阅读说明：本技术 一种管材复合柔性弯曲成形方法 (Composite flexible bending forming method for pipe ) 是由 郭训忠 韦桂 王成 于 2019-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种管材复合柔性弯曲成形方法,将具有复杂形状弯管的三维几何模型进行分段,包括直段、大弯曲半径段、小弯曲半径段；对分段进行弯曲半径评估,将管材弯曲半径分为较小弯曲半径和较大弯曲半径,两种弯曲半径的过渡位置即为不同弯曲参数的结合点；建立直段、大弯曲半径段、小弯曲半径段的几何形状参数与管材轴向送进速度v、运动时间t、偏心距U、弯曲模运动速度u之间的数量关系；采用有限元方法建立三维弯曲模型,通过多次模拟结果对各个工艺参数之间的关系优化分析；采用所述优化后的数量关系作为弯曲工艺参数,使三维自由弯曲和绕弯二者精确复合；将最终的工艺参数以及两种弯曲方式的结合点传送给设备,执行实际弯曲成形。(The invention discloses a pipe composite flexible bending forming method, which comprises the steps of segmenting a three-dimensional geometric model with a bent pipe with a complex shape, wherein the three-dimensional geometric model comprises a straight section, a large bending radius section and a small bending radius section; evaluating the bending radius of the subsection, dividing the bending radius of the pipe into a smaller bending radius and a larger bending radius, wherein the transition position of the two bending radii is a combination point of different bending parameters; establishing the quantitative relation among the geometric shape parameters of the straight section, the large bending radius section and the small bending radius section, the axial feeding speed v of the pipe, the movement time t, the eccentricity U and the movement speed U of the bending die; establishing a three-dimensional bending model by adopting a finite element method, and optimizing and analyzing the relationship among all process parameters through multiple simulation results; the optimized quantity relation is used as a bending process parameter, so that three-dimensional free bending and bending are accurately combined; and (4) transmitting the final process parameters and the combination point of the two bending modes to equipment to perform actual bending forming.)

一种管材复合柔性弯曲成形方法

技术领域

本发明属于金属复杂构件先进制造技术领域，特别涉及一种管材复合柔性弯曲成形方法。

背景技术

各种复杂弯曲形状的金属构件在航空航天、核电、汽车、舰船、石化、建筑以及其它民用工业等诸多领域具有广泛的应用，对于降低产品的生产成本以及减重方面发挥着重要的作用。

目前，传统的金属构件弯曲技术主要为压弯、拉弯、绕弯、推弯以及由上述基本工艺衍生出的弯曲工艺。以上传统的管材成形方法在弯曲复杂轴线形状管材时并不能满足管材高精度的要求。同时，根据相对弯曲半径的不同，以上管材弯曲方法也必须不断更换弯曲模，从而极大降低了生产效率。因此，以上管材弯曲方法只适用于大批量，形状简单的管材的弯曲过程。而对于形状复杂的空间弯管或者曲率连续变化的复杂形状弯管，以上传统弯管方法均无法实现。

复杂构件的管材复合柔性弯曲成形将三维自由弯曲与数控绕弯相结合能实现管材、型材、线材在各种弯曲半径条件下的高精度成形，对传统金属弯曲成形技术形成了巨大的挑战，是塑性成形领域的公认的一种重要技术创新。

发明内容

现有的管材复合柔性弯曲成形系统并不具备较为成熟的金属复杂构件弯曲成形工艺优化方法。本发明针对现有的管材复合柔性弯曲系统存在的不足，提出了一种新的金属复杂构件弯曲成形方法。采用对金属复杂构件先进行分段，根据弯曲段直径的不同，再建立不同段的几何形状与关键工艺参数之间的数量关系，根据数量关系确定弯曲步骤，充分地发挥了管材复合柔性弯曲成形系统可以实现不同大小管材弯曲半径成形，复杂造型金属构件弯曲的优点。

一种管材复合柔性弯曲成形方法，通过下列步骤实现：

第一步，将具有复杂形状弯管的三维几何模型进行分段，包括直段、大弯曲半径段、小弯曲半径段；

第二步，对第一步的分段进行弯曲半径评估，将管材弯曲半径分为较小弯曲半径和较大弯曲半径，两种弯曲半径的过渡位置即为不同弯曲参数的结合点；

第三步，建立直段、大弯曲半径段、小弯曲半径段的几何形状参数直段长度L、弯曲半径R、弯曲角θ与管材轴向送进速度v、运动时间t、偏心距U、弯曲模运动速度u之间的数量关系其中s＝v*t，对于同一种材料、尺寸的管坯，根据R的不同，U的变化可由该公式得到；

第四步，采用有限元方法建立三维弯曲模型，并对第三步所述数量关系进行多次模拟验证,通过多次模拟结果对各个工艺参数之间的关系优化分析；

第五步，采用第四步所述优化后的数量关系作为弯曲工艺参数，使三维自由弯曲和绕弯二者精确复合；

第六步：将最终的工艺参数以及两种弯曲方式的结合点传送给设备，执行实际弯曲成形，结合点的判断以R/D₀的值为依据，当R/D₀≤3时为小弯曲半径，R/D₀＞3时为大弯曲半径。

所述的方法，第一步中，将复杂形状弯管的三维几何模型按照直段、大弯曲半径段和小弯曲半径段进行划分。

所述的方法，第二步中，在大弯曲半径段和小弯曲半径段之间存在直段，通过控制直段的长度，使两种弯曲方式紧密结合。

所述的方法，在成形之前，需要进行有限元仿真模拟优化工艺参数，优化弯曲段之间的直段长度。

所述的方法，在第二步中，通过三维弯管光学测量系统，对弯曲半径的大小进行分析并提交计算机分析计算，确定弯曲方式。

所述的方法，在管材复合柔性弯曲成形过程中，直段是数控绕弯和三维自由弯曲结合段。

有益效果：

1、本发明为金属复杂构件的复合柔性弯曲成形提供了一种新的成形装置及工艺优化方法；

2、本发明为管材复合柔性弯曲成形装置的配套弯曲工艺，充分地发挥了管材复合柔性弯曲成形装置所具有的可以实时改变管材弯曲半径，实现复杂造型金属构件弯曲的优点；

3、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。

附图说明

图1.管材复合柔性弯曲工艺流程图。

图2.管材复合柔性弯曲成形原理示意图。

1数控绕弯部分；2自由弯曲部分；3推进装置；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

第一步，将长度为2000mm的复杂形状弯管的三维几何模型进行分段；

第二步，对第一步的分段进行弯曲半径评估，将管材弯曲半径分为较小弯曲半径和较大弯曲半径，其中直段共有5段，3段为成形直段，2段为尾端推进直段。通过三维自由弯曲技术成形的大变曲率弯曲半径的弯段2段。通过数控绕弯技术成形的小弯曲半径的弯段共有2段。

第三步，建立直段、大弯曲半径段、小弯曲半径段的几何形状参数如直段长度L、弯曲半径R、弯曲角θ等与管材轴向送进速度v、运动时间t之间的数量关系。当大弯曲半径成形时可采用自由弯曲成形方式，自由弯曲成形时

其中s＝v*t。R/D₀≤3时即为小弯曲半径，可采用数控绕弯的成形方式，D₀为金属管材最初的外直径；

第四步，采用有限元方法建立三维弯曲模型，并对第三步所述数量关系进行多次模拟验证，其中5段直段长共计1000mm，4段弯段长度共计1000mm，第一、二两个弯段的弯曲半径为60mm，为小弯曲半径，第三、四两个弯段的弯曲半径为120mm，为大弯曲半径；

第五步，采用第四步所述优化后的数量关系作为弯曲工艺参数，使三维自由弯曲和数控绕弯二者精确复合；

第六步：将最终的工艺参数以及两种弯曲方式的结合点传送给设备，执行实际弯曲成形。

本例中，选取的管材为6061铝合金管材，微型金属圆管的原始规格为D0×t×L＝20mm×1mm×2000mm，其中，D0为金属管材最初的外直径，t为金属管材的壁厚，L为金属管材的管长；将该管材弯曲半径分为较小弯曲半径和较大弯曲半径，其中直段共有5段，3段为成形直段，2段为尾端推进直段。通过三维自由弯曲技术成形的大变曲率弯曲半径的弯段2段。通过数控绕弯技术成形的小弯曲半径的弯段共有2段；其中5段直段长共计1000mm，4段弯段长度共计1000mm，第一、二两个弯段的弯曲半径为60mm，为小弯曲半径，第三、四两个弯段的弯曲半径为120mm，为大弯曲半径。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。