专利名称：一种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法
技术领域：
本发明涉及机械加工领域，具体是ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法。
背景技术：
弯管零件由于容易满足对产品轻量化、高強度和低消耗等方面的要求，在航空和航天等高技术领域中得到了广泛应用，除大量应用于气体、液体的输送管路外，也广泛用作金属结构件。数控弯管技术不仅能够使管材塑性弯曲实现精确成形，可以快速形成批量生产能力，而且具有高效、节能、质量稳定的特点，并易于实现数字化和高技术化，因此，在航空和航天等高技术领域，管材数控弯曲成形已经发展成为一种先进适用技木。数控弯管成形全过程包括弯曲、抽芯和回弹三个变形过程。对于管弯曲成形来说， 弯管内、外侧切向分别受拉应カ和压应力作用，材料成形过程结束后，去除模具约束时，弯管件应カ发生卸载，使得弯管件产生回弾。由于成形时弯管内、外侧应カ状态相反，卸载时弯管内、外侧回弹效应相互迭加，弯管件的回弹相对于别的成形方式更为显著。回弹使得弯管件的成形角度减小，成形半径増加，弯管件的成形角度和成形半径与弯曲角度和弯曲半径产生偏差。数控弯管成形中的回弹是影响其成形精度的ー个主要因素，当回弹量超过误差所允许的范围时，零件的几何精度和形状精度就难以满足要求，从而会直接影响到弯管的使用性能，以及和其它部件的连接效果等。因此，在实际成形过程中为了获得精度较高的数控弯管零件，满足航空标准要求，需要对管材数控弯曲的回弹进行精确控制。目前，实践中通常基于经验或试错法，仅仅采用过弯法对回弹角进行补偿控制，这不但消耗大量财力、 物力及时间，且没有考虑回弹半径的补偿，不能满足航空标准对于高精度管件的几何尺寸要求。
发明内容
为克服现有回弹控制技术中存在的耗费精力物カ且没有考虑回弹半径的缺陷，本发明提供了ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法。本发明的具体步骤如下步骤1，确定回弹半径；在稳定成形条件下进行有限元建模模拟，获得回弹半径 AR ；步骤2，更新弯曲半径R1 ;通过公式(I)，根据得到的回弹半径AR更新弯曲半径R1R1 = Rtl-AR(I)其中，R0为预定要实现的弯曲半径，R1为更新后的弯曲半径，AR为回弹半径；步骤3，确定弯管件的成形半径べ;对更新弯曲半径R1后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径g ；步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER1 ;通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R1下得到弯管件的成形半径误差ER1
ER1 =Rl-R0(2)其中，ER1是管件的成形半径误差；步骤5，判断成形半径误差是否满足误差容限；通过公式(3)判断Ier1I > Sr⑶由于管件的成形半径误差ER1大于误差容限s R，成形半径不满足精度要求，回到步骤2，对管材的弯曲半径R1进行再次更新；通过公式(4)，以获得新的弯曲半径Rn，n = 2， 3,4—Rn+1 = Rn-ERn(4)其中，ERn是管件的成形半径误差；直至管材的成形半径误差ERn小于等于误差容限S R ；当管件的成形半径误差ERn小于等于误差容限S R时，成形半径满足精度要求，得到此时管件的回弹角度A 0 ；步骤6，更新弯曲角度0 :;通过公式(5)，根据得到的回弹角度A 0更新弯曲角度
Q1B1= 0 0+ A 0(5)其中，0 ^为预定要实现的弯曲角度，0:为弯曲角度，A 0为回弹角度；步骤7，确定弯管件的成形角度0 ;对更新弯曲角度0 !后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形角度g ；步骤8，确定弯管件的角度误差E 0 :;通过公式(6)在更新后的弯曲角度9ェ下得到弯管件的成形角度误差E S1EO1 =0[ -O0(6)其中，Ee1是管件的成形角度误差；步骤9，判断成形角度误差是否满足误差容限；通过公式(7)判断IEeiI > 8 0(J)由于管件的成形角度误差E S1大于误差容限5 0时，成形角度不满足精度要求， 返回步骤6，对管材的弯曲角度Q1-行再次更新；通过公式(8)，以获得新的弯曲角度0n， n = 2，3，4…0n+1 = 0 n-E 0 n(8)其中，E 0 是管件的成形角度误差；直至管材的成形角度误差E 0n小于等于误差容限8 0 ；当管件的成形角度误差E 0n小于等于误差容限8 0时，成形角度满足精度要求， 补偿流程结束。则实际成形中弯曲半径为Rn，弯曲角度为0n。所述步骤I中所述的稳定成形条件是管壁内侧无起皱，并且最大截面畸变率和最大壁厚减薄率均满足弯管成形要求。本发明在对数控弯管回弹进行控制时同时考虑了回弹半径的补偿和回弹角的补偿。由于回弹半径与弯曲角度无关，而回弹角度却随弯曲角度和弯曲半径的变化而变化。 因此，要更有效更精确地控制回弹，本发明先对回弹半径进行补偿，在成形半径满足成形精度后，再在成形半径下进行回弹角的补偿。数控弯管回弹半径的补偿采用修正模具法，通过减小弯曲半径使得弯管回弹后的成形半径满足精度要求；数控弯管回弹角的补偿采用过弯法，通过过弯一定角度使得弯管回弹后的成形角度满足精度要求，本发明采用先补偿弯曲半径、再补偿弯曲角的方法，快速有效地进行弯管回弹的补偿，能够将弯管成形的尺寸精度误差控制在很小的范围内，以满足航空标准所要求的管件弯曲精度，并且具有エ艺方法简单可靠，效率高，适用性广，不需要采用额外的工具设备， エ艺成本低的特点。本发明应用于高强钛管的数控弯曲成形，解决了高强钛管显著回弹角及回弹半径的控制问题，获得满足高精度几何尺寸要求的钛管管件。
图I为数控弯管回弹补偿流程图。
具体实施例方式实施例一本实施例是ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法。成形管材为管径9. 525mm,壁厚0. 508mm的TA18高强钛管，成形半径为28. 575mm, 管材成形角度为70°，具体步骤如下步骤1，确定回弹半径。在稳定成形条件下，采用LS-DYNA软件进行有限元建模模拟，获得回弹半径AR。所述的稳定成形条件是管壁内侧无起皱，并且最大截面畸变率和最大壁厚减薄率均满足弯管成形要求，在本实施例中，最大截面畸变率要求小于等于5 %，最大壁厚减薄率要求小于等于25%。获得的回弹半径为2. 781mm ；步骤2，更新弯曲半径札。通过公式(I)，根据得到的回弹半径更新弯曲半径R1R1 = R0- A R = 28. 575—2. 781 = 25. 794(I)其中，R0为预定要实现的弯曲半径，R1为更新后的弯曲半径，AR为回弹半径；步骤3，确定弯管件的成形半径べ。采用LS-DYNA软件，对更新弯曲半径R1后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径gi ； = 27.830步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER115通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R1下得到弯管件的成形半径误差ER1ER1 =7 ；-^ =27.830-28.575 = -0.745(2)其中，ER1是管件的成形半径误差；步骤5，判断成形半径误差是否满足误差容限。本实施例中，成形半径误差容限 S R为1mm，通过公式(3)判断IER11 < SR=I(3)由于管件的成形半径误差ER1小于误差容限SR，成形半径满足精度要求，因此，以该弯曲半径R1作为回弹半径补偿的弯曲半径，并且得到此时的回弹角度A 0为8.311° ；步骤6，更新弯曲角度0lt)通过公式(5)，根据得到的回弹角度A 0更新弯曲角度Q1B1= 0 0+A 0 = 70+8. 311 = 78. 311(5)其中，0 ^为预定要实现的弯曲角度，0:为更新后的弯曲角度，A 0为回弹角度；步骤7，确定弯管件的成形角度0。采用LS-DYNA软件，对更新弯曲角度eェ后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到的管材的成形角g6>； = 69.490步骤8，确定弯管件的角度误差Eeit5通过公式(6)在更新后的弯曲角度Q1下得到弯管件的角度误差E 0 IEO1 = e[-O0 = 69.490-70 = -0.51(6)其中，E 0 i是管件的成形半径误差；步骤9，判断角度误差是否满足误差容限，本实施例中，成形角度误差容限8 0为 1°，通过公式(7)判断Eei^se=I(7)由于管件的成形角度误差小于误差容限，成形角度满足精度要求，因此，以该弯曲角度Q1作为回弹角补偿的弯曲角度；综上所述，对于本实施例，实际成形条件为弯曲半径为25. 749mm，弯曲角度为 78.311°。实施例ニ本实施例是ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法。成形的管为的管径9. 525mm,壁厚0. 508mm的TA18高强钛管，弯曲半径为 28. 575mm，管材弯曲角度为70°，具体步骤如下步骤1，确定回弹半径。在稳定成形条件下，采用ABAQUS软件进行有限元建模模拟，获得回弹半径AR。所述的稳定成形条件是管壁内侧无起皱，并且最大截面畸变率和最大壁厚减薄率均满足弯管成形要求，在本实施例中，最大截面畸变率要求小于等于5 %，最大壁厚减薄率要求小于等于25%。确定的回弹半径为2. 781mm ；步骤2，更新弯曲半径も。通过公式(I)，根据得到的回弹半径更新弯曲半径R1R1 = R0-AR = 28. 575-2. 781 = 25. 794(I)其中，R0为预定要实现的弯曲半径，R1为更新后的弯曲半径，AR为回弹半径；步骤3，确定弯管件的成形半径べ。采用ABAQUS软件，对更新弯曲半径R1后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径gi ； = 27.830步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER115通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R1下得到弯管件的成形半径误差ER1ER1 =7 ；-^ =27.830-28.575 = -0.745(2)其中，ER1是管件的成形半径误差；步骤5，判断半径误差是否满足误差容限。本实施例中，成形半径误差容限SR为
0.3mm,通过公式(3)判断IER11 > 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半径误差ER1大于误差容限S R，成形半径不满足精度要求，回到步骤2，对管材的弯曲半径R1进行再次更新；通过公式(4)，以获得新的弯曲半径R2 ；R2 = R1-ER1 = 25. 794- (-0. 745) = 26. 539 (4)步骤3，确定弯管件的成形半径K。采用ABAQUS软件，对更新弯曲半径R2后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径KIi2 = 28.948步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER2。通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R2下得到弯管件的成形半径误差ER2ER2=28.948-28.575 = 0.373(2)其中，ER2是管件的成形半径误差；步骤5，判断半径误差是否满足误差容限。本实施例中，成形半径误差容限SR为
0.3mm,通过公式(3)判断IER21 > 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半径误差ER2大于误差容限S R，成形半径不满足精度要求，回到步骤2，对管材的弯曲半径R2进行再次更新；通过公式(4)，以获得新的弯曲半径R3 ；R3 = R2-ER2 = 26. 539—0. 373 = 26. 166(4)步骤3，确定弯管件的成形半径我。采用ABAQUS软件，对更新弯曲半径R3后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径我尺;=28.721步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER3。通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R3下得到弯管件的成形半径误差ER3
ER,=ぢ-凡=28.721-28.575 = 0.146(2)其中，ER3是管件的成形半径误差；步骤5，判断半径误差是否满足误差容限。本实施例中，成形半径误差容限SR为
0.3mm,通过公式(3)判断IER31 < 8 R = 0. 3(3)由于管件的成形半径误差ER3小于误差容限5 R，成形半径满足精度要求，因此，以该弯曲半径R3作为回弹半径补偿的弯曲半径，并且得到此时的回弹角度为8. 44° ;步骤6，更新弯曲角度0 10通过公式(5)，根据得到的回弹角度对弯管回弹进行补偿，更新弯曲角度Q10 ! = 0 0+A 0 = 70+8. 44 = 78. 44(5)其中，0 ^为预定要实现的弯曲角度，0:为更新后的弯曲角度，A 0为回弹角度；步骤7，确定弯管件的成形角度g。采用ABAQUS软件，对更新弯曲角度0 i后的管材数控弯曲及回弹进行有限元模拟，得到的管材的成形角g6>； =69.53步骤8，确定弯管件的角度误差Ee115通过公式(6)在更新后的弯曲角度Q1下确定弯管件的角度误差E 0 !=^1'-^0 =69.53-70 = -0.47(6)其中，E 0丨是管件的成形半径误差；步骤9，判断成形角度误差是否满足误差容限。本实施例中，成形角度误差容限 S 0为0.3°，通过公式(7)判断
|E 0 J > S 0 = 0. 3(7)由于管件的成形角度误差E S1大于误差容限5 0，成形角度不满足精度要求，返回步骤6，对管材的弯曲角度eェ进行再次更新；通过公式(8)，以获得新的弯曲角度02B2= 0 rE 0 ! = 78. 44-(-0. 47) = 78. 91 (8)步骤7，确定弯管件的成形角度式。采用ABAQUS软件，对更新弯曲角度02后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形角度式式=69.96步骤8，确定弯管件的角度误差E 02。通过公式(6)在更新后的弯曲角度e2下确定弯管件的角度误差Ee2-^0 =69.96-70 = -0.04(6)其中，E 0 2是管件的成形半径误差；步骤9，判断成形角度误差是否满足误差容限。本实施例中，成形角度误差容限 S 0为0.3°，通过公式(8)判断|E 0 2| < S 0 = 0. 3(8)由于管件的成形角度误差Ee2小于误差容限5 0，成形角度满足精度要求，因此， 以该弯曲角度e2作为回弹角度补偿的弯曲角度。综上所述，对于本实施例，实际成形条件为弯曲半径为28. 721mm，弯曲角度为 78.91。。
权利要求
1.ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法，其特征在于，具体步骤如下步骤1，确定回弹半径；在稳定成形条件下进行有限元建模模拟，获得回弹半径AR ; 步骤2，更新弯曲半径R1;通过公式(1)，根据得到的回弹半径AR更新弯曲半径R1 R1 = R0-△R(I)其中，R0为预定要实现的弯曲半径，R1为更新后的弯曲半径，AR为回弹半径；步骤3，确定弯管件的成形半径べ;对更新弯曲半径R1后的管材数控弯曲及回弹过程进行有限元模拟，得到弯管件的成形半径べ；步骤4，确定弯管件的成形半径误差ER1 ;通过公式(2)，在更新后的弯曲半径R1下得到弯管件的成形半径误差ER1ER1=Rl-R0(2)其中，ER1是管件的成形半径误差；步骤5，判断成形半径误差是否满足误差容限；通过公式(3)判断
2.如权利要求I所述ー种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法，其特征在于，步骤I中所述的稳定成形条件是管壁内侧无起皱，并且最大截面畸变率和最大壁厚减薄率均满足弯管成形要求。
全文摘要
一种数控弯管成形回弹半径和回弹角的精确控制方法，先对回弹半径进行补偿，在成形半径满足成形精度后，再在成形半径下进行回弹角的补偿。数控弯管回弹半径的补偿采用修正模具法，通过减小弯曲半径使得弯管回弹后的成形半径满足精度要求；数控弯管回弹角的补偿采用过弯法，通过过弯一定角度使得弯管回弹后的成形角度满足精度要求。本发明采用先补偿弯曲半径、再补偿弯曲角的方法，满足了航空标准所要求的管件弯曲精度，并且具有工艺方法简单可靠，效率高，工艺成本低的特点，应用于高强钛管的数控弯曲成形，解决了高强钛管显著回弹角及回弹半径的控制问题，获得满足高精度几何尺寸要求的钛管管件。
文档编号B21D9/00GK102601186SQ20121007526
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者宋飞飞, 李恒, 杨合 申请人:西北工业大学