Eren Billur Eren Billur
技术经理

用模拟预测回弹

2021年9月2日


听起来很简单,不是吗?毕竟,从20世纪80年代开始,就有关于使用有限元分析(FEA)预测回弹的论文,许多商业上可用的软件包为模具设计人员提供了方便的FEA功能。然而,尽管有了这些进步,我们仍然听说车间加工模具表面两次或两次以上。出了什么问题?

Springback-Simple数学

图1为了理解回弹预测的挑战,让我们先了解它背后最简单的数学。考虑拉伸试验,拉伸试样会使试样伸长。如果试验使试样低于其屈服点,当去除载荷时,试样的总长度应等于其原始长度(即拉伸试验前)。

但是,如果拉伸试验载荷超过试件的屈服强度,其最终长度取决于:

1)卸载前应力状态(σr

2)材料卸荷行为(Eu).

回弹

计算压力

图2在去除载荷之前正确计算应力需要使用硬化曲线和屈服轨迹(参见《前沿》2021年6月号欧宝体育app好用吗).如果材料被简单拉伸(如拉伸试验),硬化曲线就足够了。然而,如果沿两个轴成形,我们还需要屈服轨迹。

此外,如果材料经历弯曲-不弯曲循环,例如拉伸珠,我们可能需要更复杂的数据来预测应力水平。由于鲍辛格效应,也称为运动硬化,材料在拉伸后施加的流动应力可能低于压缩下的预期。Yoshida和Uemori提出了最先进的确定金属板材流动应力的模型,被称为Y-U模型,被大多数板材成形模拟软件所使用。生成必要的数据需要进行拉伸压缩测试,这对于薄规格的高强度合金来说可能是棘手的,因为试样在高压缩载荷下可能会弯曲。在这些情况下,我们使用专门设计和制造的握把和防屈曲装置。

图3将Gen3高级高强度钢(AHSS)拉伸到约4%的真实塑性应变,然后将其压缩回3%,可使流动应力减小约40%(图1)。将同一钢压缩回原始形状,实验流动应力比未进行运动硬化的预测结果减小约15%(图1)。

卸货

如果流动应力低于预期,模具设计者应该过度预测回弹。然而,我们往往会低估它,因为我们假设一个恒定的卸载模量,它可能会随着塑性应变而降低。要捕捉这种效应,需要进行加载-卸载拉伸试验,相对于拉伸-压缩试验来说,相对容易,因为它不需要防屈曲预防措施。图2说明了在TWIP950 AHSS试样上进行这种测试的输出。卸载模量拟合为Y-U模型(图3)。

这些模型的影响

图4卸载模量明显影响回弹预测能力。还不相信吗?见图4。

拉力-压缩数据有多重要?没有它,几乎不可能预测在印刷车间观察到的弯曲和卷曲。

如果没有这两个数据集,回弹预测几乎总是会与车间的实际情况有很大差异。这两种模型都可能需要大量的时间和精力来进行必要的实验,然后将原始数据纳入模型。

但是,有几个软件包可以用来拟合原始数据。与返工模组所需的成本和时间相比,为模拟开发实验数据可能仍然是一项值得的投资。曼氏金融

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