專利名稱：一種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，具體是ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法。
背景技術(shù)：
彎管零件由于容易滿足對(duì)產(chǎn)品輕量化、高強(qiáng)度和低消耗等方面的要求，在航空和航天等高技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，除大量應(yīng)用于氣體、液體的輸送管路外，也廣泛用作金屬結(jié)構(gòu)件。數(shù)控彎管技術(shù)不僅能夠使管材塑性彎曲實(shí)現(xiàn)精確成形，可以快速形成批量生產(chǎn)能力，而且具有高效、節(jié)能、質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，并易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和高技術(shù)化，因此，在航空和航天等高技術(shù)領(lǐng)域，管材數(shù)控彎曲成形已經(jīng)發(fā)展成為一種先進(jìn)適用技木。數(shù)控彎管成形全過(guò)程包括彎曲、抽芯和回彈三個(gè)變形過(guò)程。對(duì)于管彎曲成形來(lái)說(shuō)， 彎管內(nèi)、外側(cè)切向分別受拉應(yīng)カ和壓應(yīng)力作用，材料成形過(guò)程結(jié)束后，去除模具約束時(shí)，彎管件應(yīng)カ發(fā)生卸載，使得彎管件產(chǎn)生回弾。由于成形時(shí)彎管內(nèi)、外側(cè)應(yīng)カ狀態(tài)相反，卸載時(shí)彎管內(nèi)、外側(cè)回彈效應(yīng)相互迭加，彎管件的回彈相對(duì)于別的成形方式更為顯著?；貜検沟脧澒芗某尚谓嵌葴p小，成形半徑増加，彎管件的成形角度和成形半徑與彎曲角度和彎曲半徑產(chǎn)生偏差。數(shù)控彎管成形中的回彈是影響其成形精度的ー個(gè)主要因素，當(dāng)回彈量超過(guò)誤差所允許的范圍時(shí)，零件的幾何精度和形狀精度就難以滿足要求，從而會(huì)直接影響到彎管的使用性能，以及和其它部件的連接效果等。因此，在實(shí)際成形過(guò)程中為了獲得精度較高的數(shù)控彎管零件，滿足航空標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對(duì)管材數(shù)控彎曲的回彈進(jìn)行精確控制。目前，實(shí)踐中通?；诮?jīng)驗(yàn)或試錯(cuò)法，僅僅采用過(guò)彎法對(duì)回彈角進(jìn)行補(bǔ)償控制，這不但消耗大量財(cái)力、 物力及時(shí)間，且沒(méi)有考慮回彈半徑的補(bǔ)償，不能滿足航空標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于高精度管件的幾何尺寸要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有回彈控制技術(shù)中存在的耗費(fèi)精力物カ且沒(méi)有考慮回彈半徑的缺陷，本發(fā)明提供了ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法。本發(fā)明的具體步驟如下步驟1，確定回彈半徑；在穩(wěn)定成形條件下進(jìn)行有限元建模模擬，獲得回彈半徑 AR ；步驟2，更新彎曲半徑R1 ;通過(guò)公式(I)，根據(jù)得到的回彈半徑AR更新彎曲半徑R1R1 = Rtl-AR(I)其中，R0為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲半徑，R1為更新后的彎曲半徑，AR為回彈半徑；步驟3，確定彎管件的成形半徑べ;對(duì)更新彎曲半徑R1后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑g ；步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER1 ;通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R1下得到彎管件的成形半徑誤差ER1
ER1 =Rl-R0(2)其中，ER1是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷成形半徑誤差是否滿足誤差容限；通過(guò)公式(3)判斷Ier1I > Sr⑶由于管件的成形半徑誤差ER1大于誤差容限s R，成形半徑不滿足精度要求，回到步驟2，對(duì)管材的彎曲半徑R1進(jìn)行再次更新；通過(guò)公式(4)，以獲得新的彎曲半徑Rn，n = 2， 3,4—Rn+1 = Rn-ERn(4)其中，ERn是管件的成形半徑誤差；直至管材的成形半徑誤差ERn小于等于誤差容限S R ；當(dāng)管件的成形半徑誤差ERn小于等于誤差容限S R時(shí)，成形半徑滿足精度要求，得到此時(shí)管件的回彈角度A 0 ；步驟6，更新彎曲角度0 :;通過(guò)公式(5)，根據(jù)得到的回彈角度A 0更新彎曲角度
Q1B1= 0 0+ A 0(5)其中，0 ^為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲角度，0:為彎曲角度，A 0為回彈角度；步驟7，確定彎管件的成形角度0 ;對(duì)更新彎曲角度0 !后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形角度g ；步驟8，確定彎管件的角度誤差E 0 :;通過(guò)公式(6)在更新后的彎曲角度9ェ下得到彎管件的成形角度誤差E S1EO1 =0[ -O0(6)其中，Ee1是管件的成形角度誤差；步驟9，判斷成形角度誤差是否滿足誤差容限；通過(guò)公式(7)判斷IEeiI > 8 0(J)由于管件的成形角度誤差E S1大于誤差容限5 0時(shí)，成形角度不滿足精度要求， 返回步驟6，對(duì)管材的彎曲角度Q1-行再次更新；通過(guò)公式(8)，以獲得新的彎曲角度0n， n = 2，3，4…0n+1 = 0 n-E 0 n(8)其中，E 0 是管件的成形角度誤差；直至管材的成形角度誤差E 0n小于等于誤差容限8 0 ；當(dāng)管件的成形角度誤差E 0n小于等于誤差容限8 0時(shí)，成形角度滿足精度要求， 補(bǔ)償流程結(jié)束。則實(shí)際成形中彎曲半徑為Rn，彎曲角度為0n。所述步驟I中所述的穩(wěn)定成形條件是管壁內(nèi)側(cè)無(wú)起皺，并且最大截面畸變率和最大壁厚減薄率均滿足彎管成形要求。本發(fā)明在對(duì)數(shù)控彎管回彈進(jìn)行控制時(shí)同時(shí)考慮了回彈半徑的補(bǔ)償和回彈角的補(bǔ)償。由于回彈半徑與彎曲角度無(wú)關(guān)，而回彈角度卻隨彎曲角度和彎曲半徑的變化而變化。 因此，要更有效更精確地控制回彈，本發(fā)明先對(duì)回彈半徑進(jìn)行補(bǔ)償，在成形半徑滿足成形精度后，再在成形半徑下進(jìn)行回彈角的補(bǔ)償。數(shù)控彎管回彈半徑的補(bǔ)償采用修正模具法，通過(guò)減小彎曲半徑使得彎管回彈后的成形半徑滿足精度要求；數(shù)控彎管回彈角的補(bǔ)償采用過(guò)彎法，通過(guò)過(guò)彎一定角度使得彎管回彈后的成形角度滿足精度要求，本發(fā)明采用先補(bǔ)償彎曲半徑、再補(bǔ)償彎曲角的方法，快速有效地進(jìn)行彎管回彈的補(bǔ)償，能夠?qū)澒艹尚蔚某叽缇日`差控制在很小的范圍內(nèi)，以滿足航空標(biāo)準(zhǔn)所要求的管件彎曲精度，并且具有エ藝方法簡(jiǎn)單可靠，效率高，適用性廣，不需要采用額外的工具設(shè)備， エ藝成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明應(yīng)用于高強(qiáng)鈦管的數(shù)控彎曲成形，解決了高強(qiáng)鈦管顯著回彈角及回彈半徑的控制問(wèn)題，獲得滿足高精度幾何尺寸要求的鈦管管件。


圖I為數(shù)控彎管回彈補(bǔ)償流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法。成形管材為管徑9. 525mm,壁厚0. 508mm的TA18高強(qiáng)鈦管，成形半徑為28. 575mm, 管材成形角度為70°，具體步驟如下步驟1，確定回彈半徑。在穩(wěn)定成形條件下，采用LS-DYNA軟件進(jìn)行有限元建模模擬，獲得回彈半徑AR。所述的穩(wěn)定成形條件是管壁內(nèi)側(cè)無(wú)起皺，并且最大截面畸變率和最大壁厚減薄率均滿足彎管成形要求，在本實(shí)施例中，最大截面畸變率要求小于等于5 %，最大壁厚減薄率要求小于等于25%。獲得的回彈半徑為2. 781mm ；步驟2，更新彎曲半徑札。通過(guò)公式(I)，根據(jù)得到的回彈半徑更新彎曲半徑R1R1 = R0- A R = 28. 575—2. 781 = 25. 794(I)其中，R0為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲半徑，R1為更新后的彎曲半徑，AR為回彈半徑；步驟3，確定彎管件的成形半徑べ。采用LS-DYNA軟件，對(duì)更新彎曲半徑R1后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑gi ； = 27.830步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER115通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R1下得到彎管件的成形半徑誤差ER1ER1 =7 ；-^ =27.830-28.575 = -0.745(2)其中，ER1是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷成形半徑誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形半徑誤差容限 S R為1mm，通過(guò)公式(3)判斷IER11 < SR=I(3)由于管件的成形半徑誤差ER1小于誤差容限SR，成形半徑滿足精度要求，因此，以該彎曲半徑R1作為回彈半徑補(bǔ)償?shù)膹澢霃剑⑶业玫酱藭r(shí)的回彈角度A 0為8.311° ；步驟6，更新彎曲角度0lt)通過(guò)公式(5)，根據(jù)得到的回彈角度A 0更新彎曲角度Q1B1= 0 0+A 0 = 70+8. 311 = 78. 311(5)其中，0 ^為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲角度，0:為更新后的彎曲角度，A 0為回彈角度；步驟7，確定彎管件的成形角度0。采用LS-DYNA軟件，對(duì)更新彎曲角度eェ后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到的管材的成形角g6>； = 69.490步驟8，確定彎管件的角度誤差Eeit5通過(guò)公式(6)在更新后的彎曲角度Q1下得到彎管件的角度誤差E 0 IEO1 = e[-O0 = 69.490-70 = -0.51(6)其中，E 0 i是管件的成形半徑誤差；步驟9，判斷角度誤差是否滿足誤差容限，本實(shí)施例中，成形角度誤差容限8 0為 1°，通過(guò)公式(7)判斷Eei^se=I(7)由于管件的成形角度誤差小于誤差容限，成形角度滿足精度要求，因此，以該彎曲角度Q1作為回彈角補(bǔ)償?shù)膹澢嵌龋痪C上所述，對(duì)于本實(shí)施例，實(shí)際成形條件為彎曲半徑為25. 749mm，彎曲角度為 78.311°。實(shí)施例ニ本實(shí)施例是ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法。成形的管為的管徑9. 525mm,壁厚0. 508mm的TA18高強(qiáng)鈦管，彎曲半徑為 28. 575mm，管材彎曲角度為70°，具體步驟如下步驟1，確定回彈半徑。在穩(wěn)定成形條件下，采用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元建模模擬，獲得回彈半徑AR。所述的穩(wěn)定成形條件是管壁內(nèi)側(cè)無(wú)起皺，并且最大截面畸變率和最大壁厚減薄率均滿足彎管成形要求，在本實(shí)施例中，最大截面畸變率要求小于等于5 %，最大壁厚減薄率要求小于等于25%。確定的回彈半徑為2. 781mm ；步驟2，更新彎曲半徑も。通過(guò)公式(I)，根據(jù)得到的回彈半徑更新彎曲半徑R1R1 = R0-AR = 28. 575-2. 781 = 25. 794(I)其中，R0為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲半徑，R1為更新后的彎曲半徑，AR為回彈半徑；步驟3，確定彎管件的成形半徑べ。采用ABAQUS軟件，對(duì)更新彎曲半徑R1后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑gi ； = 27.830步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER115通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R1下得到彎管件的成形半徑誤差ER1ER1 =7 ；-^ =27.830-28.575 = -0.745(2)其中，ER1是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷半徑誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形半徑誤差容限SR為
0.3mm,通過(guò)公式(3)判斷IER11 > 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半徑誤差ER1大于誤差容限S R，成形半徑不滿足精度要求，回到步驟2，對(duì)管材的彎曲半徑R1進(jìn)行再次更新；通過(guò)公式(4)，以獲得新的彎曲半徑R2 ；R2 = R1-ER1 = 25. 794- (-0. 745) = 26. 539 (4)步驟3，確定彎管件的成形半徑K。采用ABAQUS軟件，對(duì)更新彎曲半徑R2后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑KIi2 = 28.948步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER2。通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R2下得到彎管件的成形半徑誤差ER2ER2=28.948-28.575 = 0.373(2)其中，ER2是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷半徑誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形半徑誤差容限SR為
0.3mm,通過(guò)公式(3)判斷IER21 > 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半徑誤差ER2大于誤差容限S R，成形半徑不滿足精度要求，回到步驟2，對(duì)管材的彎曲半徑R2進(jìn)行再次更新；通過(guò)公式(4)，以獲得新的彎曲半徑R3 ；R3 = R2-ER2 = 26. 539—0. 373 = 26. 166(4)步驟3，確定彎管件的成形半徑我。采用ABAQUS軟件，對(duì)更新彎曲半徑R3后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑我尺;=28.721步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER3。通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R3下得到彎管件的成形半徑誤差ER3
ER,=ぢ-凡=28.721-28.575 = 0.146(2)其中，ER3是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷半徑誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形半徑誤差容限SR為
0.3mm,通過(guò)公式(3)判斷IER31 < 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半徑誤差ER3小于誤差容限5 R，成形半徑滿足精度要求，因此，以該彎曲半徑R3作為回彈半徑補(bǔ)償?shù)膹澢霃?，并且得到此時(shí)的回彈角度為8. 44° ;步驟6，更新彎曲角度0 10通過(guò)公式(5)，根據(jù)得到的回彈角度對(duì)彎管回彈進(jìn)行補(bǔ)償，更新彎曲角度Q10 ! = 0 0+A 0 = 70+8. 44 = 78. 44(5)其中，0 ^為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲角度，0:為更新后的彎曲角度，A 0為回彈角度；步驟7，確定彎管件的成形角度g。采用ABAQUS軟件，對(duì)更新彎曲角度0 i后的管材數(shù)控彎曲及回彈進(jìn)行有限元模擬，得到的管材的成形角g6>； =69.53步驟8，確定彎管件的角度誤差Ee115通過(guò)公式(6)在更新后的彎曲角度Q1下確定彎管件的角度誤差E 0 !=^1'-^0 =69.53-70 = -0.47(6)其中，E 0丨是管件的成形半徑誤差；步驟9，判斷成形角度誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形角度誤差容限 S 0為0.3°，通過(guò)公式(7)判斷
|E 0 J > S 0 = 0. 3(7)由于管件的成形角度誤差E S1大于誤差容限5 0，成形角度不滿足精度要求，返回步驟6，對(duì)管材的彎曲角度eェ進(jìn)行再次更新；通過(guò)公式(8)，以獲得新的彎曲角度02B2= 0 rE 0 ! = 78. 44-(-0. 47) = 78. 91 (8)步驟7，確定彎管件的成形角度式。采用ABAQUS軟件，對(duì)更新彎曲角度02后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形角度式式=69.96步驟8，確定彎管件的角度誤差E 02。通過(guò)公式(6)在更新后的彎曲角度e2下確定彎管件的角度誤差Ee2-^0 =69.96-70 = -0.04(6)其中，E 0 2是管件的成形半徑誤差；步驟9，判斷成形角度誤差是否滿足誤差容限。本實(shí)施例中，成形角度誤差容限 S 0為0.3°，通過(guò)公式(8)判斷|E 0 2| < S 0 = 0. 3(8)由于管件的成形角度誤差Ee2小于誤差容限5 0，成形角度滿足精度要求，因此， 以該彎曲角度e2作為回彈角度補(bǔ)償?shù)膹澢嵌?。綜上所述，對(duì)于本實(shí)施例，實(shí)際成形條件為彎曲半徑為28. 721mm，彎曲角度為 78.91。。
權(quán)利要求
1.ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1，確定回彈半徑；在穩(wěn)定成形條件下進(jìn)行有限元建模模擬，獲得回彈半徑AR ; 步驟2，更新彎曲半徑R1;通過(guò)公式(1)，根據(jù)得到的回彈半徑AR更新彎曲半徑R1 R1 = R0-△R(I)其中，R0為預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的彎曲半徑，R1為更新后的彎曲半徑，AR為回彈半徑；步驟3，確定彎管件的成形半徑べ;對(duì)更新彎曲半徑R1后的管材數(shù)控彎曲及回彈過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，得到彎管件的成形半徑べ；步驟4，確定彎管件的成形半徑誤差ER1 ;通過(guò)公式(2)，在更新后的彎曲半徑R1下得到彎管件的成形半徑誤差ER1ER1=Rl-R0(2)其中，ER1是管件的成形半徑誤差；步驟5，判斷成形半徑誤差是否滿足誤差容限；通過(guò)公式(3)判斷
2.如權(quán)利要求I所述ー種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法，其特征在于，步驟I中所述的穩(wěn)定成形條件是管壁內(nèi)側(cè)無(wú)起皺，并且最大截面畸變率和最大壁厚減薄率均滿足彎管成形要求。
全文摘要
一種數(shù)控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法，先對(duì)回彈半徑進(jìn)行補(bǔ)償，在成形半徑滿足成形精度后，再在成形半徑下進(jìn)行回彈角的補(bǔ)償。數(shù)控彎管回彈半徑的補(bǔ)償采用修正模具法，通過(guò)減小彎曲半徑使得彎管回彈后的成形半徑滿足精度要求；數(shù)控彎管回彈角的補(bǔ)償采用過(guò)彎法，通過(guò)過(guò)彎一定角度使得彎管回彈后的成形角度滿足精度要求。本發(fā)明采用先補(bǔ)償彎曲半徑、再補(bǔ)償彎曲角的方法，滿足了航空標(biāo)準(zhǔn)所要求的管件彎曲精度，并且具有工藝方法簡(jiǎn)單可靠，效率高，工藝成本低的特點(diǎn)，應(yīng)用于高強(qiáng)鈦管的數(shù)控彎曲成形，解決了高強(qiáng)鈦管顯著回彈角及回彈半徑的控制問(wèn)題，獲得滿足高精度幾何尺寸要求的鈦管管件。
文檔編號(hào)B21D9/00GK102601186SQ20121007526
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者宋飛飛, 李恒, 楊合 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)