[發明專利]三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置

在審

• 申請號: 202210590129.7
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN115062505A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 程誠;呂學良;鄧煬煬;郭訓忠;陶杰;劉春梅
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;B21D7/08;B21D7/12;B21D7/16;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 上海恩凡知識產權代理有限公司 31459
• 代理人: 李強

1.三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于，首先確定連接形式，接著測量兩個待連接段的幾何尺寸參數，計算出所需緩和曲線長度，根據所需的緩和曲線長度和弧段的半徑計算出三次拋物線方程中的參數，從而確定三次拋物線形狀，將連接后管材的軸線繪制出，提取軸線坐標，通過管材軸線和彎曲模位姿之間的映射關系得到彎曲模的運動規律，輸入到三維自由彎曲設備中進行成形模擬，同時引入修正因子α，將模擬結果與目標構件對比，計算其形狀偏差，若偏差不在要求范圍內，則對修正因子進行迭代修正，直至偏差達到要求范圍內視為工藝完成。

2.根據權利要求1所述的三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，確定連接形式。對于直段-彎段連接，假定緩和曲線起點橫坐標為0，建立目標彎管構件弧段半徑R，所需緩和曲線長度S，三次拋物線方程中的參數C，緩和曲線終點橫坐標X之間的數量關系如下所示：

S＝R*arcsin(A/R)

對于彎段-彎段連接，假定緩和曲線起點橫坐標為X1，建立目標彎管構件第一個弧段半徑R1，第二個弧段半徑R2，假定R1R2，所需緩和曲線長度S，三次拋物線方程中的參數C，緩和曲線終點橫坐標X2之間的數量關系如下所示：

S＝(R₁+R₂)/2*arcsin(2A/(R₁+R₂))

用以上關系式即可解出三次拋物線方程中的參數C，確定三次拋物線形狀；

第二步，將連接后的管材軸線繪制出，提取軸線坐標，通過管材軸線和彎曲模位姿之間的映射關系得到彎曲模的運動規律；

第三步，建立三維自由彎曲有限元模型，將第二步得到的彎曲模運動規律輸入到有限元模型中進行計算，將得到的計算結果導入幾何軟件中處理，對比其與幾何模型的形狀偏差；

第四步，若第三步的偏差值不在要求范圍內，則在三次拋物線方程中引入修正因子α，通過有限元反復迭代計算對修正因子α進行修正，直至偏差值符合要求；

第五步，將修正后的彎曲模運動規律輸入到三維自由彎曲成形設備中，進行實際彎曲成形。

3.根據權利要求2所述的三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于：

對于直段-彎段連接，假定緩和曲線起點橫坐標為0，建立目標彎管構件弧段半徑R，所需緩和曲線長度S，三次拋物線參數C，緩和曲線終點橫坐標X之間的數量關系如下所示：

S＝R*arcsin(A/R)

對于彎段-彎段連接，假定緩和曲線起點橫坐標為X1，建立目標彎管構件第一個弧段半徑R1，第二個弧段半徑R2，假定R1＜R2，所需緩和曲線長度S，三次拋物線參數C，緩和曲線終點橫坐標X2之間的數量關系如下所示：

S＝(R₁+R₂)/2*arcsin(2A/(R₁+R₂))

4.根據權利要求1所述的三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于：三次拋物線方程形式為：

5.根據權利要求1所述的三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于：第四步中，在三次拋物線方程中引入修正因子α，修正后的三次拋物線方程為：

6.根據權利要求1所述的三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，其特征在于：第四步中，形狀偏差要求為有限元迭代計算出的彎曲結果中，彎曲半徑R與幾何模型形狀偏差小于1％。

7.一種三維自由彎曲的管材軸線形狀成形裝置，其特征在于，包括用于對管材A進行彎折的彎曲模，彎曲模塊轉動設置在球面軸承上，彎曲模上游設有用于對管材進行引導的導向機構、對管材外側進行壓緊的壓緊機構以及用于推動管材移動的推進機構。