[发明专利]考虑弹性模变和截面椭圆畸变的管材弯曲回弹预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑弹性模变和截面椭圆畸变的管材弯曲回弹预测方法。确定管材的塑性系数、硬化指数和壁厚；依据给定管材特性确定初始弹性模量、弹性模量随塑性变形的极值计算求出管材弯曲塑性变形过程中随塑性变形变化的弹性模量标称值；将管材弯曲部分作离散化处理，计算获得椭圆横截面弯矩：求整个管材弯曲部分中考虑横截面椭圆化畸变和弹性模量改变后的回弹角。本发明将管材弯曲过程中的横截面椭圆畸变及其随塑性变形引起的弹性模量的变化引入管材弯曲回弹计算，用于管材弯曲回弹角高精度预测。

技术领域

本发明涉及一种管材弯曲回弹预测方法，尤其是涉及一种考虑弹性模变和截面椭圆畸变的管材弯曲回弹预测方法。

背景技术

管材塑性弯曲成型是指管材在多模具协同作用下发生塑性变形。由于其易满足对产品轻量化、精确化和低消耗等方面的要求，该技术已普遍应用于航空、航天、船舶、化工以及汽车等多个领域。目前已有多种管材弯曲成形方式，其中数控绕弯成形具有成形精度高、效率高等特点。

管材弯曲成形过程中，弯曲卸载后将不可避免地产生一定程度的回弹，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符合要求，从而降低装配效率。影响回弹的因素很多，很难准确描述回弹规律，实际生产中通常采用退火处理、回弹补偿等措施弥补回弹引起的角度误差。

目前关于管材弯曲回弹的理论解析模型大多是基于经典回弹理论(即弯曲卸载后回弹弯矩与弯曲时的加载弯矩大小相等，方向相反)建立的，以大量的假设为基础，如将材料简化为理想塑性材料，忽略管材弯曲过程中的弹性模量变化、壁厚变化、以及实际生产过程中管材弯曲截面产生的畸变和管材塑性变形过程中弹性模量的变化等对回弹角产生的影响，这都会给回弹角预测带来较大的误差。

管材塑性弯曲结束时，管材弯曲部分截面绝大部分已经发生了不可回复的塑性变形，该部分的横截面形状尺寸以及弹性模量均发生了变化，因而，按照管材原始横截面形状和弹性模量计算出的回弹角存在较大的误差，现有技术出并未考虑管材弯曲成形过程中弯曲横截面畸变及其弹性模量的变化，误差铰大，

发明内容

为减少现有管材弯曲回弹预测计算中由于预测模型未考虑管材弯曲成形过程中弯曲横截面畸变及其弹性模量的变化引起的误差，本发明提出了一种考虑弹性模变和截面椭圆畸变的管材弯曲回弹预测方法，以提高回弹预测精度，从而实现对管材弯曲成形的精确控制。

本发明考虑了管材弯曲成形过程中弯曲横截面畸变及其弹性模量的变化，以减小回弹角度预测误差从管材弯曲成形过程出发，将管材弯曲过程中的横截面椭圆畸变及其虽塑性变形引起的弹性模量的变化引入管材弯曲回弹计算，用于管材弯曲回弹角高精度预测。

本发明的技术方案过程是：

1)通过查阅资料和实际测量，确定管材的塑性系数C、硬化指数n和壁厚t；

实际管材弯曲加载时产生的椭圆横截面形状变化可以分为两部分，即椭圆横截面的椭圆化变形和弯曲段管材管壁厚变化，对于本发明提及的薄壁管，通常管壁厚尺寸与管径和管坯长度相比较小，在某种程度上可以认为壁厚变化相较于椭圆横截面椭圆化变形的影响较小，因而忽略管壁厚t的变化。

2)依据给定管材特性确定初始弹性模量E₀、弹性模量随塑性变形的极值E_ext计算求出管材弯曲塑性变形过程中随塑性变形变化的弹性模量标称值E'；

管材弯曲弯曲塑性变形过程中，材料弹性模量在一定范围内随应变接近指数变化，而管材弯曲部分应变大小也是由管材弯曲的中性层处到应变最大处呈渐变分布，因而本发明提出所述步骤2)中具体采用以下公式计算管材弯曲塑性变形过程中随塑性变形变化的弹性模量标称值E'：

E'＝E₀+(E_ext-E₀)·e^-ξ·ε