[發(fā)明專利]三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210590129.7
• 申請(qǐng)日: 2022-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN115062505A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程誠;呂學(xué)良;鄧煬煬;郭訓(xùn)忠;陶杰;劉春梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;B21D7/08;B21D7/12;B21D7/16;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 上海恩凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31459
• 代理人: 李強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置，根據(jù)所需的緩和曲線長(zhǎng)度和弧段的半徑計(jì)算出三次拋物線方程中的參數(shù)，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(biāo)，通過管材軸線和彎曲模位姿之間的映射關(guān)系得到彎曲模的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，輸入到三維自由彎曲有限元模型中進(jìn)行成形模擬，同時(shí)引入修正因子α，將模擬結(jié)果與目標(biāo)構(gòu)件對(duì)比，計(jì)算其形狀偏差，若偏差不在要求范圍內(nèi)，則對(duì)修正因子進(jìn)行迭代修正，直至偏差達(dá)到要求范圍內(nèi)視為工藝完成，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)段與段之間的連續(xù)平滑連接，有效減少了管材在彎曲過程中所受的應(yīng)力，改善表面質(zhì)量，同時(shí)減少截面畸變率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)雜形狀金屬管材柔性成形領(lǐng)域，具體是三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置。

背景技術(shù)

金屬管材往往需要進(jìn)行彎曲成形成一定的構(gòu)型才能使用，管材彎曲是以管坯為原材料，利用金屬材料的塑性，以各種塑性加工手段，獲得所需空心構(gòu)件的塑性成形方法，具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、成形精度高及制造成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是金屬塑性加工及先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。管材的彎曲加工在醫(yī)療器械、建筑工程、動(dòng)力機(jī)械及船舶建造等領(lǐng)域占有十分重要的地位。

傳統(tǒng)的彎曲方法包括：回轉(zhuǎn)拉伸彎曲、回轉(zhuǎn)壓縮彎曲、滾彎、推彎和壓彎。近年來，基于輕量化、提高耐沖擊性和節(jié)能減排的制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)高性能輕量化復(fù)雜彎曲空心構(gòu)件的需求日益增多。金屬連續(xù)彎曲復(fù)雜空心構(gòu)件具有無直段、變曲率、結(jié)構(gòu)緊湊、高強(qiáng)度且輕量化、力學(xué)性能高等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)形式多樣，如螺旋結(jié)構(gòu)件、馮卡門曲線構(gòu)件及漸開線構(gòu)件等，在航空航天、核能裝備、艦船、汽車等工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。而上述常規(guī)彎曲方法都具有自身的工藝適用范圍，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多彎構(gòu)件，在實(shí)際生產(chǎn)過程中通常需要組合利用上述多種彎曲方法并結(jié)合分段焊接進(jìn)行加工制造。

三維自由彎曲成形技術(shù)是塑性成形方向的一項(xiàng)重要彎曲技術(shù)變革。相比于常規(guī)彎曲成形技術(shù)，自由彎曲主要通過調(diào)整彎曲模在空間內(nèi)的位置及姿態(tài)實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜異形構(gòu)件的柔性、精確、整體成形。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：①自由彎曲成形可實(shí)現(xiàn)彎曲半徑的大范圍覆蓋，包括大彎曲半徑、小彎曲半徑及變曲率等多種形式。同時(shí)，不需要開發(fā)具體某種彎曲半徑的彎曲模具，進(jìn)而降低了整個(gè)成形過程的成本，提高了工作效率；②對(duì)于空間復(fù)雜連續(xù)彎曲的零件具有較大的成形優(yōu)勢(shì)；③能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空心構(gòu)件低橢圓度、壁厚分布均勻的彎曲成形。其原理是：通過主動(dòng)控制成形機(jī)構(gòu)偏距U的大小和方向，同時(shí)結(jié)合坯料的軸向進(jìn)給，動(dòng)態(tài)無級(jí)變換彎曲模的偏轉(zhuǎn)角及偏距，使構(gòu)件的曲率半徑、成形角度及方向精確可調(diào)以及自由連續(xù)變化。

目前三維自由彎曲技術(shù)在對(duì)管材軸線解析時(shí)并未考慮到段與段之間的連接形式，這也導(dǎo)致段與段之間連接段的形狀不固定，因此即使經(jīng)過修正，最終實(shí)際彎曲出來的構(gòu)形與目標(biāo)構(gòu)件仍存在一定的誤差，基于此，現(xiàn)在提供三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法及裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

三維自由彎曲的管材軸線形狀成形方法，首先確定連接形式，接著測(cè)量?jī)蓚€(gè)待連接段的幾何尺寸參數(shù)，計(jì)算出所需緩和曲線長(zhǎng)度，根據(jù)所需的緩和曲線長(zhǎng)度和弧段的半徑計(jì)算出三次拋物線方程中的參數(shù)，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(biāo)，通過管材軸線和彎曲模位姿之間的映射關(guān)系得到彎曲模的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，輸入到三維自由彎曲設(shè)備中進(jìn)行成形模擬，同時(shí)引入修正因子α，將模擬結(jié)果與目標(biāo)構(gòu)件對(duì)比，計(jì)算其形狀偏差，若偏差不在要求范圍內(nèi)，則對(duì)修正因子進(jìn)行迭代修正，直至偏差達(dá)到要求范圍內(nèi)視為工藝完成。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：包括以下步驟：

第一步，確定連接形式。對(duì)于直段-彎段連接，假定緩和曲線起點(diǎn)橫坐標(biāo)為0，建立目標(biāo)彎管構(gòu)件弧段半徑R，所需緩和曲線長(zhǎng)度S，三次拋物線方程中的參數(shù)C，緩和曲線終點(diǎn)橫坐標(biāo)X之間的數(shù)量關(guān)系如下所示：