摘 要：本文对汽车横梁弯曲成形过程中的回弹现象进行了分析，探究了弯曲回弹产生的原因、回弹的控制措施以及数值模拟分析在弯曲模具设计过程中的应用。
关键词：板料成形；回弹；数值模拟；汽车横梁
0 引言
在冲压生产中，将金属板料弯折成一定角度或形状的工艺称为弯曲，弯曲是冲压生产中应用广泛的一种工艺，可用于制造大型零件，如汽车横梁。汽车横梁用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，还可以支撑汽车上的主要部件。边梁式车架的结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支撑汽车上的主要部件。边梁式车架的结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车，因此被广泛用在载货汽车和大多数特种汽车上。
汽车横梁在弯曲成形时，成形后尺寸与设计尺寸不一致，这种现象称为回弹。回弹增大了工件加工误差。因此，回弹控制是弯曲件成形研究中及其重要的问题。采用数值模拟分析技术可有效地进行回弹缺陷的预测，对实际冲压生产具有很客观的实际效益[1-2]。
1 弯曲回弹机理分析
金属板料在弯曲过程中受到弯曲模具的压力，在压力的作用下发生变形，与弯曲凸模接触的内侧金属受到压应力，另一侧的金属受到拉应力作用，因此，内侧金属受压变厚，外侧金属在拉应力作用下变长，中间材料长度不发生变化的金属成称为中性层。金属材料在外力作用下同时发生弹性变形和塑形变形，当撤掉外力后，由于弹性变形的恢复，材料的尺寸和形状会发生一定的变化，衡量弯曲回弹的大小通常用角度回弹量和曲率回弹量表示。
2 有限元数值模拟
2.1 有限元数值模拟简介
有限元法是一种高效能的计算方法，有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算机域划分为有限个单元，在每个单元内，选择合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。从20世纪70年代起，有限元法开始应用到板料成形过程的模拟，计算机辅助设计（CAE）软件在回弹的计算方面取得了很多进展。
有限元数值模拟软件一般包括以下几个模块[3]：
（1）前处理模块。主要功能包括实体建模，构件的布尔运算，网格的划分，节点的自动编号与节点参数的生成，载荷与材料参数的输入，有限元模型信息的生成等。
（2）有限元分析模块。主要包括约束处理算法，有限元系统组装模块，线性与非线性解法库等。
（3）后处理模块。主要包括有限元分析结果的显示，各种物理量的加工等。
2.2 有限元数值模拟分析流程
有限元数值模拟软件在进行产品及模具设计时，其基本分析流程包括：
（1）将CAD软件（如UG、CATIA、PRO/E等）中设计好的产品或模具模型导入到分析软件中。
（2）对模型进行网格划分，检查并修正网格缺陷（包括单元法矢量、网格边界、负角、重叠节点等）。
（3）建立板料、凸模、凹模、压边圈等工具，设定相应的工艺参数（包括接触类型、摩擦系数、运动速度等）。
（4）调整板料、凸模、凹模之间的相互位置，观察凸模凹模之间的相对运动，以确保模具运动的正确性。
（5）设置好分析计算参数，启动有限元分析程序进行求解。
（6）将求解结果读入后处理程序，以云图、等值线以及动画的形式显示数值模拟结果。
（7）分析模拟结果，通过反映的变化规律找到出现问题的原因。重新定义参数进行运算直至得到满意结果。
3 减小回弹的措施
为保证生产出合格的弯曲件，在设计及加工过程中尽量减小回弹的影响，减小回弹的措施包括：
（1）补偿法 预先计算出工件弯曲后的回弹量，在设计弯曲模具使弯曲工件的变形超过工件设计值，当加工完成撤掉外力后，工件回弹后得到所需要的尺寸。回弹量可以通过理论计算、数值模拟以及实验等方式得到。
（2）校正法 改变模具结构，使得校正后的力集中在弯曲角区域，使其产生一定的塑形变形以克服回弹。
（3）合适设置模具间隙 模具间隙较大时，金属材料在弯曲过程中产生部分弹性变形，缩小模具间隙，改变了金属材料的受力状态，能够有效的减小回弹。
（4）合理设计弯曲工艺 当弯曲件直边高度过小时，可以增加直边高度，弯曲完成后再切除多余材料。用校正弯曲代替自由弯曲，采用拉弯工艺等方法均能有效的减小回弹。
4 结语
有限元数值模拟软件能够较好地对零件的弯曲回弹进行模拟研究，能够直观的了解弯曲成形过程，并对回弹量进行比较准确的预测，能够显著的提高汽车横梁模具设计及加工效率，有效的降低生产成本。
