DEFORM-3D和CDA110铜合金管材压弯成形工艺分析(2)
1.2 管材压弯成形工艺基本原理及特点压弯是利用机械对金属管材施加弯矩，使其弯曲，形成所需形状的零件的成型过程。压弯过程中由于受到外力矩的作用，管子外侧受到切向拉应力的作用，从而使外侧管壁变薄；内侧由于受到切向压应力作用是的内侧管壁变厚[6]。另外，因为从拉应力过渡到压应力的弹性阶段的存在，卸载时外层纤文因弹性恢复而收缩，内层纤文因弹性恢复而伸长，结果使工件弯曲的曲率和角度发生显著变化，造成弯曲回弹现象，降低弯曲件的工艺精度[7]。
1.3 本课题的研究目的及意义弯曲圆角半径、管材直径和壁厚是影响管弯曲工艺重要参数，本课题以CDA110铜合金管材的弯曲成形为例， 用有限元模拟软件DEFORM-3D 分析铜合金压弯成形过程中弯曲圆角半径、 跨距和壁厚对弯曲成形力和回弹量的影响规律，从而为铜合金管材弯曲成形工艺的研究开发提供定量依据。2 弯曲成形有限元模拟研究现状2.1 有限元法的发展过程早在1870 年,英国科学家 Rayleigh 就采取假想的 “试函数” 来求解复杂的微分方程，1909 年 Ritz 将其发展为完善的数值近似法，为当代有限元方法打下坚实底子[8]。有限元法的实际应用是跟着电子计算机的运用而开始的。1943 年，Courant 发表了第一篇使用三角形区域的多项式函数来求解旋转问题的论文；1956年波音公司的 Turner，Clough，Martin 和 Topp在分析飞机结构时系统研究了离散杆、梁、三角形的单元刚度表达式，他们首先给出了采用三角形单元法求解平面应力问题的正确解答[9]。1960 年 Clough 进一步求解平面弹性问题，并第一次提出“有限元方法”的名称；1955 年德国的 Argyris 出版了第一本关于结构分析中的能量原理和矩阵方法的书，为后续的有限元研究奠定了重要的基础，1967年第一本有关有限元分析的专著问世；1970年后，有限元法开始逐渐被应用于处理大变形和非线性问题[10]。
2.2 管材弯曲数值模拟研究现状得益于计算机技术和有限元技术的的发展， 有限元法在管材冲压成形中获得较多应用，使管材弯曲成形过程的定量研究成为可能。张敬文等[11]研究了 1Cr18Ni9Ti和5A06 不同壁厚的管材。 发现当相对壁厚小于 1/22 时，由于管壁抗压缩失稳能力有限，管内侧会出现起皱现象；大于 1/10时起皱不明显。苏海波等[12]模拟并验证了管材弯曲中，在弯曲处容易产生外侧管壁变薄，内侧管壁增厚的现象。两者最大壁厚减薄率与增厚率相当。而且，弯曲过程中外侧壁厚最大减薄和内侧壁厚最大增加均发生在弯曲中间部位。詹梅等[13]对不朽钢管研究发现回弹角随弯曲角增大而减小。 在管材弯曲过程中，将管弯曲部分分成几段，最终的回弹角可以看作各弯曲段回弹角的叠加，因此，弯曲角越大，参与回弹的弯曲段越多，相应的回弹越大。栗振斌[14]利用商用有限元软件ANSYS 对薄壁管数控弯曲回弹进行了研究，该研究中提出采用过弯法实现数控弯管回弹补偿。