第一章绪论
1概述
普遍认为，一个国家的冷成形(冷挤压，冷锻，冷墩及冲压等)加工技术水平是一个国家汽车工业水平、工业化水平及至现代化水平的一种重要标志和反映[4]。然而，加工技术又受到模具制造技术的制约，我国的模具制造技术与工业发达国家有一定的差距。冲压模具CAD/CAE/CAM技术的开发手段比较落后，技术的普及率不高，应用不够广泛，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD技术。在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，在应用CAM技术制造模具方面，由于缺乏先进适用的制造装备和工艺设备，只有5%左右的模具制造设备被应用于这项工作。精密加工设备在模具加工设备中所占比重较低，工艺设备落后，直接影响国产模具质量的提高。由于现代工业的发展使产品更新换代加快，对模具的需求量加大。但是，我国模具工业现有生产能力只能满足需求量的60%左右，大部分模具厂的模具加工设备陈旧、在役期长、精度差、效率低，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具(如中高档轿车的外覆盖件)还主要依靠进口。
生产冲压模具的各种条件不完备，生产冲压模具的配套材料质量不够稳定，缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，大型模具和特种模具所需的钢材及规格还有缺口。生产冲压模其的专用技术尚未成熟，大多仍还处于试验摸索阶段，如模具的表面涂层、表面热处理技术、导向副润滑技术、型腔传感及润滑技术、去应力技术、抗疲劳及防腐技术等未完全形成生产能力，走向商品化。一些关键、重要的技术缺少知识产权的保护。模具标准件、标准化程度及使用覆盖率较低。在汽车制造业中被大量使用的模具是冲压模，近5年来，汽车模具标准件的使用覆盖率尽管有了较大增长，已从20世纪末的25%一30%提高到目前的45%左右。但这种增长距国际先进水平(一般在70%以上，中小模具在80%以上)差距还很大。这是汽车模具交货期长，也是我国成为模具进口大国的重要原因之一。
1.1.2冲压模具制造技术的发展趋势
(l)全面推广CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM/CAE技术的应用是模具制造技术发展的动力。随着电脑软件的开发和应用，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度，进一步扩大CAE技术的应用范围。世界较先进的丰田汽车模具制造厂在这方面为我们提供了比较成功的经验，它的模具从设计到加工完全依赖高科技，将实体设计加上数控编程，取代了人工实型制作和机床操作;精细模面设计和精细数控编程大大减少了钳修，高精度加工减少了模具的研合、修配。这种高精度和无人化加工，使模具的质量有了极大的提高，生产周期大大缩短。
(2)模具检测设备向精密、高效和多功能方向发展。精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mmx325Omm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物和建立数学模型到输出工程图纸和模具制造全过程，使逆向工程技术的开发和应用取得了很大成功。(3)模具加工设备向高速、一体化方向发展。国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达40000-100000r/min，快速进给速度可达到30-4or/min，加速度可达19，这样就大幅度提高了加工效率。另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成型加工的挑战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低咖工工件只升高31C)、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。电火花铣削加工技术是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成型加工领域的重大发展。国外已把使用这种技术的机床用于模具加工，今后这一技术将得到发展。
(4)一体化加工中心是目前正在发展的新技术。在丰田模具制造厂，近年已投入使用了一个粗精加工一体化、高速、高精度、_五面加工中心。它的优点是集各种机床优点之大成，除底面加工外，一次装卡，粗、精、高功率、高精度、高速等面面俱到，十八班武艺样样精通，加工效率很高。无疑这是一个十分理想的技术，它代表着数控加工技术的发展的方向，应引起我们的注意。
(5)模具材料及表面处理技术发展迅速，模具工业要上水平材料应用是关键。若选材和用材不当，将使模具过早失效，因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或具特殊性能的模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢，其碳化物微细、组织均匀、没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材，特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。模具热处理和表面处理是充分发挥模具钢材料性能的关键环节，它的方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善普及常有表面处理方法，即扩渗，如:渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展工艺先进的气相沉积(TIN，TIC等)、等离子喷涂等技术。
(6)模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到认同在成型工艺方面，主要有冲压模具功能复合化，模具加工系统自动化等。，另一方面，随着先进制造技术的不断发展和整体制造水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。主要有:适应模具单件生产特点的柔性制造技术;创造最佳管理和效益的团队精神;提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理;广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式;适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。
进入21世纪以来，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。尤其近年来我国汽车工业的超高速发展，给模具行业带来了无限商机。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具制造企业正广泛应用现代先进制造技术来提升竞争实力，来满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。展望未来，赶超世界模具制造技术的先进水平尚需我们做出不懈的努力!
第二章弯曲回弹的理论
2.1简介弯曲回弹的理论
以梁、板材、管材和型材为毛坯，通过弯曲成形而获得的弯曲零件，在现代航空，航天、汽车和压力容器中得到了广泛应用，被大量用作金属结构件，其中，弯管件除大量用作金属结构件外，也广泛用作气体、液体的输送管路。如果不充分了解弯曲回弹规律，要想获得预期精度弯曲件，需要反复试模、修模、优化模具尺寸，或者在成形结束后还要对弯曲件进行较形，这样将会导致生产周期的延长，生产成本的提高。这就迫切需要深入研究回弹问题，从而，很好地控制弯曲件的回弹，发展弯曲件精度成形技术。自从上个世纪初以来，国内外学者对塑性弯曲成形问题进行了大量的研究，研究方法包括理论解析法、数值模拟法、实验研究法等，研究内容涵盖了不同坯料(梁、板材、管材和型材等)的不同弯曲形式(纯弯、拉弯和推弯等)。
塑性弯曲成形的理论研究起始于1903年，当时Ludwik参照梁的初等弹性弯曲理论，采用平截面假设，忽略横截面的径向应力，建立了梁塑性弯曲的工程理论。1950年Hin研究了板料纯弯曲问题，假设板料是理想刚塑性材料，认为板料在弯曲变形时的应变是平面应变，提出了中性层移动的概念，首次建立了塑性弯曲成形的精确数学理论，同时，他研究了在拉力作用下的弯曲问题，研究表明在拉力作用下中性层移动距离较大。Ludwik和Hin的研究工作奠定了弯曲回弹问题研究的理论基础。1957年，Cdiner基于Ludwik塑性弯曲工程理论对矩形截面梁纯弯曲的回弹问题进行了研究，研究中将材料简化为理想弹塑性材料，得到了矩形截面梁纯弯曲的回弹计算公式。Cardiner的研究工作开创了解析研究弯曲回弹问题的先河。从此，国内外学者基于弯曲理论采用解析方法对弯曲回弹问题进行了大量的研究。
第三章 回弹逆解算法....................... 36-51
3.1 回弹概述 ......................36-40
3.1.1 引言 ......................36
3.1.2 弹塑性力学的研究对象...................... 36-37
3.1.3 基本假设...................... 37-40
3.2 弯曲的基本过程...................... 40-41
3.3 弹塑性弯曲回弹的两个阶...................... 41-44
3.4 该公式与全塑性假设的经验公式......................44-47
3.5 不同材料计算结果与实验结果的比较...................... 47-48
3.6 在双曲等圆弧弯曲的应用...................... 48-50
3.7 本章小结...................... 50-51
第四章 影响数值模拟的因素 ......................51-58
4.1 引言...................... 51-52
4.2 板料成形数值模拟研究概况 ......................52
4.3 塑性有限元方法的发展...................... 52-53
4.4 板料成形过程模拟的影响因素...................... 53-56
4.5 回弹模拟过程的主要影响因素...................... 56-57
4.6 本章小结 ......................57-58
第五章 弯曲回弹数值模拟实验 ......................58-68
5.1 ANSYS/LS-DYNA简介 ......................58
5.2 几何建模...................... 58-59
5.3 创建有限元模型 ......................59-61
5.4 定义接触信息 ......................61
5.5 施加载荷与分析求解 ......................61-63
5.6 后处理 ......................63-65
5.7 利用实验结果对算法进行修正...................... 65-67
5.8 本章小结...................... 67-68
结论
本论文在研究弯曲回弹理论的基础上，针对弯曲回弹的特点和难点，采用理论分析弯曲回弹的方法，提出了一种补偿回弹的算法。总结论文的主要研究工作，可得出如下结论:
(l)本论文在分析理想弹塑性材料弯曲回弹的基础上，应用弹性力学、塑性力学和高等数学的知识，并结合大型板料弯曲回弹的特点，提出了一种板料弯曲回弹的计算方法。在已知回弹后合格工件尺寸的前提下，推导出得到合格模具尺寸的算法，即推导出根据板料强度，厚度和最终成形工件半径直接计算弯曲模具半径的逆解算法。本论文针对弹塑性弯曲的特点，考虑了弯曲半径与板料的最大弹性弯曲半径相差不大时的情况，根据工件尺寸要求去直接计算模具尺寸，这一新方法是对弯曲回弹理论分析的发展。
(2)基于全塑性弯曲的经验公式一直以来用于指导工程实践，在论文中，把经验公式和推导公式进行了比较，经验公式在大曲率弯曲领域比较可靠，证明了推导公式的大曲率弯曲领域的可靠性，把推导公式和实际试验数据进行比较，证明了推导公式的小曲率弯曲领域的可靠性(考虑弯曲半径与板料的最大弹性弯曲半径相差不大时的情况)。推导公式与经验公式相比有更广的使用领域，在小曲率弯曲领域也适用，证明此算法对工程实践有更好的指导性。
(3)论文总结了板料成形回弹数值模拟的影响因素，针对某一具体模型进行了数值模拟实验，比较了模拟结果和计算结果，进一步的证明了算法对实践的指导作用。同时，引入一个修正系数，对算法进行了修正，提高了算法的精度。
(4)论文对弯曲回弹的研究历史进行了更加全面的介绍，详细分析了弯曲回弹的原因和机理，列举出弯曲回弹的影响因素和一般的补偿措施，另外，还介绍了在板料弯曲成形应注意的问题。
参考文献
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