[发明专利]一种双曲度板成形回弹的回弹比矩阵描述和回弹补偿方法

说明书

本发明公开了一种双曲度板成形回弹的回弹比矩阵描述和回弹补偿方法，将板材划分为m×n个均匀大小的方格区域，在每个方格区域中点取为离散点，将各离散点的回弹比按两个特征方向分别求出回弹比，按照离散点的位置排列，可构成两个特征方向的回弹比矩阵，用来描述双曲度板的回弹。为了解决双曲度板材的双曲度成形回弹补偿问题，继而提出了通过板材上各离散点处在两个离散方向上的回弹比矩阵，按照算法进行迭代加工的回弹补偿方法。能够有效表现出板材回弹的区域差异现象，计算简单、快捷。基于双曲度板成形回弹的回弹比矩阵的回弹补偿方法能够通过理论证明出板材迭代加工的收敛结果是严格趋近于目标曲面的，且每次加工的补偿曲面都是光顺的曲面。

技术领域

本发明涉及双曲度成形的塑性加工方法，属于金属加工领域。具体涉及的是基于可重构模具的双曲度板材成形回弹的回弹比矩阵描述方法及基于该描述的回弹补偿方法。

背景技术

双曲度板材由于其流线型外形而广泛应用于汽车、航空和船舶工业。对于船舶结构而言，在船体的首尾部位都有着不同规格的双曲度板，故双曲度板材的成形对于船舶的制造非常重要。船体曲面外板的成形按加工方式可分为热加工成形和冷加工成形。多年来，国内外船厂对双曲度外板加工一直是采用人工操作压力机与水火弯板相结合的方式进行的。这种生产方式效率低，弯板质量不能保证，环境污染严重，制约了造船周期和生产质量。板材的多点成形技术是目前解决上述问题较好的途径，多点成形是指由一系列规则排列、高度可调的基本体形成离散曲面代替传统模具进行三维曲面成形的板材柔性加工技术。

船体使用的双曲度板制件一般尺寸比较大，其曲面板若采用整体模具冲压成形，其设计制造成本高、周期长。故一般采用可重构模具(即可变模具)冲压成形。通过活络方形压头可重构模具的非对压冲压成形，可有效控制板表面的压痕和起皱现象。但是，厚板成形时属于弹塑性变形，其塑性变形保留，而弹性变形会随着冲压载荷的卸载，板材会产生回弹，此时成形形状与理论形状在各点处均存在误差，因此各压头处的回弹量需要安装一定的算法进行补偿，进而通过迭代成形的方法，实现厚板成形形状与理论形状达到一致。

许多研究者在对回弹大小的描述上都有差异，类似于塑性应变是变形历史的累积，板材的最终回弹形状也是整个回弹历史的累积，因此如何准确全面地描述板材回弹大小对于解决精确成形问题是非常重要的。以往描述双曲度板材回弹使用的方法可以大体分为位移描述和截面描述。位移描述是将板料在冲压前后的一些特征点在冲压方向上的位移变化作为回弹量来描述板材的回弹大小；截面法是取板材的某些特征面，通过板材回弹前后的截面轮廓来描述其回弹大小。上述的两种方法都存在不足之处。位移法的结果受到参考点位置影响，而且无法区分出板材中的弯曲区域和未弯曲区域；截面法只能描绘某个或多个特征面的回弹，二维的截面无法体现三维曲面的整体情况。

双曲度板材的冷冲压成形是一种大应变弹塑性变形，涉及材料非线性、几何非线性、边界条件的非线性，而其中影响成形精度的主要因素就是回弹，板材回弹与材料、厚度、目标曲面形状、接触摩擦等因素相关。在多个非线性关系的共同作用下，用理论推导得出回弹问题的解析解有着使用许多简化和假设和应用范围窄等不利因素，使之难以实际运用。随着有限元方法和计算机强大计算能力的结合，通过对板材进行网格划分，对非线性问题进行数值求解，使之能够满足工程实际要求，成为回弹补偿问题中常见的做法。对于双曲度板材的回弹补偿而言将离散模具的上下压头按照一定的算法构造过弯的模具面作为回弹补偿面，使得卸载后的板材形状能够完美匹配成形的目标面，已经逐渐成为当前的解决板材补偿的主要方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双曲度板成形回弹的回弹比矩阵描述方法及基于该描述的回弹补偿方法，能够有效表现出板材回弹的区域差异现象，区分出板材中的弯曲区域和未弯曲区域，描绘出三维曲面的整体情况，回弹比矩阵的计算简单、快捷。