[發明專利]金屬型材三維自由彎曲模具設計方法

有效

• 申請號: 201711228754.2
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107931440B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 郭訓忠;方江平;程旋;熊昊;馬燕楠
• 申請（專利權）人: 江蘇合信機器人系統有限公司
• 主分類號: B21D37/10
• 分類號: B21D37/10;B21D37/20;B21D11/00
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 馬曉輝

本發明公開了金屬型材三維自由彎曲模具設計方法，屬于三維自由彎曲成形技術配套工藝優化方法。該方法包括采取以下措施加以實現：首先，對型材截面幾何特征進行分析計算其形心位置，使得模具的中心與型材形心重合；其次，通過優化模具的幾何結構，使得在彎曲成形過程中，減少模具和型材的接觸，降低摩擦，從而達到提高型材成形質量及成形精度的目的。

技術領域

本發明屬于金屬復雜構件先進制造技術領域，特別涉及一種金屬型材三維自由彎曲模具設計方法。

背景技術

各種截面形狀的金屬復雜型材構件在航空航天、核電、汽車、艦船、石化、建筑以及其它民用工業等諸多領域具有廣泛的應用，對于降低產品的生產成本以及減重方面發揮著重要的作用。

傳統的金屬構件彎曲技術如壓彎、拉彎、繞彎、推彎以及由上述基本工藝衍生出的彎曲工藝在彎曲復雜形狀型材時并不能滿足高精度的要求，因此只能適用于大批量，形狀簡單的管材的彎曲過程。而對于形狀復雜或者曲率連續變化的復雜構件，以上方法均無法實現。

復雜構件的三維自由彎曲系統則能實現型材在各種彎曲半徑下的無模成形，對傳統金屬彎曲成形技術形成了巨大的挑戰，在塑性成形領域是一項公認的重要技術創新。復雜構件的三維自由彎曲系統雖然能實現型材在各種彎曲半徑下的柔性成形，但是國內目前尚無詳細完整的型材彎曲模具設計方法，限制了型材的三維自由彎曲技術的應用與推廣。

發明內容

本發明針對型材自由彎曲技術存在的不足，提出了一種金屬型材三維自由彎曲模具設計方法。

本發明所采用的技術方案是：通過對不同型材的截面形狀進行分析，通過減少模具和型材之間的摩擦，保證模具中心與型材形心重合，優化模具設計，提高型材質量及精確度。

一種金屬型材三維自由彎曲模具設計方法，包括以下步驟：

第一步，確定影響型材彎曲成形質量及精度的因素；

第二步，減小型材與模具的接觸面積；

第三步，保證模具中心與型材形心重合；

第四步，根據模具中心所在位置以及所確定的模具與型材的接觸部分，合理設計出模具。

所述的方法第一步中，一方面，由公式f＝F(s,T,Ra,E,R)(其中，f 為摩擦系數，s為型材與模具的接觸面積，T為彎曲成形時的溫度，Ra為模具與型材接觸部分的粗糙度，E為型材的彈性模量，R為型材的強度)知，可以通過減小型材與模具的接觸面積，以進行模具設計，降低模具與型材之間的摩擦，提高型材成形質量及精度；另一方面，當模具中心與型材形心重合時，可以消除附加彎矩(M＝P_U×U，其中P_U為型材所承受的彎曲力，U為模具與型材導向機構之間的距離)，提高型材成形質量及精度。

所述的方法第二步中，減小型材與模具的接觸面積，首先，確定型材的具體尺寸；其次，確定型材與模具的接觸部分；最后，根據所測數據和實際情況，合理設計模具與型材的接觸部分。

所述的方法第三步中，保證模具中心與型材形心重合，首先確定型材的具體尺寸；其次將型材按照實際尺寸畫成平面圖形，將該平面圖形分成由若干個單圖形；然后由公式(其中，S_i，和為任一組成部分的面積及其形心的坐標)計算型材形心；最后，將計算得到的型材形心坐標設為模具中心。

有益效果：

1、本發明為三維自由彎曲成形技術配套工藝優化方法，為金屬型材三維自由彎曲提供了一種新的模具設計方法；

2、本發明通過減少模具和型材之間的接觸，保證模具中心與型材形心重合，優化模具設計，提高型材成形質量及成形精度；

3、本發明方法簡單可行，生產效率高，在航空航天、核電、汽車等工程領域具有重要的工程應用價值和明顯的經濟效益。