CN103345558B - 一种控制高强钢折弯的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制高强钢折弯的方法及系统。该方法包括：步骤1，利用数值模拟计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；步骤2，针对折弯机的机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力；步骤3，根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。本发明实现了高强钢材料研究、折弯全过程自动仿真与折弯成形设备的系统集成和过程自动化，避免了人工重复操作；采用仿真计算结果，避免了大量重复性试验，节省材料和时间，提高了效率。

Description

一种控制高强钢折弯的方法及系统

技术领域

本发明涉及控制领域，具体地，涉及一种控制高强钢折弯的方法及系统。

背景技术

图1为一般的折弯机结构示意图，其可以分为上模和下模，中间阴影部分为高强钢（例如高强钢板）。通过固定下模，上模往下运动将高强钢板折弯。上模往下运动的位移大小称为进给量d。如图2所示，由于高强钢板有回弹现象，为了得到所需折弯角度θ₀，实际的折弯角度必须是一个小于θ₀的角度θ₁。如果在撤掉上模后，高强钢板折弯角正好回弹到θ₀，则说明进给量d合适。如图3所示高强钢板，假设需要折弯成θ₀＝95°，则实际施加的进给量d使钢板折弯成θ₁＝75°，如果撤掉上模后，高强钢板正好回弹了Δθ＝20°，则说明所取的进给量d合适。但是，现有技术中进给量都是通过若干次试验得到，不利于开发新的产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制高强钢折弯的方法及系统，以便快速准确地得到符合质量要求的工件。

为了实现上述目的，本发明提供一种控制高强钢折弯的方法，该方法包括：步骤1，利用数值模拟模块计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；步骤2，针对折弯机的机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力；步骤3，根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。

相应地，本发明提供了一种控制高强钢折弯的系统，该系统包括：数值模拟模块，用于计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；控制参数转换模块，用于针对折弯机的机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力；折弯执行模块，用于根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。

本发明实现了高强钢材料研究、折弯全过程自动仿真与折弯成形设备的系统集成和过程自动化，避免了人工重复操作；采用仿真计算结果，避免了大量重复性试验，节省材料和时间，提高了效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是折弯机的结构示意图；

图2是高强钢板回弹示意图；

图3是本发明提供的控制高强钢折弯的系统示意图；

图4是本发明提供的挠度补偿曲线；

图5是本发明中目标折弯深度计算示意图；

图6是本发明提供的控制高强钢折弯的方法流程图。

附图标记说明

100 数值模拟模块 200 控制参数转换模块

300 折弯执行模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

由于高强钢本身所存在的回弹特性，因此为了提高效率和节约试验成本，需要在对高强钢弯折前首先进行一些数值模拟的工作，例如可以通过有限元分析软件（例如ANSYS）对高强钢板和折弯机进行一些仿真，从而得到符合要求的工艺参数，例如初始折弯角度以及目标折弯深度。根据这些参数进行换算，可以得到折弯机需要加载的压力、挠度补偿以及折弯机的油缸位移等等，控制折弯机按照这些参数工作，可以有效和快速地得到期望的工件，从而能够节约成本，提高效率。

如图3所示，本发明提供了一种控制高强钢折弯的系统，该系统包括：数值模拟模块100，用于计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；控制参数转换模块200，用于针对折弯机的机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力，例如加载压力P＝K×t²×σ×L/b，其中t为高强钢板的厚度，σ为高强钢板的抗折强度，L为高强钢板长度，b为凹模开口宽度，K为所述折弯机的折弯系数；折弯执行模块300，用于根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。具体而言，数值模拟模块100可以对待折弯的钢板和折弯机进行建模，并根据试验得到的材料参数或者产品提供者的材料参数对模型中使用的材料进行设定，并给出工艺目标值（例如目标折弯角度，即经过折弯回弹变形之后，稳定的不再变化的角度），通过仿真运算可以得到待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度。之所以进行挠度补偿，是因为折弯机的压力非常大，在折弯高强钢的过程中，折弯机本身也会发生变形，例如下模会发生变形，从而使得仿真计算得到参数不能直接适用，需要进行相应的补偿之后才能达到预期的需求。折弯执行模块300可以根据需要加载的压力输出油缸压力，通过折弯机上模施加至待折弯的高强钢板，并根据目标折弯深度和挠度补偿来控制折弯机的油缸位移。

数值模拟模块100在仿真的过程中，如果待折弯的高强钢为构件，则宜采用平面应变单元模拟。为保证计算精度，在板材厚度方向要保证至少有13个积分点，每个单元沿长度方向与厚度方向的边长比值控制在5以内。如果待折弯的高强钢为板件，则宜采用解析刚体模拟。

在高强钢板模型中，可以定义长度L，宽度W,厚度t，并可以确定建模规则，包括网格剖分尺寸、数目、间距。在折弯机模型中，可以定义冲头半径R，开口尺寸b，圆角半径r。还可以从材料库中调用材料的力学参数，包括弹性模量E、泊松比ν、屈服强度σ_s,抗拉强度σ_b，强化系数K，硬化指数n，厚向异性系数L₀、L₄₅、L₉₀。以及通过材性试验获取的应力-应变曲线数据。材料采用希尔各向异性屈服准则及随动强化模型，以下为希尔屈服函数，当F=G=H=0.5，L=M=N=1.5时即为米塞斯屈服条件。

f(σ)＝[F(σ_yy-σ_zz)²+G(σ_zz-σ_xx)²+H(σ_xx-σ_yy)²

+2(Lσ_zy ²+Mσ_zx ²+Nσ_xy ²)]^1/2-Y＝0;

其中，σ_xx，σ_xy，σ_zy，σ_zx，σ_yy，σ_zz是6个应力分量，F、G、H、L、M、N是根据板材各向性能L₀、L₄₅和L₉₀计算得到的参数，Y是材料的等效屈服应力。

优选地，所述控制参数转换模块200，用于根据挠度补偿曲线对机架变形进行挠度补偿。由于挠度补偿的具体值与待折弯的高强钢板以及折弯机本身的属性有非常大的关系，本发明通过实验来确定具体的补偿值，也就是说需要预先进行一些实验来确定需要补偿的幅度。

优选地，所述控制参数转换模块200包括挠度补偿模块；所述挠度补偿模块，用于计算折弯机的加载压力P＝K×t²×σ×L/b；通过对所述折弯机施加所述加载压力，得到折弯机沿折弯机的长度方向的变形值，并绘制变形曲线；将所述变形曲线进行镜像得到变形补偿曲线作为挠度补偿曲线；其中t为高强钢板的厚度，σ为高强钢板的抗折强度，L为高强钢板长度，b为凹模开口宽度，K为所述折弯机的折弯系数。本发明提供的一种挠度补偿曲线如图4所示。

优选地，所述目标折弯深度为所述折弯机的油缸位移。油缸位移的计算方法如图5所示，其中折弯机上模的冲头在起始位置时，油缸的坐标为Y0，折弯机上模的冲头与待折弯的高强钢接触时，油缸的坐标为Y1，折弯机上模的冲头达到弯折的目标折弯深度时，油缸的坐标为Y2，由此可以算出目标折弯深度=Y2-Y1。此仅为示例的计算方式，也可以采用其他的计算方式，例如以冲头与高强钢接触的地方作为原点进行计算等等。为了使得折弯角度达到目标折弯角度θ，需要在折弯的过程中使弯折角度达到初始弯折角度θ₂，θ₂<θ，在折弯机的冲头离开被折弯的高强钢板之后，高强钢板通过回弹，可以使得折弯角度达到目标折弯角度θ，从而完整整个折弯的过程。

优选地，该系统还包括检测模块，用于对折弯后的高强钢进行角度检测；所述折弯执行模块，还用于在折弯后的高强钢的实际弯折角度不符合目标折弯角度的情况下，继续控制所述折弯机折弯所述高强钢。鉴于仿真系统与真实系统存在一些差距，以及材料的特性可以与得到的参数并不完全一致等原因，在进行折弯之后得到的工件可能不符合质量的要求，也就是说实际的弯折角度和目标弯折角度不符，例如实际的弯折角度与目标弯折角度之间的误差大于预定值，此时可以控制折弯机再次对所述待折弯的高强钢进行折弯，直至符合目标折弯角度为止。可以在操作的过程中设定折弯的次数，在折弯次数达到预设值时，还没有达到预设的目标折弯角度，则可以结束整个折弯过程。需要说明的是，此处所考虑的情形为，鉴于高强钢良好的回弹特性，折弯的角度可能达不到预期的需求，如果折弯的角度超过预期的角度，并且大于误差允许的范围，那么这个折弯操作就失败了。

相应地，如图6所示，本发明提供了一种控制高强钢折弯的方法，该方法包括：利用数值模拟计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度（步骤601）；针对折弯机的机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力（步骤602）；根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢（步骤603）；检测折弯后的高强钢是否符合目标折弯角度（步骤604），例如折弯角度是否达到了目标折弯角度，如果达到了目标折弯角度，则结束整个流程，否则继续控制折弯机折弯所述高强钢（步骤603）。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种控制高强钢折弯的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，利用数值模拟计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；

步骤2，针对折弯机的机架变形，根据挠度补偿曲线对机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力；所述挠度补偿曲线通过如下方式得到：

计算折弯机的加载压力P＝K×t²×σ×L/b；

通过对所述折弯机施加所述加载压力，得到折弯机沿长度方向的变形值，并绘制变形曲线；

将所述变形曲线进行镜像得到变形补偿曲线作为挠度补偿曲线；

其中t为高强钢板的厚度，σ为高强钢板的抗折强度，L为高强钢板长度，b为折弯机的凹模开口宽度，K为所述折弯机的折弯系数；

步骤3，根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高强钢板的材料采用米塞斯屈服条件及随动强化模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述目标折弯深度为所述折弯机的油缸位移。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤4，对折弯后的高强钢进行检测；

步骤5，在折弯后的高强钢的实际折弯角度不符合目标折弯角度的情况下，继续控制所述折弯机折弯所述高强钢。

5.一种控制高强钢折弯的系统，其特征在于，该系统包括：

数值模拟模块，用于计算待折弯高强钢的初始折弯角度和目标折弯深度；

控制参数转换模块，用于针对折弯机的机架变形，根据挠度补偿曲线对机架变形进行挠度补偿，并计算出所述折弯机需要加载的压力；所述控制参数转换模块包括挠度补偿模块；所述挠度补偿模块，用于计算折弯机的加载压力P＝K×t²×σ×L/b；通过对所述折弯机施加所述加载压力，得到折弯机沿长度方向的变形值，并绘制变形曲线；将所述变形曲线进行镜像得到变形补偿曲线作为挠度补偿曲线；

其中t为高强钢板的厚度，σ为高强钢板的抗折强度，L为高强钢板长度，b为折弯机的凹模开口宽度，K为所述折弯机的折弯系数；

折弯执行模块，用于根据所述目标折弯深度、所述挠度补偿以及所述需要加载的压力控制所述折弯机折弯所述高强钢。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述高强钢板的材料采用米塞斯屈服条件及随动强化模型。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述目标折弯深度为所述折弯机的油缸位移。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括检测模块，用于对折弯后的高强钢进行角度检测；

所述折弯执行模块，还用于在折弯后的高强钢的实际折弯角度不符合目标折弯角度的情况下，继续控制所述折弯机折弯所述高强钢。