CN106354919B - 一种管路数字化精确成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管路数字化精确成形方法，属于弯管制造塑性加工技术领域。本发明解决了由于常规导管取样的弯曲角度、两相邻弯平面间的空间夹角以及2个弯之间的直线距离都不能进行直接测量或很难测量准确的难题，避免了按照样管手动弯管出现的“反复”弯曲、“串弯”等现象；解决了现场来回导管取样的耗时问题；节省了常规导管取样所需要的相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和钢丝样板。该方法大大缩短了生产周期和节省了取样时间。

Description

一种管路数字化精确成形方法
技术领域
本发明涉及弯管制造塑性加工技术领域，具体涉及一种管路数字化精确成形方法。
背景技术
导管布局和走向复杂，给设计制造带来不少困难。产品总装阶段，在设备、仪器安装到位的情况下导管生产还要完成取样、导管制作、装配和焊接等工序工作，使得导管生产在产品总装主线中占时最多，成为制约产品研制效率的瓶颈。
导管常规加工指利用常规机床按照钢丝样板走向弯曲出导管零件空间形状的导管制造过程。常规弯管工艺都是按标准实样和钢丝样板进行验收的。由于导管的弯曲角度、两相邻弯平面间的空间夹角以及2个弯之间的直线距离都不能进行直接测量或很难测量准确，再加上弯管过程中的回弹等一系列工艺和操作问题，每根导管在验收之前，大都要进行大量的手工校正，难免会出现“反复”弯曲、“串弯”等现象。弯管质量不易控制，生产效率低，劳动强度大，而且需要相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和钢丝样板。
导管零件设计的数字化必然要求导管零件制造的数字化，采用常规机械弯管工艺已经不能满足产品数字化设计的要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种管路数字化精确成形方法，解决了常规导管加工存在的反复取样，出现“反复”弯曲、“串弯”等现象问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种管路数字化精确成形方法，所述管路为导管，包括如下步骤：
S1、将产品上的结构件、电气元件、仪器和电缆按产品设计装配要求在CAD软件上进行装配，形成产品装配模型，作为后续设计和布置导管空间走向的依据；
S2、根据步骤S1形成的所述产品装配模型，确定导管连接的两端端口位置，以两端端口为导管设计基准，画出导管在产品装配模型里的空间走向；
S3、通过运动有限元仿真软件对步骤S2所设计的导管空间走向的合理性进行弯管成形过程干涉仿真分析，如果在仿真分析中导管与数控弯管机出现干涉，则确定干涉原因，并返回步骤S2根据干涉原因重新进行导管走向设计，直至所设计导管与设备不出现干涉为止，输出设计合格的导管模型；
S4、以步骤S3设计合格的导管模型作为成形制造的理论模型，将理论模型的导管制造信息转换为初步的数控弯管机程序；所述导管制造信息包括弯曲角度和直线段长度；
S5、按步骤S4生成的初步数控弯管机程序进行弯管成形，将成形后的导管在矢量测量机上测量导管的实际弯曲角度，实际弯曲角度和步骤S4中的理论模型的制造信息有差值，该差值即为回弹值，将弯曲角度的回弹值和步骤S4生成的初步数控弯管机程序中的弯曲角度相加，将相加之和对步骤S4初步数控弯管机程序中的弯曲角度进行修正，修正后的程序为后续数控弯管机弯管成形的程序；
S6、根据导管扩口前后体积不变的原理，通过理论计算得到导管连接扩口端所需导管直线段预留量L；
S7、计算弯管下料长度，弯管下料长度为导管各直线段长度、导管弯曲实际弧长长度和扩口所需预留量长度L三者之和，其中导管弯曲实际弧长长度等于每段导管理论弧长减去导管塑性延伸量；
S8、采取激光切割对步骤S7中计算好的弯管下料长度进行原材料下料，利用数控弯管机采用步骤S5中修正后的数控程序对完成下料的原材料进行弯管成形；
S9、装配导管两端的外套螺母和平管嘴，通过扩口成形机进行导管两端扩口；
S10、通过矢量测量机对步骤S9得到的导管外形进行扫描测量，与理论模型进行对比分析，若导管制造误差在设计允许范围内，则结束，若弯曲角度误差在设计允许范围外，则重复步骤S5和S8；若直线段长度误差在设计允许范围外，则重复步骤S6至S8，直至合格为止。
优选地，步骤S6中，导管扩口所需导管预留量的公式推导如下：导管扩口部分导管体积V用CAD软件进行测量，导管直管横截面面积S为导管环形面积，扩口所需预留量L即为扩口部分所需导管长度：
优选地，步骤S7中，理论弧长计算公式为α为弯管弯曲角度，R为弯曲半径，塑性延伸量为△l为经验值。
(三)有益效果
本发明提供的一种管路数字化精确成形方法，解决了由于常规导管取样的弯曲角度、两相邻弯平面间的空间夹角以及2个弯之间的直线距离都不能进行直接测量或很难测量准确的难题，避免了按照样管手动弯管出现的“反复”弯曲、“串弯”等现象；解决了现场来回导管取样的耗时问题；节省了常规导管取样所需要的相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和钢丝样板。该方法大大缩短了生产周期和节省了取样时间。
附图说明
图1为本发明实施例所需成形的外径为Φ12mm×1导管结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种管路数字化精确成形方法，所述管路为导管，包括如下步骤：
S1)将产品上的结构件、电气元件、仪器和电缆按产品设计装配要求在CAD软件上进行装配，形成一个产品装配模型，作为后续设计和布置导管空间走向的依据。
S2)根据步骤S1形成的产品装配模型，结合产品结构需要，确定导管连接的两端端口位置，以两端端口为导管设计基准，画出导管在产品装配模型里的空间走向。导管设计要求须满足：两圆弧段之间的直线段不小于导管外径的3倍；对同一根导管，其弯曲半径应统一，一般不小于导管外径的2.5倍；导管与产品结构件、产品上设备之间的最小间隙应不小于3mm，导管与活动件的最小间隙应不小于5mm。本实施例中，设计完的导管以图1为例，第一直线段1、第二直线段3和第三直线段5长度均为100mm，第一弯角2和第二弯角4的弯曲半径均为R60，第一弯角2和第二弯角4大小均为90°。
S3)通过运动有限元仿真软件对步骤S2设计的导管空间走向合理性进行弯管成形过程干涉仿真分析，如果在仿真分析中导管与数控弯管机出现干涉，则确定干涉原因，并返回步骤S2根据干涉原因重新进行导管走向设计，直至所设计导管与设备不出现干涉为止，输出设计合格的导管模型。本实施例中，仿真结果表明在仿真分析中导管与数控弯管机不会出现干涉。
S4)以步骤S3设计合格的导管模型作为成形制造的理论模型，将理论模型的导管制造信息(包括弯曲角度和直线段长度)转换为初步的数控弯管机程序。
S5)按步骤S4生成的数控弯管机程序进行弯管成形，成形后的导管在矢量测量机上测量导管的实际弯曲角度，由于材料在成形过程中必然会出现回弹，因而实际弯曲角度和步骤S4中的理论模型制造信息会有差值，该差值即为回弹值，本实施例中经测量回弹角大小为2.5°。将弯曲角度的回弹值和步骤S4初步数控弯管机程序中的弯曲角度相加之和，相加之和用于修正步骤S4初步数控弯管机程序中的弯曲角度，本实施例中修正后的弯曲角度为92.5°。相应修正后的程序即为后续数控弯管机弯管成形的程序。
S6)根据导管扩口前后体积不变的原理，通过理论计算得到导管连接扩口端所需导管直线段预留量L，导管扩口形状按航标标准HB4-52-83执行。导管扩口所需导管预留量的公式推导如下：导管扩口部分导管体积V用CAD软件进行测量，导管直管横截面面积S为导管环形面积，扩口所需预留量L即为扩口部分所需导管长度。
以图1为例，导管扩口部分导管体积用CAD软件进行测量，体积大小为101mm3，导管直管横截面面积为导管环形面积，导管环形面积为34.5mm2，扩口所需预留量L即为扩口部分所需导管长度L等于扩口部分导管体积除于导管环形面积，计算值为3mm。
S7)精确计算弯管下料长度，弯管下料长度包括导管各直线段长度、导管弯曲实际弧长长度和扩口所需预留量长度L三者之和，其中导管弯曲实际弧长长度等于每段导管理论弧长减去导管塑性延伸量。弧长理论计算公式为α为弯管弯曲角度，R为弯曲半径，塑性延伸量为△l经验数值如表1。
表1推荐Δl数据表
以图1为例，弯管下料长度包括导管第一直线段1、第二直线段3和第三直线段5长度(均为100mm)、导管弯曲实际弧长长度和扩口所需预留量长度L之和，其中导管弯曲实际弧长长度等于每段导管理论弧长减去导管塑性延伸量。本实施例中，△l经验数值取0.25mm。
S8)采取激光切割对步骤S7中精确计算好的弯管下料长度进行原材料下料。数控弯管机采用步骤S5中修正后的数控程序对完成的原材料下料进行弯管成形。
S9)装配导管两端的外套螺母HB4-35-10和平管嘴HB4-44G10，通过扩口成形机进行导管两端扩口。
S10)通过矢量测量机对步骤S9中的导管外形进行扫描测量，与理论模型进行对比分析。若导管制造误差在预先设计的导管允许范围内，则可交付产品总装部门试装。若弯曲角度误差在设计允许范围外，则须重复步骤S5和S8；若直线段长度误差在设计允许范围外，则须重复步骤S6、S7和S8，直至合格为止。本实施例中，导管制造误差在步骤S2中设计的导管允许范围±0.5mm内，因此交付产品总装部门试装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种管路数字化精确成形方法，其特征在于，所述管路为导管，包括如下步骤：
S1、将产品上的结构件、电气元件、仪器和电缆按产品设计装配要求在CAD软件上进行装配，形成产品装配模型，作为后续设计和布置导管空间走向的依据；
S2、根据步骤S1形成的所述产品装配模型，确定导管连接的两端端口位置，以两端端口为导管设计基准，画出导管在产品装配模型里的空间走向；
S3、通过运动有限元仿真软件对步骤S2所设计的导管空间走向的合理性进行弯管成形过程干涉仿真分析，如果在仿真分析中导管与数控弯管机出现干涉，则确定干涉原因，并返回步骤S2根据干涉原因重新进行导管走向设计，直至所设计导管与设备不出现干涉为止，输出设计合格的导管模型；
S4、以步骤S3设计合格的导管模型作为成形制造的理论模型，将理论模型的导管制造信息转换为初步的数控弯管机程序；所述导管制造信息包括弯曲角度和直线段长度；
S5、按步骤S4生成的初步数控弯管机程序进行弯管成形，将成形后的导管在矢量测量机上测量导管的实际弯曲角度，实际弯曲角度和步骤S4中的理论模型的制造信息有差值，该差值即为回弹值，将弯曲角度的回弹值和步骤S4生成的初步数控弯管机程序中的弯曲角度相加，将相加之和对步骤S4初步数控弯管机程序中的弯曲角度进行修正，修正后的程序为后续数控弯管机弯管成形的程序；
S6、根据导管扩口前后体积不变的原理，通过理论计算得到导管连接扩口端所需导管直线段预留量L；
S7、计算弯管下料长度，弯管下料长度为导管各直线段长度、导管弯曲实际弧长长度和导管直线段预留量L三者之和，其中导管弯曲实际弧长长度等于每段导管理论弧长减去导管塑性延伸量；
S8、采取激光切割对步骤S7中计算好的弯管下料长度进行原材料下料，利用数控弯管机采用步骤S5中修正后的数控程序对完成下料的原材料进行弯管成形；
S9、装配导管两端的外套螺母和平管嘴，通过扩口成形机进行导管两端扩口；
S10、通过矢量测量机对步骤S9得到的导管外形进行扫描测量，与理论模型进行对比分析，若导管制造误差在设计允许范围内，则结束，若弯曲角度误差在设计允许范围外，则重复步骤S5和S8；若直线段长度误差在设计允许范围外，则重复步骤S6至S8，直至合格为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，导管扩口所需导管预留量的公式推导如下：导管扩口部分导管体积V用CAD软件进行测量，导管直管横截面面积S为导管环形面积，导管直线段预留量L即为扩口部分所需导管长度：
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S7中，理论弧长计算公式为α为弯管弯曲角度，R为弯曲半径，塑性延伸量为△l为经验值。
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