三維多曲度零件拉彎成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了三維多曲度零件拉彎成型方法，通過(guò)對(duì)拉彎零件的外形、尺寸、彎曲角和成形力的分析，確定型材拉彎模的結(jié)構(gòu)形式和適用的型材拉彎?rùn)C(jī)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)拉彎零件的數(shù)字化模型進(jìn)行曲率分析；采用彎曲回彈理論分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，采用數(shù)值模擬的辦法，進(jìn)行模具型面回彈補(bǔ)償設(shè)計(jì)。型材的拉彎需配套的拉彎夾頭與拉彎模、機(jī)床配合使用。運(yùn)用數(shù)控技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行加工。運(yùn)用測(cè)量機(jī)對(duì)所加工的模具進(jìn)行檢測(cè)，修正，減小理論與實(shí)際誤差，從而提高零件制造精度。能在二維拉彎?rùn)C(jī)上成型三維復(fù)雜零件的模具、減少拉彎的道次、減少拉彎模具的修模或報(bào)廢，從而有效的降低零件制造成本；且生產(chǎn)效率高。
【專利說(shuō)明】三維多曲度零件拉彎成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬?gòu)澢尚皖I(lǐng)域，具體涉及三維多曲度零件拉彎成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈、國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和大眾化交通工具，在中國(guó)經(jīng)濟(jì) 社會(huì)發(fā)展中具有重要作用。然而"一票難求、一車難求"的現(xiàn)象仍然十分突出。加快高鐵建設(shè) 已成為解決此瓶頸的主要途徑。高鐵技術(shù)的快速發(fā)展離不開制造工藝水平的發(fā)展，高鐵車 頭的三維復(fù)雜流線動(dòng)力型設(shè)計(jì)，給其制造帶來(lái)了很大的困難，以往的零件全部依賴于進(jìn)口， 其制造周期長(zhǎng)，零件成本昂貴，無(wú)形中增加了高鐵的制造成本，也抑制了高鐵的發(fā)展步伐。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)的許多加工廠家其設(shè)備陳舊，拉彎設(shè)備多為二維拉彎?rùn)C(jī)，加之模具設(shè)計(jì) 水平有限，很難加工出合格的零件。拉彎卸載后的回彈控制是影響成形精度的主要因素。拉 彎成形過(guò)程中，材料受力狀態(tài)復(fù)雜，同時(shí)受材料物理性參數(shù)、摩擦條件等因素的影響，拉彎 成形回彈預(yù)測(cè)很困難。
[0004] 在實(shí)際生產(chǎn)中，拉彎模修正量及工藝參數(shù)的確定主要以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)試錯(cuò)法來(lái) 解決，但此方法不能夠一次拉彎精確成形型材，有時(shí)還需要多次預(yù)拉彎及熱處理，最終成形 后還要進(jìn)行人工校形，且周期長(zhǎng)，成本高，無(wú)法滿足高鐵的發(fā)展需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供三維多曲度零件拉彎成型方法，能在二維拉彎?rùn)C(jī) 上成型三維復(fù)雜零件的模具、減少拉彎的道次、減少拉彎模具的修?；驁?bào)廢，從而有效的降 低零件制造成本；且生產(chǎn)效率高。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 三維多曲度零件拉彎成型方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 1)計(jì)算機(jī)對(duì)待拉彎零件的外形、尺寸、彎曲角和成形力進(jìn)行分析，確定型材拉彎 模的結(jié)構(gòu)形式和適用的型材拉彎?rùn)C(jī)；
[0009] 2)然后，通過(guò)數(shù)值模擬待拉彎零件拉彎成型過(guò)程，預(yù)測(cè)待拉彎零件的變形情況，分 析待拉彎零件的成型，對(duì)上述工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化如下；
[0010] a、根據(jù)待拉彎零件的數(shù)學(xué)模型抽取出輪廓曲線，按照等參數(shù)方式在提取出的輪廓 曲線上布點(diǎn)Pi (i = 0, 1，2,…，η)計(jì)算待拉彎零件輪廓曲線上點(diǎn)Pi處的曲率半徑Ri ;
[0011] b、修正各點(diǎn)的曲率半徑的計(jì)算板料彎曲回彈半徑公式為：

【權(quán)利要求】
1.三維多曲度零件拉彎成型方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 計(jì)算機(jī)對(duì)待拉彎零件的外形、尺寸、彎曲角和成形力進(jìn)行分析，確定型材拉彎模的結(jié) 構(gòu)形式和適用的型材拉彎?rùn)C(jī)； 2) 然后，通過(guò)數(shù)值模擬待拉彎零件拉彎成型過(guò)程，預(yù)測(cè)待拉彎零件的變形情況，分析待 拉彎零件的成型，對(duì)上述工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化如下； a、 根據(jù)待拉彎零件的數(shù)學(xué)模型抽取出輪廓曲線，按照等參數(shù)方式在提取出的輪廓曲線 上布點(diǎn)Pi (i = 0, 1，2,…，η)計(jì)算待拉彎零件輪廓曲線上點(diǎn)Pi處的曲率半徑Ri ; b、 修正各點(diǎn)的曲率半徑的計(jì)算板料彎曲回彈半徑公式為： ~ <!> 1?--(cr,, ~ σ ) HE. 1 R2 ?σ -σ ) AR =----<2} HE - Rng (- ση) 式中：Rnq為回彈前零件的曲率半徑；為回彈后零件的曲率半徑；H為剖面厚度尺寸； Ε為彈性模量；〇n)為彎曲外層和內(nèi)層的應(yīng)力差；Λ R為回彈后曲率半徑的變化 量； 在進(jìn)一步考慮幾何關(guān)系、邊界條件和當(dāng)y = a時(shí)，〇y = ση = 〇〇. 2的基礎(chǔ)上，其中 邊界條件指的是y=a，y為距應(yīng)力中性層的距離，a為應(yīng)力中性層與內(nèi)層材料的距離，〇 y為 距應(yīng)力中性層距離y的材料所受的應(yīng)力，σ n為內(nèi)層材料所受的應(yīng)力，σ為材料應(yīng)力，可得 外層材料與內(nèi)層材料的應(yīng)力差，為： DH -， - (^) Ρ 式中：D為塑性強(qiáng)化模量；Ρ為中性層曲率半徑，進(jìn)一步由幾何關(guān)系（1)可知： i?,if > 1 -? 1 ( 4) I E ) E 將式（4)代入式（3)，得： DH τ σ., -σ ?- ( 5} 將式（5)代入式（1)、式（2)得到回彈后的曲率半徑Rnh與回彈前的曲率半徑Rnq的關(guān) 系為： (6) I-- Ε 拉彎型材回彈半徑變化為： D ΔΛ = -Kh = U) L· 式中：K為回彈系數(shù)，K = D/E ; 由式（1)計(jì)算點(diǎn)Pi處曲率修正量，為： Δ Rj = KRj (8) 則修正后拉彎模在Pi的曲率半徑為： R/ =Ri-ARi (9) (3)模具型面逐點(diǎn)修正計(jì)算。 采用圓弧樣條來(lái)表示模具輪廓形狀，選取輪廓曲線的起始點(diǎn)P〇,計(jì)算該點(diǎn)的法矢量 No,設(shè)修正后模具輪廓上對(duì)應(yīng)點(diǎn)為Po'，曲率中心為0〇'，則有： -* f - A· -ft·. Pq '- ZZ f 1 〇 } " N, I ' d0=a-(in u u A 已知？/和(^(1=0，1，2^"，11)，并且點(diǎn)足夠密時(shí)，？1=/可以近似地通過(guò)式（12)、式 (13)求出， ?1ι-Α| = ^ (12) -F^'= AS, (13 } 式中：Λ Si為Pp Pi+1兩點(diǎn)之間的弧長(zhǎng)，0i+1的計(jì)算方法如下： - _ pf _ Q 〇M=If^-RU If J (Μ) PU-A 3) 根據(jù)步驟2)中優(yōu)化的工藝參數(shù)，進(jìn)行待拉彎零件拉彎回彈數(shù)值模擬，分析成型后零 件的回彈量，并對(duì)回彈量進(jìn)行修改以滿足生產(chǎn)要求； 采用有限元分析法模擬拉彎成形過(guò)程：首先對(duì)型材兩端施加軸向拉力，使橫剖面上的 應(yīng)力達(dá)到屈服極限；然后在預(yù)拉力不變的條件下施加彎矩使之貼膜；最后補(bǔ)加軸向拉力， 總拉力的大小，以使變曲率型材最小曲率半徑處剖面上的內(nèi)層材料達(dá)到拉伸屈服極限 為準(zhǔn)，成形后，對(duì)型材進(jìn)行卸載，完成整個(gè)拉彎過(guò)程； 通過(guò)對(duì)型材的模擬分析，可得到任意截面的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及型材回彈變形；輸出型材 各節(jié)點(diǎn)的變形量，再導(dǎo)入CAD軟件中得到型材變形圖，通過(guò)對(duì)型材的回彈分析，可評(píng)估修正 后的拉彎模型面對(duì)拉彎成形的影響； 4) 根據(jù)待拉彎零件截面計(jì)算拉彎夾頭的中心，使所述拉彎夾頭的中心與待拉彎零件的 形心重合， 5) 依據(jù)上述測(cè)定的工藝參數(shù)，選擇加工合格的拉彎模具，進(jìn)行拉彎成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多曲度零件拉彎成型方法，其特征在于：所述拉彎模具 包括一基體，一設(shè)置基體一側(cè)的底板，以及一設(shè)置基體另一側(cè)的蓋板， 還包括一設(shè)置基體兩端的拉彎夾頭， 一連接螺釘，其貫穿底板，基體和蓋板將三者固定連接， 在蓋板上還設(shè)置一吊環(huán)，所示吊環(huán)用于吊裝待拉彎零件， 所示蓋板上還設(shè)置有測(cè)量基準(zhǔn)孔，定位銷孔以及模具安裝定位孔。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104281725SQ201310295865
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月13日
【發(fā)明者】徐昭, 孟波, 石雷, 王東, 郭力 申請(qǐng)人:西安嘉業(yè)航空科技有限公司