回彈是彎曲卸載過程產(chǎn)生的反向彈性變形，是板料成型過程中存在的一種普遍現(xiàn)象，它直接影響到?jīng)_壓件的尺寸精度。在沖壓模具制造中，也是最為棘手的難題，因為傳統(tǒng)依賴于經(jīng)驗公式的方法無法準確地預測回彈，傳統(tǒng)中對于沖壓件的回彈，其能靠反復的修模、試模來進行補償，需要耗費大量的人力和物力，而且難以保證產(chǎn)品品質因此，對影響回彈的因素進行系統(tǒng)的研究，對提高沖壓件的產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率具有重大意義．從50年代開始，許多學者對回彈現(xiàn)象從理論方法、實驗方法、數(shù)值模擬及回彈控制方法等方面進行了大量的探討。早期的回彈研究以實驗和解析方法為手段，研究對象局限于較為簡單的幾何形狀和邊界條件的彎曲成型50年代的工作以Hill為代表，由于可以得到回彈量的解析表達式，這對于揭示回彈形成機理，弄清影響回彈量的主要因素具有指導意義．因此，后來不斷有學者采用更為準確的模型解析求解彎曲問題的回彈量，但對于復雜零件，如汽車覆蓋件的回彈問題，一般的解析方法則無能為力。

   70年代起，有限元法開始應用于板料成型過程的模擬，可以準確地預測成型過程中拉裂和起皺現(xiàn)象，但復雜成型件的網(wǎng)彈仍是一個極具挑戰(zhàn)性的課題．許多學者在模擬回彈過程方面做了大量工作，如Duetal采用靜態(tài)隱式算法和動-靜態(tài)聯(lián)合算法計算轎車頂弧成型和后加強板切邊時的回彈，F(xiàn)innet al采用動-靜態(tài)算法計算轎車前翼子板成型中的同彈，Kawka etal進行復雜零件的多步成型回彈的cae仿真研究．板料成型數(shù)值模擬國際會議Nu-MISHEET把回彈研究放在非常重要的位置，其benchmark考例1993年為U形件拉深回彈，1996年為S形大梁沖壓回彈，1999年為轎車前門多步成型回彈。

1 回彈產(chǎn)生的機理

   為說明回彈的形成機理，以等截面梁的純彎曲為例進行研究。設梁具有一個縱向對稱平面，且在這個平面內受到一對彎矩M的作用，如圖l所示。由于采用平截面假定，兩個橫截面A1B1和A2B2在彎矩作用下作相對旋轉但仍皆垂直于梁的對稱平面。于是凸面的縱向纖維受拉伸而凹面B1B2的縱向纖維受壓縮在垂直于對稱平面的某一平面N1N2上纖維保持長度不變，稱之為中性平面(neutralsurface)，它將梁內受拉纖維和受壓纖維分開。

圖1 等截面直梁的純彎曲

   在彎矩M的作用下，材料產(chǎn)生彈塑性變形，卸載后由于彈性變形的恢復，梁的曲率會減少，這種現(xiàn)象就是回彈(springback)。

2 回彈的數(shù)值模擬方法

   基于有限元理論的回彈計算方法主要有兩種，即無模法(在成型結束時，去除模具代之以接觸反力，進行迭代計算，直到接觸力為零)和有模法(在成型結束時，讓模具反向運動，直到凸模完全與板料脫離為止)。兩種方法的計算結果區(qū)別不太大，無模法適用于成型零件形狀比較簡單，零件與沖壓成型模具脫離過程接觸邊界條件的非線性較弱，或者沒有明顯的脫離過程的情況；有模法適用于成型零件形狀比較復雜，在卸載過程中零件與沖壓成型模具脫離過程存在明顯的非線性接觸邊界條件的情況。

   無模法的具體計算方法是：在彎曲成型過程結束時，去除模具，使所有和模具接觸的節(jié)點均成為自由節(jié)點，將按彈塑性有限元法計算得到的彎曲加載過程最后一步的結果，按照反向原則，將其轉化為卸載過程節(jié)點力的初始值由于板料零件此時處于無邊界約束狀態(tài)下，為防止出現(xiàn)剛體位移，需要施加位移以及轉動約束邊界條件．對V型件等自由彎曲而言，其零件形狀簡單，在卸載過程中零件與沖壓成型模具沒有明顯的脫離過程,所以根據(jù)上述位移邊界條件，按照彈性有限元法，一次性卸載計算回彈。

3 影響回彈的因素

   本文用NUMISHEET’93標準算例，采用仿真計算的方法，系統(tǒng)地研究了曲率半徑、摩擦系數(shù)、拉延筋、壓邊力、材料性能和板料厚度等因素對回彈的影響，其幾何模型描述如圖2所示．回彈是卸載時沖壓件內應力再分配的結果，沖壓件各處的應力狀況不同，回彈量也不一樣，為比較不同沖壓條件下U形件的回彈量大小，以工件側壁上距U型件底面15mm處一點的切線方向與豎直方向夾角作為回彈參考角來進行比較，如圖3所示的角。

   3．1 彎曲圓角半徑

   在其它條件不變的情況下，改變U型件的圓角半徑分別進行沖壓cae仿真計算，圖4～6為不同的彎曲圓角半徑時的回彈仿真結果．從圖7可以看出，彎曲半徑越大，回彈量也越大這是因為在彎曲角一定的情況下，彎曲半徑越大，變形區(qū)長度就越長，因而回彈角也越大。

圖6 彎曲半徑R=8的回彈仿真結果

圖7 回彈角與彎曲半徑R的關系

   3．2摩擦系數(shù)

   沖壓過程中，模具與接觸的板料間有摩擦作用，摩擦力的大小除了與接觸力有關外，還與界面間的潤滑狀態(tài)相關。圖8～10是在不同的摩擦狀態(tài)下回彈的cae仿真結果。材料彎曲變形過程中，內、外表面分別產(chǎn)生壓應力和拉應力，由于摩擦力的作用可增大拉應力變形區(qū)，使內、外表面的應力狀態(tài)趨向一致，因而摩擦力越大，回彈量減小，圖“曲線表明，這一變化關系。

   3．3 拉延筋的作用

   使用拉延筋后，對回彈的擬制作用非常明顯，如圖12～14所示。并且隨著拉延筋約束作用的增強，回彈量呈減少趨勢，圖15所示。這是因為拉延筋有效地阻礙材料向凹模里流動，增大了材料的拉伸效果，特別是在容易產(chǎn)生回彈的彎曲角部，使得角部內面壓應力的作用區(qū)域向拉應力區(qū)轉移，回彈顯著減少。

   3．4 壓邊力

   壓邊力是沖壓成型的一項重要的工藝措施，通過壓邊力的優(yōu)化，可以調整板料內材料的流動狀況，改善材料內應力的分布。壓邊力的作用與拉延筋相似，也對回彈有很好的擬制作用，從圖16～20可以看出，隨著壓邊力的增大回彈量顯著減少。

   3．5 扳料厚度

   如圖21～23為不同厚度板料回彈cae仿真結果，從圖24可以看出，板料厚度越大，回彈角越小。這是因為相同的彎曲角時，厚度大的板料表面應變和應力值較大，發(fā)生塑性變形的材料較多，因而回彈量會減少。

3．6 材料力學性能

   仿真使用的三種材料SPCC，SPCE．frd．SPCE(日本材料標準)，它們的屈服強度依次降低，從圖25～27的仿真結果也可以看出，它們的回彈量也是減少的趨勢．這是由于在相同外載作用下，屈服強度越低的材料越容易產(chǎn)生塑性變形。

4 結論

   本文采用數(shù)值模擬的方法，比較了曲率半徑、摩擦系數(shù)、拉延筋、壓邊力、材料性能和板料厚度等因素對回彈的影響，可以獲得以下有益的結論：

   (1)在諸多因素中，大的壓邊力對回彈的抑制作用最為明顯，實際生產(chǎn)中，在不引起板料拉裂的前提下，可優(yōu)先考慮采取增大壓邊力的方法來減少沖壓件的回彈量；

   (2)拉延筋對回彈也有很好的控制效果，并且作為一種分布靈活，形狀尺寸可調的工藝結構，使用拉延筋可以主動控制回彈的發(fā)生；

   (3)通過優(yōu)化沖壓模具的結構，也可以達到減少回彈的目的，如減少凹模圓角；

   (4)回彈在模具設計中是引起產(chǎn)品尺寸不合格的主要缺陷之一，只要有彎曲彈性變形．回彈就不可避免，因此研究各種因素對回彈的影響，可以幫助我們在生產(chǎn)中減少和控制回彈，但要保證產(chǎn)品的尺寸合格，還必須在模具設計時適當?shù)匮a償回彈。