[发明专利]一种确定厚壁管数控弯曲芯棒直径和提前量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及管材数控弯曲塑性成形领域，具体是一种确定厚壁管数控弯曲芯棒直径和提前量范围的方法。

背景技术

在厚壁管数控弯曲过程中，截面扁化较壁厚减薄敏感，因此截面扁化已成为制约厚壁管数控弯曲的成形质量和成形极限提高的主要指标。而芯棒直径和提前量是两个对截面扁化有重要影响的参数。芯棒直径和提前量是否合理，决定着厚壁管数控弯曲过程能否成功实现，并对厚壁弯管件成形质量、成形极限及参数优化具有重要的影响作用。目前芯棒直径和提前量的确定方法，都是根据经验或不干涉条件简单确定，所用方法简单粗糙，缺乏科学依据和系统研究，导致弯曲后的厚壁管件外侧易于出现壁厚过量减薄甚至破裂、内侧弯曲切点附近出现壁厚过量增厚甚至材料堆积以及截面过量扁化等缺陷，既浪费了材料，延长了周期，又增加了成本。林伟明提出了一种用于金属冷弯曲使用的芯棒装置，包括芯棒拉杆接头、芯棒拉杆、芯棒体、芯棒防旋转空心套筒，但不涉及芯棒直径和提前量参数的确定(200810060616.2，林伟明，一种用于弯管机的芯棒装置，CN101259495)。杨合等提出了一种适用薄壁低压管数控弯曲的球窝式芯模的关键参数的设计方法(杨合，李恒，詹梅.一种薄壁管数控弯曲芯模参数设计方法，CN101425097，200710018987.X)，但这种方法只适用于低压薄壁管数控弯曲成形。杨合等还提出了一种“分段抽芯”新工艺，用于小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形(杨合，李恒，詹梅.一种小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形工艺方法，CN101422793，200710018988.4)。这种工艺主要涉及弯曲后的抽芯方式，并且只适用于小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形，而与厚壁管数控弯曲芯棒直径和提前量的确定无关。

发明内容

为克服现有技术中存在的方法简单粗糙，缺乏科学依据，弯曲后管件质量差，成本高，周期长的不足，本发明提出了一种确定厚壁管数控弯曲芯棒直径和提前量的方法。

本发明的具体过程包括以下步骤：

步骤1，确定芯棒直径的初始取值范围

通过式(1)确定芯棒直径d的初始取值范围[d_min，d_max]，即d_min＝D-2t-0.5mm，d_max＝D-2t-0.3mm。

D-2t-0.5mm≤d≤D-2t-0.3mm            (1)

在式(1)中，D为管材的外径、t为管材的壁厚、d为芯棒直径。

步骤2，确定给定弯曲半径条件下，满足截面扁化要求的芯棒直径的变化范围以及截面扁化最小时的芯棒直径。

建立给定管材尺寸、材料和弯曲半径的管材数控弯曲的有限元分析模型。其中，管材采用三维实体单元，且为变形体，弯曲模、夹持模、压力模和芯棒均采用三维刚体；弯曲模和夹持模绕弯曲中心转动，压力模沿弯曲切向平动；弯曲模和管材、夹持模和管材、压力模和管材、芯棒和管材间均采用面对面接触方式、库伦摩擦模型；弯曲速度0.1rad/s，压力模侧推速度等于弯曲中心线线速度，弯曲角为90°。