[发明专利]一种螺旋式三维复杂弯曲件的自由弯曲成形方法

摘要

本发明公开了一种螺旋式三维复杂弯曲件的自由弯曲成形方法，管材Z向匀速送进，弯曲模从初始位置O开始先在t1时间内运动到指定弯曲半径R的Y向偏心距Uy位置，在此位置停留t2时间成形半个圆弧长，随后以O为圆心、偏心距Uy为半径，在XY平面内从Uy位置出发以1/4圆弧轨迹，经若干次偏转和停留，最终运动至X向偏心距Ux位置后不作停留，并在t3时间内返回初始位置O。本发明为管材三维自由弯曲装置的配套弯曲工艺解析方案，充分地发挥了管材三维自由弯曲装置所具有的可以实现复杂造型金属构件弯曲和一次柔性成形的优点；本发明方法简单可行，生产效率高，在航空航天、核电、汽车等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。

主权项

1.一种螺旋式三维复杂弯曲件的自由弯曲成形方法，其特征在于：管材Z向匀速送进，弯曲模从初始位置O开始先在t1时间内运动到指定弯曲半径R的Y向偏心距Uy位置，初始位置偏心距为0，在此位置停留t2时间成形半个圆弧长，随后以O为圆心、偏心距Uy为半径，在XY平面内从Uy位置出发以1/4圆弧轨迹，经若干次偏转和停留，最终运动至X向偏心距Ux位置后不作停留，并在t3时间内返回初始位置O；具体过程为：首先根据圆柱型螺旋式三维复杂弯曲件的尺寸，包括根据圆柱直径D和螺距S确定其单圈螺线长度L、弯曲半径R及Y向偏心距Uy；其次对复杂构型的弯管三维几何模型进行分段，以螺线长为管材送进的长度从而确定每次停留的时间tss、tkk，并根据螺旋圈数n确定偏转的次数N和角度θn；然后在上述数量关系中引入修正系数k，启动有限元反复迭代计算，将计算结果导入几何软件进行处理，并对比计算结果与理论模型的尺寸差异；当误差小于给定值时，迭代结束并将最终的工艺参数制定成完整的工艺路线图，在三维自由弯曲设备上成形预定螺旋式三维复杂弯曲件；圆柱直径为D、螺距为S、螺旋圈数为n的螺旋式三维复杂弯曲件的工艺解析步骤如下：第一步，根据圆柱直径D确定弯曲半径R，R＝D/2，根据弯曲半径R和弯曲模中心与导向机构前端的距离A确定Y向偏心距Uy、运动时间t1及停留时间t2；第二步，根据螺旋圈数n确定弯曲模从Uy位置运动至Ux位置过程中弯曲模偏转次数N，N＝2n‑1；及偏转角度θn，第三步，根据直径D和螺距S计算单圈螺线长L和半圈螺线长L/2，根据螺线长、弯曲模偏转角速度ω及管材匀速送进的速度v确定弯曲模每次的偏转时间ts、tk和停留时间tss、tkk；ts+tss＝2(tk+tkk)＝L/v；第四步，弯曲模运动至X向偏心距Ux位置后不作停留立即返回初始位置O；Ux＝Uy，第五步，采用有限元方法建立三维弯曲模型，并在第一步和第四步所述数量关系中A值引入修正系数k，A’＝kA，取k初值为1，k0＝1，启动弯管有限元反复迭代计算，将计算结果导入计算机，并对比计算结果与所建立三维弯曲模型的尺寸差异；第六步，基于建立的尺寸误差判据，当修正系数k＝k’时，有限元迭代计算出的弯曲结果中圆柱直径D、螺距S与所建立的三维弯曲模型差距小于1％，迭代结束；第七步，将k＝k’时第一到四步所列公式计算所得工艺参数输入三维自由弯曲设备中，执行实际螺旋式三维弯曲。