[发明专利]确定均质管材数控弯曲回弹角的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域,具体是一种确定均质管材数控弯曲回弹角的方法，主要用于均质管材数控弯曲成形。

背景技术

管材塑性加工是以管材为毛坯，通过塑性加工手段制造管材零件的加工技术,由于容易满足对产品轻量化、强韧化、精确化和低消耗等方面的要求，在航空、航天和汽车工业中已经得到了广泛应用，已成为先进塑性加工技术面向21世纪研究与发展的一个重要方向。管材弯曲成形是将管材毛坯弯制成具有一定弯曲半径、一定弯曲角度和形状的塑性加工工序，是管材塑性加工技术的重要组成部分。目前已有多种管材弯曲成形方式，其中数控绕弯成形由于具有成形精度高、效率高和易于实现数字化和高技术化等特点，在航空、航天和汽车制造工业领域，管材数控弯曲成形已经发展成为一种先进适用技术。

弯曲成形过程结束后，变形体中含有的弹性变形发生卸载，从而使零件产生回弹。对于管材弯曲成形来说，弯管内、外侧应力状态相反，卸载时回弹效应相互迭加，使得弯管件弯曲角度减小，弯曲半径增加。回弹是影响管材弯曲成形精度的一个主要因素，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，而这两方面的精度会直接影响到弯管件的使用，如和其它部件连接的设计布局及结构紧凑性等。

对均质管材数控弯曲回弹进行深入研究，提高回弹的预测精度，已成为发展管材数控弯曲精确成形技术所迫切需要解决的重要课题。目前关于均质管材弯曲回弹的理论解析模型大多是基于经典回弹理论(即弯曲卸载后的回弹弯矩与弯曲时的加载弯矩大小相等，方向相反)建立的，且推导过程中很少考虑收缩应变比和弹性模量等材料参数变化。

H.A.AL-Qureshi等(H.A.AL-Qureshi.Elastic-plastic analysis of tube bending.International Journal of Machine Tools and Manufacture,1999,39(1):87-104)基于平面应变条件，将圆管视为空心梁，采用梁弯曲理论对圆管纯弯进行了弹塑性分析，在分析过程中假设材料为理想弹塑性，横截面上具有一个与外载荷平面垂直的对称轴，忽略起皱、破裂以及包辛格效应等，得出了定量预测弯矩和回弹半径的近似公式，并通过对不同规格的同种铝合金管材进行纯弯曲实验来验证回弹计算公式，结果表明回弹的实验结果和理论预测结果吻合良好。这种理论和实验相结合的方法很具有借鉴意义。A.EI.Megharbel等(A.El.Megharbel,G.A.El Nasser,A.El.Domiaty.Bending of tube and section made of strain-hardening materials.Journal of Materials Processing Technology,2008,203(1-3):372-380)在H.A.AL-Qureshi的基础上，将线弹性-理想塑性材料改为更加符合实际的硬化材料，使回弹的理论解析结果更加接近实验值，但其没有考虑管材弯曲时的收缩应变比和弹性模量等材料参数变化等，与实际情况不符。

Li等(H.Li,H.Yang,F.F.Song,M.Zhan,L.G.Jin.Springback characterization and behaviors of high-strength Ti-3Al-2.5V tube in cold rotary draw bending.Journal of Materials Processing Technology,2012,212(9):1973-1987)以经典回弹理论为基础，基于平面应变假设，采用指数硬化塑性材料模型，建立了考虑管材弯曲过程中壁厚变化和中性层偏移的均质管弯曲回弹理论解析模型。发现其建立的理论解析模型对TA18高强钛管弯曲回弹的预测结果与实验结果吻合良好。但其忽略了弯曲过程中的弹性变形，未考虑收缩应变比和弹性模量随塑性变形的变化，而这些参数对回弹结果的精度是有影响的。