【作 者】王全華;李培勇;黃啟明;于慶福

　　【引 言】

　　冷彎是一種廣泛應(yīng)用于金屬板材和型材塑性成形的重要工藝手段。在冷彎加工過程中，金屬材料在卸載后會(huì)產(chǎn)生一定回彈，這會(huì)改變加載結(jié)束時(shí)金屬材料的形狀，同時(shí)將在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。由于回彈直接影響加工成形的形狀，殘余應(yīng)力會(huì)影響成形件的力學(xué)性能，因此，回彈是金屬材料冷彎成形缺陷的重要來源。在金屬材料的變形過程中，彎曲通過施加外載荷產(chǎn)生，回彈則由材料內(nèi)部力的重新分布所引起，加載彎曲和卸載回彈過程的控制策略不同。加載彎曲是一個(gè)主動(dòng)控制過程，卸載回彈則是一個(gè)被動(dòng)的、精度不可控的過程。因此，回彈問題在工程應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究中受到普遍關(guān)注[1]。

　　經(jīng)過多年的研究，對(duì)于金屬材料冷彎過程中的回彈問題，人們逐漸形成了幾種主要的研究方法，主要包括理論解析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究等方法[2]。其中，理論解析法是揭示金屬材料冷彎回彈的本質(zhì)規(guī)律，探討各種特定成形過程的基本力學(xué)機(jī)理；數(shù)值模擬方法是以現(xiàn)有力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過改變數(shù)值模型的相關(guān)參數(shù)，以較短的時(shí)間和較小的成本為支出，研究特定成形過程的主要影響因素和規(guī)律；試驗(yàn)研究是在相關(guān)理論框架中，對(duì)工藝參數(shù)、加載方式和材料性能等關(guān)鍵要素對(duì)冷彎成形過程的影響進(jìn)行研究。由于理論計(jì)算中的力學(xué)假設(shè)和簡(jiǎn)化與實(shí)際情況有出入、實(shí)際材料性能不均勻、型材在軋制和搬運(yùn)中產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力和彎曲加工受力復(fù)雜等原因，目前尚不能事先準(zhǔn)確計(jì)算型材冷彎加工的回彈量[3]。經(jīng)驗(yàn)公式存在一定的局限性，加工經(jīng)驗(yàn)通常只適用于特定類型構(gòu)件的加工。

　　本文以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，與有限元計(jì)算等多種方法相結(jié)合，結(jié)合試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)型材冷彎成形中的回彈和殘余應(yīng)力問題進(jìn)行研究，探討回彈控制策略，提高回彈控制效率。目前，民用船舶生產(chǎn)過程中，曲形肋骨型材零件的加工生產(chǎn)主要采用逐段進(jìn)給式和三支點(diǎn)冷彎方法，本文僅對(duì)此進(jìn)行討論。

　　【結(jié) 論】

　　本文采用 ANSYS Ls-Dyna 軟件，對(duì)型材的冷彎成形過程進(jìn)行計(jì)算模擬，研究卸載后的回彈問題和殘余應(yīng)力特征，主要結(jié)論如下：

　　1）關(guān)于卸載后的回彈量，本文數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果接近，變化趨勢(shì)相同，說明數(shù)值模擬方法是正確的。

　　2）計(jì)算結(jié)果顯示，在逐步逼近彎曲成形過程中，每一次加載成形都能使原來的殘余應(yīng)力發(fā)生變化，前一次成形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)工件最終的殘余應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。卸載后的角鋼腹板上的殘余應(yīng)力逐漸減小，應(yīng)力集中情況得到改善。因此，優(yōu)化彎曲成形過程可以改善殘加工件余應(yīng)力分布，有助于提高加工件的力學(xué)性能。

　　3）角鋼冷彎一次成形，其數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示，成形量與回彈量之間存成近似線性的關(guān)系。這一特征與試驗(yàn)結(jié)果相近。這一結(jié)論對(duì)于完善型材冷彎成形自動(dòng)化控制十分有益。

　　以下是正文：