[發明專利]一種管材彎曲回彈角逆向預測和補償方法

在審

• 申請號: 201811617114.5
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109684753A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李恒;馬俊;賀子芮;劉浩然;陳光耀
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種管材彎曲回彈角逆向預測和補償方法，通過逆向法獲得材料″表觀彈性模量″，通過采用″表觀彈性模量″數值模擬，快速、準確預測回彈角，并求取補償角度。本發明提出了采用逆向法求取管材彎曲的表觀彈性模量實現管材彎曲回彈角精確預測和準確補償的方法；本發明所提出的回彈角預測和補償方法預測精度高、操作簡單、預測速度快、實用性強；特別是避免了采用復雜材料模型進行有限元數值模擬是模型參數試驗表征難、計算量大等缺點；該方法僅需1次試彎和3次數值模擬即可實現回彈角的準確預測和補償，特別適用于難變形彎管類構件精確成形制造。

技術領域

本發明涉及金屬材料塑性成形領域，尤其涉及一種管材彎曲回彈角逆向預測和補償方法。

背景技術

彎管類構件素有工業血管、發動機動脈之譽，廣泛應用于航空、航天、船舶、汽車、能源和化工等工業領域，起著介質傳輸和結構承力等關鍵作用。管材塑性彎曲成形技術，能夠同時實現材料的成形和改性，是實現金屬管材精確彎曲成形的重要成形方式。常見的管材彎曲工藝有壓彎、輥彎、推彎、數控繞彎等，然而不論何種采用彎曲方式，回彈是管材彎曲成形不可避免的問題。彎管回彈是指在成形過程中，外部載荷(包括模具、熱場、電場等)移除之后，彎管件受到材料自身的彈性能驅動而產生的形狀和尺寸偏差，其直接制約著構件的成形精度和后續成形，回彈控制不當將嚴重影響整體裝配和構件服役性能。管材彎曲成形往往受到多場耦合作用和多模具復合約束，涉及幾何、材料和邊界條件等多重非線性問題，同時成形過程伴隨著壁厚減薄甚至開裂、起皺、型面過渡扭曲等諸多成形缺陷，使得回彈機理和規律十分復雜，回彈精確預測和控制十分困難。特別是航空航天用高強鈦合金、高強鋁合金、高強鋼/超高強鋼等彎管構件，屈彈比高，回彈十分顯著，且服役條件非常苛刻，回彈的精確預測和控制成為挑戰性難題。

目前，針對管材彎曲回彈預測和控制方面，國內外學者進行了很多研究。中國專利，專利號為″201210075261.0″，專利名稱為″一種數控彎管成形回彈半徑和回彈角的精確控制方法″的發明專利，采用回彈角-回彈半徑順序迭代法逼近目標尺寸精度，但該方法高度依賴于單次有限元數值模擬精度，反復迭代易造成模擬誤差累積，且反復迭代對于復雜邊界彎管回彈計算量大，周期長。中國專利，專利號為″201310377197.6″，專利名稱為″小直徑厚壁管材二維變曲率彎曲回彈預測方法″的發明專利通過建立小直徑厚壁管材彎曲回彈的解析模型，將二維變曲率彎管軸線離散，利用近似純彎曲回彈實驗建立彎曲回彈半徑關系式，離散彎管回彈預測，回彈預測離散彎管簡單拼接，離散彎管回彈拼接修正，但該方法采用解析近似和離散的方法，但該方法近適用于很小直徑管材彎曲，對于中型直徑和大直徑管材彎曲回彈預測不適用。中國專利，專利號為″201710152143.8″，專利名稱為″確定均質管材數控彎曲回彈角的方法″的發明專利采用靜力平衡解析法求解了彎管回彈，對有效闡明材料和幾何參數對回彈的影響，但該方法同樣將彎曲過程近似為純彎，很難考慮實際生產復雜邊界對回彈的影響，使其預測誤差難以保證。文獻《Springback prediction forrotary-draw bending of rectangular H96 tube based on isotropic，mixed andYoshida-Uemori two-surface hardening models，Mater.Des.，2013，47：200-209》采用Yoshida-Uemori硬化模型考慮了黃銅矩形管數控繞彎中Bauschinger effect以提高回彈的預測精度，但該方法需要復雜的拉伸-壓縮循環試驗，給該方法的應用增加了困難。文獻《Constitutive modeling for path-dependent behavior and its influence on twistspringback，Int.J.Plast.，2017，93：64-88》采用了HAH硬化模型有效提高了鋁合金混合矩形管數控繞彎扭曲回彈預測精度，但是HAH模型參數需要依靠不同方向拉伸試驗、循環剪切試驗、平面拉伸試驗進行標定，模型參數獲取和數值實現非常復雜，特別是對于圓管，很多試驗無法進行，很大程度了限制了該方法的應用。文獻《Springback prediction oftitanium tube bending considering Bauschinger effect and Young′s modulusvariation，J.Phys.Conf.Series，734：032113》同時考慮了彈性模量衰減效應才鈦管回彈預測中的影響，發現鈦管回彈預測精度高度依賴于彈性本構和塑性本構的選用，需要預先研究不同彈性和塑性模型組合下回彈預測精度，以確定合適的材料模型選用。