[發明專利]鋁合金大直徑薄壁管數控彎曲的偏心芯頭及其設計方法

有效

• 申請號: 200910023443.1
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN102161059A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 李光俊;詹梅;李恒;閆晶;李成
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;成都飛機工業(集團)有限責任公司
• 主分類號: B21D9/03
• 分類號: B21D9/03;G06F17/50
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種鋁合金大直徑薄壁管數控彎曲的偏心芯模，包括芯頭、芯模芯桿(1)和芯頭間聯接件(3)，芯頭間采用球窩式結構連接；其特征在于，該偏心芯頭(2)，的球心在芯頭體內的位置不在芯頭的幾何中心處；偏心芯頭(2)的偏心程度δ為：

δ＝h/k????[1]

在式[1]中，h為偏心芯頭(2)球心到芯頭大端的距離，k為芯頭的厚度。

2.一種如權利要求1所述鋁合金大直徑薄壁管數控彎曲的偏心芯頭(2)的設計方法，其特征在于，具體設計過程是：

第一步，在給定管材的直徑D，壁厚t以及彎曲半徑R₀條件下，確定偏心芯頭(2)的個數n和厚度k；

偏心芯頭(2)的個數n和厚度k為：

nk=π180αR0---[2]]]>

在式[2]中，α為管材彎曲段需要球頭支撐的范圍，對于管直徑與壁厚的比值大于50的鋁合金大直徑薄壁管，α的取值范圍為40～45度；當α給定后，確定偏心芯頭(2)的個數n，n的取值范圍為3～5個；根據式(2)，由偏心芯頭(2)的個數n計算芯頭厚度k；

第二步，確定偏心芯頭(2)的內半徑d₀′和外半徑d₀；

偏心芯頭(2)的內外半徑為：

d0=(D-2t-Cball)2d0′=d0+C′---[3]]]>

在式[3]中，偏心芯頭(2)的外半徑d₀的圓心為該偏心芯頭(2)的球心，內半徑d₀′的圓心為與該偏心芯頭(2)相連的前一個偏心芯頭(2)的球心；C′為偏心芯頭(2)內圓弧表面與外圓弧表面的間隙，其取值范圍為3～5mm；C_ball為偏心芯頭(2)與管材內壁的間隙，取值范圍為0.3～0.9mm；D為管材的直徑；t為管材的壁厚；第三步，由內外半徑差|d₀-d₀′|，確定偏心芯頭(2)最大轉角θ₂對應的參數x₂；x₂為偏心芯頭(2)球心O與F點的距離，由偏心芯頭(2)小端頂點A做偏心芯頭(2)大端輪廓線的平行線，該平行線與偏心芯頭(2)中心軸線的交點即為F點；x₂的取值由|d₀-d₀′|確定；|d₀-d₀′|越大，x₂越小，θ₂越大；|d₀-d₀′|為3～5mm，則x₂的變化范圍為3～1mm；隨著內外半徑差|d₀-d₀′|的增加，x₂將減小；

第四步，確定偏心距離h與偏心芯頭(2)最大轉角θ₂的關系；

不同尺寸管材偏心芯頭的最大轉動角度的解析表達式：

sinθ1=x1d0,(0<x1<h)tanθ2=k-h-x2d02-(k-h)2,(0<h<k/2,0<x2<k-h)---[4]]]>

在式[4]中，θ₁為偏心芯頭(2)與芯棒間的最大轉動角度，θ₂為偏心芯頭(2)與偏心芯頭(2)間的最大轉動角度，θ₁僅與外半徑d₀和x₁有關，且該轉角與采用對稱偏心芯頭(2)時無差別；在偏心芯頭(2)厚度k，偏心芯頭(2)外半徑d₀和x₂已知的條件下，根據式(4)，確定偏心芯頭(2)偏心距離h與θ₂的關系；

第五步，由管材極限彎曲過程的有限元模擬結果，確定偏心芯頭(2)間的最大轉角θ₂的范圍；具體過程是，首先建立鋁合金大直徑薄壁管數控彎曲過程模擬有限元模型，實現管材在最小彎曲半徑下的穩定彎曲過程的模擬，并記錄偏心芯頭(2)間的最大轉角θ₂的取值范圍；

第六步，根據θ₂的范圍，根據偏心距離h與偏心芯頭(2)最大轉角θ₂的關系表，確定h的取值范圍。