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1 前 言 通常，一個完整的沖壓過程要經過拉延、整形、修邊、沖孔、翻邊等多步工序才能完成。在這一過程中，回彈是板料成形工藝制定中要考慮的關鍵因素，零件的最終形狀取決于成形后的回彈量，當回彈量超過允許容差后，就成為成形缺陷，影響零件的幾何精度。特別是近幾年來由于高強度薄鋼板和鋁合金板材的大量使用，回彈問題更為突出。 目前，板料回彈的精確預測以及如何減小回彈量、降低殘余應力成為板料成形模擬中的熱點問題。從NUMISHEET’93（第二屆板料成形三維數值模擬國際會議）開始，每屆會議都有關于回彈預測的標準考題（BENCHMARK），在NUMISHEET’99上，專門有一個關于回彈預測和回彈誤差控制的會議專題，其中文章達到10篇，約占全部會議文章的11﹪[1]；而在NUMISHEET’2002上，關于回彈預測和控制的會議專題論文達20篇之多，占到全部會議論文的21﹪以上[2]。 在實際生產中要控制和補償回彈，提高回彈預測的精度是至關重要的[3]。通常我們在進行板料多步沖壓的回彈預測時，都忽略了板料每道工序后的卸載回彈，未將其回彈考慮到下一道工序的計算之中，然而板料的最終形狀是其整個變形歷史的累積效應，其變形歷史等對殘余應力和回彈計算都有一定影響[4]，那么因忽略了每道工序后的回彈而產生的累積誤差勢必影響最終的回彈預測精度。 本文在進行板料多步沖壓數值模擬時以依維柯側壁上內板為例，采用動態和靜態算法相結合的方法[4]來模擬其多步沖壓過程，將前一道工序的回彈計算結果作為下一道工序的輸入，并通過模擬結果和實驗結果的對比來驗證該數值模擬過程的正確性及有效性。 2 板料多步沖壓回彈的數值模擬研究 2.1板料卸載回彈的原理研究 板料在外載荷作用下發生任何一種塑性變形時，其變形都是由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當作用板料上的外載荷卸掉之后，塑性變形區的材料保存殘余變形而使零件變形。但是，由于彈性變形區材料的彈性恢復以及塑性變形區材料彈性變形部分的彈性恢復，使其形狀、尺寸都發生與加載時變形方向相反的變化，這種現象稱之為回彈。這就是生產中回彈現象的內因。 回彈現象實際上是當外載荷去除后，板料發生彈性恢復而引起的，這其實是卸載過程中材料的附加變形。卸載的彈性恢復是一個尋求內部應力自相平衡的過程，產生的彈形恢復應變引起零件幾何形狀發生改變（即回彈），當零件達到內部應力自相平衡時，彈性恢復過程結束，這時的剩余內應力即為殘余應力。 以彈塑性彎曲變形為例，彎曲變形區在外彎曲力矩作用下，于內區產生切向壓縮應力、外區產生切向拉伸應力，變形區斷面上的切向應力如圖1（a）所示。同時，變形區內﹑外兩區中的彈性變形成分產生了與塑性變形應力方向相反的彈性應力，見圖1（b）。卸載后，彎曲件在彈性彎曲力矩作用下產生相應的變形（即回彈）而達到新的平衡狀態。而塑性應力與彈性應力則形成新的應力分布狀態，達到內部應力分布的新的平衡狀態，見圖1（c），此應力狀態使彎曲件形狀處于新的穩定狀態。
完整的回彈數值模擬可以分為兩步：加載成形過程模擬和卸載回彈過程模擬。前一步計算是回彈過程模擬的基礎，為其提供應力、應變等數據，該步計算的準確與否將直接影響回彈計算的精度[5]。板料多步沖壓的過程實際上是一個多道工序的成形過程，前一道工序的模擬結果直接影響下一道工序的模擬精度。通常我們在模擬板料的多步沖壓過程時，都忽略了每道工序后板料的回彈，即忽略了板料在每道工序后的應力變化，而板料的回彈計算精度又與其變形歷史密切相關[6]，那么忽略每道工序后的回彈勢必將影響多步沖壓最終的模擬精度。 多步沖壓回彈數值模擬充分考慮了每道工序后板料的卸載回彈過程，模擬時在每道工序求解結束后進行回彈計算，然后將回彈計算的結果作為下一道工序的輸入，來進行下道工序的數值模擬。該模擬過程與實際沖壓過程是一致的，始終遵循“加載成形→卸載回彈→加載成形”這一過程，從而提高了板料多步沖壓數值模擬的精度。 3 依維柯側壁上內板的多步沖壓回彈數值模擬 以下將針對依維柯側壁上內板（如圖2），使用Dynaform軟件作為前后處理的工具，采用動態和靜態算法相結合的方法（使用LS-DYNA作為每道工序數值模擬的求解器，LS-NIKE3D作為卸載回彈計算的求解器），對其多步沖壓及其回彈過程進行數值模擬，并在剖面A和剖面B處（主要針對部位I和部位II）對模擬結果與實驗結果進行比較。
表1 ST14O5的材料性能參數
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