[發明專利]一種減小自由彎曲零件相對彎曲半徑的裝置和自由彎曲方法

有效

• 申請號: 202010582051.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111545608B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王煒;程誠;郭訓忠;楊秋成
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B21D9/00
• 分類號: B21D9/00;B21D9/01;B21D37/00
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

本發明公開了一種減小自由彎曲零件相對彎曲半徑的裝置和自由彎曲方法。彎曲模末端與導向機構前端采用球面鏈接，彎曲模與導向機構位于同一軸線上，并且可以圍繞導向機構實現矢量偏轉，彎曲模末端內壁為一平緩的球面，彎曲模末端的球面直徑略大于導向機構前端球面的直徑，導向機構采用螺紋連接方式安裝在基座上，針對不同橫截面形狀、不同材質的空心構件通過改變螺紋移動距離改變導向機構的位置實時調整導向機構前端至彎曲模中心的距離，減小實際彎曲半徑。本發明通過減少自由彎曲成形設備對成形零件的干涉，降低成形過程中的塑性變形能，提高了成形質量，減小了自由彎曲零件的相對彎曲半徑。

技術領域

本發明屬于金屬空心構件先進制造技術領域，特別涉及一種減小自由彎曲零件相對彎曲半徑的方法。

背景技術

基于輕量化、提高耐沖擊性和節能減排的制造技術發展趨勢，高性能輕量化復雜彎曲空心構件由于其具有的結構優勢及良好的力學性能，不管是平面彎曲件，還是空間彎曲件，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均具有重要而廣泛的應用。作為塑性加工領域一項革命性的技術創新，基于軌跡控制的三維自由彎曲技術將彎曲成形技術與多軸聯動控制技術相結合，通過控制彎曲模的運動軌跡即可實現復雜彎曲空心構件精確成形，特別適用于變彎曲半徑空心構件、空間復雜彎曲空心構件及無直段彎曲構件的精確成形，目前在國外已經廣泛應用于汽車制造、建筑裝飾等領域，并且在航空航天制造領域有廣泛的應用前景。

受限于自由彎曲成形基于模具軌跡控制的無模成形原理，在成形小彎曲半徑構件時極易與設備機構發生干涉，加之彎曲模中心到導向模前端之間的彎曲變形區內管材無任何幾何約束限制，同時極易出現彎曲內側的起皺失穩現象。因此，對比其他傳統依賴模具形狀約束的成形方法，自由彎曲成形技術在相對彎曲半徑指標上處于比較落后的地位，相對彎曲半徑已經成為制約自由彎曲成形技術進一步普及應用的瓶頸問題。

發明內容

本發明針現有自由彎曲設備中成形的零件相對彎曲半徑較大、工藝適用范圍較窄的現狀，提出了一種減小自由彎曲零件相對彎曲半徑的方法。

一種減小自由彎曲零件相對彎曲半徑的裝置，包括球面軸承、彎曲模和導向機構；彎曲模末端與導向機構前端采用球面鏈接，彎曲模與導向機構位于同一軸線上，并且可以圍繞導向機構實現矢量偏轉，彎曲模末端內壁為一平緩的球面，彎曲模末端的球面直徑略大于導向機構前端球面的直徑，導向機構采用螺紋連接方式安裝在基座上，針對不同橫截面形狀、不同材質的空心構件通過改變螺紋移動距離改變導向機構的位置實時調整導向機構前端至彎曲模中心的距離，減小實際彎曲半徑。

所述的裝置，彎曲模出口段為由小變大的的圓錐形結構或者由小變大的“天圓地方”結構；圓錐形結構適用于圓管，“天圓地方”結構適用于方管。

所述的裝置，導向機構前端內壁加入倒角以減小彎曲成形過程中對管件的壓力。

所述的裝置，增加導向機構的長度至5A，A為導向機構前端至彎曲模中心的距離。

所述的裝置，在管材內部加入自潤滑柔性芯棒，自潤滑柔性芯棒包括一個棒體和若干球頭，球頭之間、球頭與棒體之間采用球鏈連接，在管材彎曲過程中對管材內壁起支撐作用。

根據任一所述裝置的自由彎曲方法，首先，對三維自由彎曲成形設備進行結構優化：彎曲模末端與導向機構前端采用球面鏈接，彎曲模與導向機構位于同一軸線上，并且可以圍繞導向機構實現矢量偏轉，彎曲模末端內壁為一平緩的球面，彎曲模末端的球面直徑略大于導向機構前端球面的直徑，導向機構采用螺紋連接方式安裝在基座上，針對不同橫截面形狀、不同材質的空心構件通過改變螺紋移動距離改變導向機構的位置實時調整導向機構前端至彎曲模中心的距離，減小實際彎曲半徑；主要包括機頭結構優化以及改進導向機構；其次，針對不同橫截面形狀、不同材質的空心構件，在其內部加入可實現自潤滑功能的芯棒；再開展成形參數優化，系統優化成形工藝參數及芯棒參數，降低塑性變形能；最后開展干涉仿真模擬，確定合適的成形方向及成形角度，從而達到提高所成形的自由彎曲零件成形質量及成形精度，減小相對彎曲半徑的目的。