化的硬材料，可先退火使屈服极限降低，减少回弹，弯曲后再淬硬。可先退火使屈服极限降低，减少回弹，弯曲后再淬硬。d.d.在模具结构上，利用弯曲回弹规律与改变变形区应力状态来减小回在模具结构

34、上，利用弯曲回弹规律与改变变形区应力状态来减小回弹。弹。综上所述，弯曲对材料的要求主要有二个，一是为避免弯曲裂纹，材综上所述，弯曲对材料的要求主要有二个，一是为避免弯曲裂纹，材料要有好的塑性，具体是料要有好的塑性，具体是较高的延伸率较高的延伸率。二是为减少回弹，材料要有。二是为减少回弹，材料要有低低的屈服强度的屈服强度。第一节 板料成形性基本理论（2 2）拉深成形缺陷）拉深成形缺陷拉深过程的主要破坏形式是拉深过程的主要破坏形式是凸缘的起皱和底部圆角和直壁相切处的凸缘的起皱和底部圆角和直壁相切处的开裂。开裂。1 1）起皱）起皱起皱是一种塑性变形失稳现象，起皱的原因有三点：起皱是一种塑性变形失稳现

35、象，起皱的原因有三点：压应力所带来压应力所带来压杆失稳，变形区的应力不均匀和剪应力作用。压杆失稳，变形区的应力不均匀和剪应力作用。对于圆筒形件的起皱主对于圆筒形件的起皱主要是由于凸缘的切向压应力超过了板材临界压应力引起压杆失稳。起皱要是由于凸缘的切向压应力超过了板材临界压应力引起压杆失稳。起皱有两种形式；一种是压边圈下凸缘材料的起皱，一般称为外皱；另一种有两种形式；一种是压边圈下凸缘材料的起皱，一般称为外皱；另一种是其他位置的起皱，一般称为内皱。是其他位置的起皱，一般称为内皱。拉深过程中影响起皱的主要因素拉深过程中影响起皱的主要因素a.a.板料的相对厚度板料的相对厚度t/Dt/Db.b.拉深系

36、数（拉深系数（m=d/Dm=d/D）c.c.模具工作部分几何形状模具工作部分几何形状 与普通的平端面凹模相比，锥形凹模与普通的平端面凹模相比，锥形凹模(见图见图1-21)1-21)可以保证板料预变形，减小流入过程中的摩擦阻力和可以保证板料预变形，减小流入过程中的摩擦阻力和弯曲变形阻力，因此，起皱趋向小。凹模圆角半径弯曲变形阻力，因此，起皱趋向小。凹模圆角半径减小，凸缘板料流入凹模洞口阻力增大，起皱趋向减小。减小，凸缘板料流入凹模洞口阻力增大，起皱趋向减小。第一节 板料成形性基本理论防止起皱的措施防止起皱的措施a.a.采用便于调节压边力的压边装置采用便于调节压边力的压边装置b.b.采用锥形凹模采

37、用锥形凹模 如图如图1-211-21c.c.采用拉深筋采用拉深筋 如图如图1-221-22d.d.采用反拉深采用反拉深 如图如图1-231-23 第一节 板料成形性基本理论2 2）拉裂）拉裂拉深件产生拉裂的根本原因在于拉深件产生拉裂的根本原因在于筒壁下端与外围角相接处，即危险筒壁下端与外围角相接处，即危险截面处的应变过大导致壁厚过分变薄，无法承受最大拉应力所致截面处的应变过大导致壁厚过分变薄，无法承受最大拉应力所致。影响筒形件拉裂的主要因素：影响筒形件拉裂的主要因素：板料力学性能的影响板料力学性能的影响拉深系数拉深系数m m的影响的影响凹模圆角半径的影响凹模圆角半径的影响凸模圆角半径的影响凸模

38、圆角半径的影响摩擦的影响摩擦的影响压边力的影响压边力的影响影响拉深破裂的因素很多，其中影响拉深破裂的因素很多，其中材料性能、凸、凹模圆角半径和摩材料性能、凸、凹模圆角半径和摩擦系数擦系数产生的影响比较显著。因此，合理确定材料、凸、凹模圆角半径产生的影响比较显著。因此，合理确定材料、凸、凹模圆角半径和使用润滑对于防止拉深破裂具有决定性的意义。和使用润滑对于防止拉深破裂具有决定性的意义。第二节 板料成形有限元理论发展概述一、有限元法的孕育过程及诞生和发展一、有限元法的孕育过程及诞生和发展在在300300年前，年前，牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该运算具有整体牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该

39、运算具有整体对局部的可加性。积分运算为实现有限元技术准备好了一个理论基础。对局部的可加性。积分运算为实现有限元技术准备好了一个理论基础。牛顿之后约一百年，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方牛顿之后约一百年，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方程组的解法。程组的解法。在在1818世纪世纪，另一位数学家拉格郎日提出泛函分析。泛函分析是将偏微，另一位数学家拉格郎日提出泛函分析。泛函分析是将偏微分方程改写为积分表达式的另一途经。分方程改写为积分表达式的另一途经。在在1919世纪末及世纪末及2020世纪初，世纪初，数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运

40、用展开函数来表达其上的未知函数。用展开函数来表达其上的未知函数。19151915年，年，数学家伽辽金提出了选择展开函数中形函数的伽辽金法，该数学家伽辽金提出了选择展开函数中形函数的伽辽金法，该方法被广泛地用于有限元。方法被广泛地用于有限元。19431943年，年，数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分片地使用展开函数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分片地使用展开函数来表达其上的未知函数。这实际上就是有限元的做法。数来表达其上的未知函数。这实际上就是有限元的做法。所以，到这时为止，实现有限元技术的第二个理论基础也已确立。所以，到这时为止，实现有限元技术的第二个理论基础也已确立。2020世纪世纪

41、5050年代，年代，波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得前述的两为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得前述的两个离散的成功。个离散的成功。19601960年前后，美国的年前后，美国的R.W.CloughR.W.Clough教授及我国的冯康教教授及我国的冯康教授分别独立地在论文中提出了授分别独立地在论文中提出了“有限单元有限单元”，这样的名词。此后，这，这样的名词。此后，这样的叫法被大家接受，有限元技术从此正式诞生。样的叫法被大家接受，有限元技术从此正式诞生。第二节 板料成形

42、有限元理论发展概述二、有限元法的基本思想二、有限元法的基本思想有限元方法（有限元方法（FEMFEM）的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思）的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个，互不重叠的单元，在每个单元内，选择一想是把计算域划分为有限个，互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

43、变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。值函数形式，便构成不同的有限元方法。对于有限元方法，其解题步骤可归纳为：对于有限元方法，其解题步骤可归纳为：（1 1）建立积分方程根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理。）建立积分方程根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理。（2 2）剖分区域单元。）剖分区域单元。（3 3）确定单元基函数。）确定单元基函数。（4 4）进行单元分析。）进行单元分析。（5 5）总体合成。）总体合成。（6 6）处理边界条件。）处理边界条件。（7 7）求解有限元方程。）求解有限元方程。第二节 板料成

44、形有限元理论发展概述三、有限元的应用及其发展趋势三、有限元的应用及其发展趋势有限元的应用范围也是相当的广的。它涉及到有限元的应用范围也是相当的广的。它涉及到工程结构、传热、流工程结构、传热、流体运动、电磁体运动、电磁等连续介质的力学分析中，并在等连续介质的力学分析中，并在气象、地球物理、医学气象、地球物理、医学等等领域得到应用和发展。当今国际上领域得到应用和发展。当今国际上FEAFEA方法和软件发展呈现出以下一些方法和软件发展呈现出以下一些趋势特征趋势特征:a.a.从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题b.b.由求解线性工程问题进展到分析非线性

45、问题由求解线性工程问题进展到分析非线性问题 c.c.增强可视化的前置建模和后置数据处理功能增强可视化的前置建模和后置数据处理功能 d.d.与与CADCAD软件的无缝集成软件的无缝集成e.e.在在WintelWintel平台上的发展平台上的发展 第三节 板料成形CAE分析技术发展概述（1 1）CAECAE技术简要发展历程技术简要发展历程CAECAE技术自技术自4040年代年代计算机和计算机和5050年代年代有限元方法出现以来，有限元方法出现以来，CAECAE技术和这技术和这些学科互为支撑、互相依存，都得到了飞速发展。在西方发达国家，些学科互为支撑、互相依存，都得到了飞速发展。在西方发达国家，60

46、60年代初年代初的有限元结构分析程序的有限元结构分析程序今日今日CAECAE软件的前身，大多局限于专用软件的前身，大多局限于专用于某个领域的一类问题。凭借发达国家的科技优势和市场经济的环境，于某个领域的一类问题。凭借发达国家的科技优势和市场经济的环境，6060年代末、年代末、7070年代初年代初已经出现专门研发销售有限元分析软件、为使用有已经出现专门研发销售有限元分析软件、为使用有限元软件提供顾问咨询的公司。限元软件提供顾问咨询的公司。CAECAE软件近期的主要发展方向：软件近期的主要发展方向：首先，为用户提供更多的功能和采用更多的新出现的方法；首先，为用户提供更多的功能和采用更多的新出现的方

47、法；其次，其次，CAECAE与先进的设计理念和工具紧密结合，将与计算机辅助创新与先进的设计理念和工具紧密结合，将与计算机辅助创新技术和工具相结合，开发出更加智能化的技术和工具相结合，开发出更加智能化的CAECAE产品。产品。第三，高性能计算技术的发展都给第三，高性能计算技术的发展都给CAECAE软件提供了新的发展空间。最软件提供了新的发展空间。最后，在不断扩大后，在不断扩大CAECAE软件覆盖面的同时，针对特殊的行业需求，形成软件覆盖面的同时，针对特殊的行业需求，形成专用性很强的专用性很强的CAECAE软件也是重点。软件也是重点。第三节 板料成形CAE分析技术发展概述（2 2）CAECAE软件

48、简介软件简介从广义上说，计算机辅助工程包括很多，但是传统的从广义上说，计算机辅助工程包括很多，但是传统的CAECAE主要指用主要指用计算机计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。可分为专用和性能的可用性和可靠性。可分为专用CAECAE软件和通用软件和通用CAECAE软件。软件。1 1）应用）应用CAECAE软件对工程或产品进行性能分析和模拟时，一般要经历以软件对工程或产品

49、进行性能分析和模拟时，一般要经历以下三个过程：下三个过程：前处理：对工程或产品进行建模，建立合理的有限元分析模型。前处理：对工程或产品进行建模，建立合理的有限元分析模型。有限元分析：对有限元模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有有限元分析：对有限元模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有限元系统求解和有限元结果生成。限元系统求解和有限元结果生成。后处理：根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用后处理：根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设

50、计方案的合理性。算结果与设计方案的合理性。第三节 板料成形CAE分析技术发展概述l2 2）CAECAE软件的基本结构中包含以下模块：软件的基本结构中包含以下模块：la.a.前处理模块前处理模块lb.b.有限元分析模块有限元分析模块lc.c.后处理模块后处理模块l3 3）CAECAE关键技术关键技术lCAECAE技术是一门涉及许多领域的多学科综合技术，其关键技术有以下技术是一门涉及许多领域的多学科综合技术，其关键技术有以下几个方面几个方面:la.a.计算机图形技术计算机图形技术 lb.b.三维实体造型三维实体造型 lc.c.数据交换技术数据交换技术 ld.d.工程数据管理技术工程数据管理技术le