[发明专利]管材二斜辊矫直工艺圆弧辊型最优矫直曲率的确定方法

摘要

本发明属于金属压力加工技术领域，提供了一种管材二斜辊矫直圆弧辊型的最优矫直曲率的确定方法。该方法主要包括以下步骤：1.确定最优矫直曲率搜索范围与相关变量的初值；2.运用经典弯曲弹复方程确定管材在某一弯曲曲率作用后的残留曲率；3.基于对残留曲率的循环迭代计算判定圆弧辊型的矫直曲率；4.以循环迭代计算后管材的残留曲率最小(即矫直精度最高)为目标在弯曲曲率的许用范围内搜索最优矫直曲率。该方法可对管材二斜辊矫直的圆弧辊型矫直辊的最优矫直曲率进行搜索和确定，可用于矫直辊的结构设计与辊型曲线设计，进而有效提高矫直后管材的质量和精度。

主权项

1.一种管材二斜辊矫直工艺圆弧辊型最优矫直曲率的确定方法，其特征在于以下步骤，步骤一：确定最优矫直曲率搜索范围与相关变量的初值；将矫直曲率的搜索范围设定为[0，k_wcr]，其中k_wcr为管材弯曲失稳的临界曲率，可由相关数据图表确定；随后为弯曲曲率k_w、搜索步长Δk_w、最优矫直曲率k_wop和最小残留曲率k_cop赋初值；步骤二：确定管材在某一弯曲曲率作用后的残留曲率；管材的原始曲率分布在一定范围内即[‑b，a]，a、b为正实常数；将k_0f作为反向最大初始弯曲曲率，其初值为a；k_0t为同向最大初始弯曲曲率，其初值为‑b；随后基于初始曲率对原始弯曲进行判断，若原始弯曲为同向弯曲且弯曲程度大于辊缝内的矫直变形程度，即k_0f<0&|k_0f|≥k_w，则直接将初始曲率赋给残留曲率；否则针对反向弯曲采用式(1)计算弯曲后的残留曲率k_cf：针对同向弯曲采用式(2)计算弯曲后的残留曲率k_ct：式中：E为弹性模量，I为横截面对中性层的惯性积，M弹塑性变形区薄壁管材横截面的轴向弯矩，采用式(3)计算，确定不同初始曲率的管材在某一弯曲曲率作用后的残留曲率k_c；步骤三：判定矫直曲率；管材在本次弯曲后的残余曲率将成为下次弯曲的初始曲率，将采用式(1)与式(2)计算的k_cf k_ct赋值给k_0f k_0t，由于管材截面某个方位进行下一次弯曲时，要沿轴线旋转π角，初始曲率的方向发生反转，故在赋值时需改变残留曲率符号；随后采用步骤二计算第二次弯曲后管材的残留曲率，反复采用步骤二即可获得反复弯曲后的残留曲率；最后将最终两个残留曲率半径k_cf k_ct和矫直精度进行对比，若|k_cf|≤ε&|k_ct|≤ε，则此时的k_w即为待定的矫直曲率，否则无法满足矫直精度的要求，则k_w不是待定的矫直曲率；将满足精度要求的最小残留曲率ε定义为矫直精度，若已知最大弯曲挠度δ可得矫直精度ε为：步骤四：最优矫直曲率的搜索与确定；采用步骤三的方法，若k_w为矫直曲率，比较两个残留曲率k_cf k_ct的最大者是否比最小残留曲率k_cop还小，若max{|k_cf|,|k_ct|}≤k_cop说明管材在k_w作用下的矫直精度与之前相比要高，则将残留曲率的最大者赋值给最小残留曲率k_cop，有k_cop＝max{|k_cf|,|k_ct|}，并将此时的矫直曲率赋值给最优矫直曲率k_wop＝k_w，随后对k_w增加一个步长；若k_w经判断后不为矫直曲率或者max{|k_cf|,|k_ct|}≥k_cop，则k_w直接增加一个步长；接下来判断k_w是否在搜索范围中，若k_w仍在[0，k_wcr]范围中，则重复运用步骤三、步骤四进行下一步计算；当k_w遍历整个定义域后，即k_w超出[0，k_wcr]范围，判断k_cop是否被改写，若它没有被改写说明在搜索范围内无法找到一个k_w能使管材实现二辊矫直的，故此时无法实现二辊矫直；若k_cop是在计算过程中被改写则找到了使管材矫直精度为最高的最优矫直曲率可使管材实现二辊矫直；此时的最优矫直曲率为k_wop，矫直精度为k_cop。