摘要：復合彎曲成形是一種高柔性的板料成形工藝。運用有限元方法分析了模切板刀片的復合彎曲成形，對成形過程中的回彈進行了研究。建立了外環轉角與彎曲回彈角度的關系，分析了內環圓角半徑對回彈的影響，對模切板刀片的成形具有一定的指導意義。
關鍵詞：模切板；彎曲成形；回彈；有限元方法

一、引言

包裝、玩具、汽車等工業部門中要大量使用模切板，模切板刀片是由彈簧鋼片經復合彎曲成形而成。復合彎曲成形就是利用設備對金屬板料多次彎曲，在彎曲過程中控制每次彎曲的角度、板料的進給量等參數，從而得到復合彎曲的異形件的一種工藝。復合彎曲成形屬累積局部成形，它不需模具，生產柔性大，只要通過控制合理的工藝參數就可使板料的側面形狀逼近復雜的曲線形狀如圖1，而且可實現成形過程的自動控制，特別適合小批量、多品種的模切板刀片的生產。
 
圖1S型模切板刀片的有限元仿真結果

回彈是金屬板料彎曲成形的一個主要缺陷。由于金屬板料在彎曲成形時總是伴隨著彈性變形，因此卸載后的回彈不可避免。如何預測彎曲成形卸載后的回彈大小，以提高產品的尺寸精度就變得異常重要。由于影響回彈的因素很多，因此運用常規的方法計算回彈值比較困難。金屬材料彎曲成形有限元模擬技術的發展為解決這一問題提供了強有力的手段，運用有限元分析可實現對彎曲成形過程的仿真，從而分析和預測彎曲過程中缺陷的產生和發展。

二、模切板刀片復合彎曲成形過程

圖2為模切板刀片復合彎曲成形示意圖。模切板的刀片由厚度為0.71mm的彈簧鋼板彎曲而成，板料在內環中以一定的進給量間歇送進，外環繞內環往復旋轉，旋轉到一定角度后與板料接觸迫使其產生彎曲變形，外環不同的旋轉角度使板料產生不同的復合彎曲變形，控制外環每次的旋轉角度就可以成形所需形狀的刀片。只要在成形過程中選擇合適的進給量、單次的彎曲角度等就可以使截面形狀逼近復雜的曲線形狀。由于經多次彎曲，每次彎曲后都要發生回彈，如不加以控制，由于回彈造成的累積誤差將很大，嚴重影響了刀片的成形精度。
 
圖2模切板刀片復合彎曲成形示意圖
1.板料2.內環3.外環
α1-板料彎曲角(回彈前)α-板料彎曲角(回彈后)

三、模切板復合彎曲成形中的回彈分

影響回彈的因素很多，例如材料的機械性能、板料的幾何尺寸、彎曲半徑的大小等。利用有限元分析可綜合考慮以上各種因素的影響，從而較準確地計算回彈值。由于板料的寬度遠大于其厚度，因此模切板刀片的彎曲變形屬平面應變問題，可將其成形過程簡化為二維問題進行分析。本文利用大型非線性有限元軟件MARC對模切板刀片彎曲成形過程中的回彈進行了分析。建立了外環轉角、內環圓角半徑與板料回彈角度的關系。

1.外環轉角與板料回彈角度的關系

圖3表示出了外環轉角θ(在一次彎曲過程中，外環從初始位置到彎曲結束時所轉過的角度)與板料彎曲回彈角度Δα(Δα＝α-α1)的關系，其中點劃線為其擬和曲線。在較小的外環轉角下，彎曲變形小，回彈也較?。浑S著外環轉角的逐漸增大，板料的彎曲變形加劇，其回彈也隨之增大，但隨著彎曲角度的進一步增大，回彈值卻有所下降，這主要是因為隨著塑性變形的進一步加劇，彈性變形在整個變形中所占的比重降低，從而使板料的回彈值下降。從圖3看出，當外環轉角為45°時，板料彎曲回彈角度達到9.4°，因此回彈對整個復合彎曲成形精度影響極大，必須加以控制。
 
圖3外環轉角θ與板料彎曲回彈角度Δα的關系

由于考慮了回彈對成形的影響，這樣依據所建立的外環轉角θ與板料彎曲回彈角度Δα的關系，在模切板刀片復合彎曲成形過程中控制外環的轉角，就可得到較為精確的彎曲角度，減小回彈對成形精度的影響。

2.內環圓角半徑與板料回彈角度的關系

在模切板成形過程中，內環圓角半徑R對其影響很大。在外環轉角相同的情況下，R值小時，所獲得的板料彎曲角度小于R值大時的板料彎曲角度，即小的R值時能使板料產生較大的彎曲變形；另一方面，R值小時，卸載后板料相應的回彈角度增大如圖4。
 
圖4內環圓角半徑與板料回彈角度的關系
1.內環2.板料3.內環圓角半徑

一般來說，希望在外環轉角相同的情況下獲得較大的彎曲角度，因此R值在允許的范圍內應盡量取小值，對于回彈則依據所建立的外環轉角θ與板料彎曲回彈角度Δα的關系，調整外環轉角加以補償。

四、結論

(1)依據所建立的外環轉角θ與板料彎曲回彈角度Δα的關系，在模切板的復合彎曲成形過程中，控制外環轉角就可補償回彈對成形精度的影響，從而可大大提高模切板刀片的成形精度。

(2)在同樣的外環轉角下，減小內環圓角半徑R，可獲得較大的彎曲變形，但相應的回彈角度也增大。