2  实验方案与过程

2。1  弯曲有限元模拟实验

2。1。1  模拟分析对象

本实验以长度一定，宽度与厚度不定的6061铝合金板料为弯曲对象，在定制的模具上进行板料的V形弯曲。V形弯曲是一种冲压工艺，其变形过程可分为弹性变形、弹-塑性变形与塑性变形三过程[21]。V形弯曲的具体过程如图2。1，从图中可看出，随着凸模下移，板料的弯曲变形逐渐增大，与凹模的接触点不断下移，同时从弹性变形到弹塑性变形并最后进入塑性变形。板料的弯曲半径也减小到最后完全与凸模贴合。板料的两侧也由向中部弯曲到向反方向弯曲[22]。

          图2。1 V形弯曲过程                 图2。2 变形过程中网格变化 a)弯曲前 b)弯曲后

在弯曲的过程中，在长度的方向上板料变形是由外侧的伸长逐渐过渡到内侧的缩短；厚度方向上由于内侧金属的增厚会受到凸模的限制，所以板料的减薄量总是大于增厚，因此处于变形区的材料总是减薄的[23]。

    在宽度方向上，根据板料的宽厚比w/t则可将板料分成两类，两类板料的变形不同：①当宽厚比w/t＜3，为窄板，弯曲后工件外窄内宽；②当板的宽厚比w/t≥3,为宽板，横断面的形状不改变，呈矩形。弯曲变形过程中板料网格的变化如图2。2所示。弯曲中心角为α对应的区域发生变形，以外的区域板料基本不变形。变形前，aa段与bb段的长度相当，变形后，aa段的长度比bb段小。

同时，板料的应力与应变的状态也可根据w/t分成宽板与窄板两类。如图2。3与2。4所示。

图2。3 V形弯曲过程中的应变状态              图2。4 V形弯曲过程中的应力状态

2。1。2  模拟方案

本实验的主要研究内容是：研究板料厚度（T=2 mm、4 mm、6 mm）、板料宽度（W=15 mm、30 mm、45 mm）和凸模圆角半径（R=10 mm、8 mm、6 mm）对中性面偏移程度、弯曲角回弹量和弯曲成形力的影响。其相互关系如图2。5所示：

图2。5 弯曲工艺影响因素

若采用传统的实验方法，本实验将有3*3*3共27组模拟实验且未考虑每一组合的重复数。若全面实验，那么实验较多且浪费时间。正交实验设计（Orthogonal Experimental Design）是从正交表安排的多因素实验中选择有代表性的水平组合来实验的设计方法，通过对有代表性组合的实验结果的分析，总结出规律并找出最优的水平组合[24]，效率较高。

本模拟设计是三因素三水平，则可按L9（34）的正交表安排实验，那么就只需要做9次实验。根据拉丁方设计（Latin Square Design），9次实验的方案如表2。1所示。正交模拟方案序列用L表示。

表2。1 V形弯曲正交模拟实验方案

模拟方案编号 板料厚度 /mm 板料宽度 /mm 凸模圆角半径 /mm

L1 2 15 10

L2 2 30 8

L3 2 45 6

L4 4 15 8

L5 4 30 6

L6