一家专注流体压力成形技术
【作 者】王全华;李培勇;黄启明;于庆福
【引 言】
冷弯是一种广泛应用于金属板材和型材塑性成形的重要工艺手段。在冷弯加工过程中，金属材料在卸载后会产生一定回弹，这会改变加载结束时金属材料的形状，同时将在材料内部产生残余应力。由于回弹直接影响加工成形的形状，残余应力会影响成形件的力学性能，因此，回弹是金属材料冷弯成形缺陷的重要来源。在金属材料的变形过程中，弯曲通过施加外载荷产生，回弹则由材料内部力的重新分布所引起，加载弯曲和卸载回弹过程的控制策略不同。加载弯曲是一个主动控制过程，卸载回弹则是一个被动的、精度不可控的过程。因此，回弹问题在工程应用和学术研究中受到普遍关注[1]。
经过多年的研究，对于金属材料冷弯过程中的回弹问题，人们逐渐形成了几种主要的研究方法，主要包括理论解析、数值模拟和试验研究等方法[2]。其中，理论解析法是揭示金属材料冷弯回弹的本质规律，探讨各种特定成形过程的基本力学机理；数值模拟方法是以现有力学理论为基础，通过改变数值模型的相关参数，以较短的时间和较小的成本为支出，研究特定成形过程的主要影响因素和规律；试验研究是在相关理论框架中，对工艺参数、加载方式和材料性能等关键要素对冷弯成形过程的影响进行研究。由于理论计算中的力学假设和简化与实际情况有出入、实际材料性能不均匀、型材在轧制和搬运中产生残余内应力和弯曲加工受力复杂等原因，目前尚不能事先准确计算型材冷弯加工的回弹量[3]。经验公式存在一定的局限性，加工经验通常只适用于特定类型构件的加工。
本文以试验为基础，与有限元计算等多种方法相结合，结合试验和实践经验，对型材冷弯成形中的回弹和残余应力问题进行研究，探讨回弹控制策略，提高回弹控制效率。目前，民用船舶生产过程中，曲形肋骨型材零件的加工生产主要采用逐段进给式和三支点冷弯方法，本文仅对此进行讨论。
【结 论】
本文采用 ANSYS Ls-Dyna 软件，对型材的冷弯成形过程进行计算模拟，研究卸载后的回弹问题和残余应力特征，主要结论如下：
1）关于卸载后的回弹量，本文数值模拟的计算结果与试验结果接近，变化趋势相同，说明数值模拟方法是正确的。
2）计算结果显示，在逐步逼近弯曲成形过程中，每一次加载成形都能使原来的残余应力发生变化，前一次成形所产生的残余应力对工件最终的残余应力分布产生影响。卸载后的角钢腹板上的残余应力逐渐减小，应力集中情况得到改善。因此，优化弯曲成形过程可以改善残加工件余应力分布，有助于提高加工件的力学性能。
3）角钢冷弯一次成形，其数值计算结果显示，成形量与回弹量之间存成近似线性的关系。这一特征与试验结果相近。这一结论对于完善型材冷弯成形自动化控制十分有益。
以下是正文：
