CN108723142B - 一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法 - Google Patents

一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，属于复杂金属构件柔性制造技术领域，首先根据目标空间无直段弯曲件的尺寸，包括弯曲段的弯曲半径、弯曲角及弯曲方向，确定具体的工艺参数，包括每一个弯曲段弯曲模的偏心距离、偏心速度、偏心时间和停留时间，再将上述工艺参数进行回弹修正计算，最后利用回弹修正计算后的工艺参数在三维自由弯曲设备上成形目标无过渡直段空间复杂弯曲空心构件。本发明充分地发挥了三维自由弯曲技术能够轻松改变弯曲半径、弯曲角度、弯曲方向以及实现多种弯曲形式和弯曲形状的优点；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。

Description

一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法
技术领域
本发明涉及一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，特别是涉及一种空间无直段复杂弯曲空心构件的三维自由弯曲成形方法，属于复杂金属构件柔性制造技术领域。
背景技术
无过渡直线段的空间复杂弯曲空心构件是弯管中一类重要的零件，广泛地应用于核能、航空航天、化工、冶金、建筑等领域，目前，采用传统的数控绕弯、滚弯等弯管设备无法成形无过渡直段的空间复杂弯曲空心构件，必须根据具体的管件形状设计相对应形状的手工弯管模具，这大大增加了生产成本并且无法保证管件的成形精度和成形质量，为了实现无过渡直段的空间复杂弯曲空心构件的快速批量生产，必须寻找一种新型的柔性成形方法。
三维自由弯曲技术完全通过控制参数，无须改变模具或工装即可实现各种圆形、方形截面管材及异型截面空心型工艺材在连续变化弯曲半径条件下的高精度柔性成形，三维自由弯曲成形技术不需要更换模具即可一次快速成形中间无过渡直段空间复杂弯曲空心构件，弯管成形质量及成形精度均大大高于手工弯管方法，且设备制造成本较低，成形效率高，适合大批量生产，但是对于无过渡直段空间复杂弯曲空心构件，国内的三维自由弯曲技术尚未开发出一套完善的成形工艺解析方法。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，充分利用三维自由弯曲技术一次快速成形各种复杂空间形状的弯曲构件的优点。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，首先根据目标空间无直段弯曲件的尺寸，确定具体的工艺参数，再将上述工艺参数进行回弹修正计算，最后利用回弹修正计算后的工艺参数在三维自由弯曲设备上成形目标无过渡直段空间复杂弯曲空心构件。
优选的，目标空间无直段弯曲件的尺寸包括弯曲段的弯曲半径Rn、弯曲角θn及弯曲方向
Figure BDA0001667378990000021
确定的工艺参数包括每一个弯曲段弯曲模的偏心距离URn、偏心速度VRn-1n、偏心时间TRn-1n和停留时间TRn。
优选的，一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据第n个弯曲段的弯曲半径Rn及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的偏心距离URn；
步骤2：根据第n个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000022
及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的XY坐标；
步骤3：根据管材推进速度v及弯曲变形区长度A确定第n-1个偏心位置Rn-1过渡到第n个偏心位置Rn的时间TRn-1n和运动速度VRn-1n；
步骤4：根据管材推进速度v、弯曲变形区长度A及第n个弯曲段的弯曲角θn确定第n个偏心位置Rn的停留时间TRn：
Figure BDA0001667378990000023
步骤5：重复进行上述步骤得到n个弯段的具体工艺参数，包括运动速度VRn-1n、运动时间TRn-1n和停留时间TRn；
步骤6：将步骤5所得的工艺参数传送给设备，执行目标无直段空间弯曲构件的三维自由弯曲试验预成形；
步骤7：将步骤6所成形的管件进行逆向光学扫描得到其三维数模，并与原始数模进行对比分析，再修正工艺参数以消除回弹影响；
步骤8：将最终的工艺参数传送给设备，执行目标弯曲构件的自由弯曲成形。
优选的，所述步骤1中，第n个偏心位置Rn的偏心距离URn：
Figure BDA0001667378990000031
优选的，所述步骤2中，第n个偏心位置Rn的XY坐标：
Figure BDA0001667378990000032
Figure BDA0001667378990000033
优选的，所述步骤3中，第n个偏心位置Rn的时间TRn-1n和运动速度VRn-1n：
Figure BDA0001667378990000034
Figure BDA0001667378990000035
Figure BDA0001667378990000036
优选的，成形的空间弯曲构件的不同的弯曲弧度在不同弯曲平面进行无痕连结，弧与弧之间平滑过渡，无过渡直线段。
优选的，管材轴向送进速度v不大于350mm/s，弯曲模的偏心距离URn不大于1倍的管材外径D。
优选的，成形的无过渡直段空间复杂弯曲件的各弯曲段的弯曲角度不大于270°，弯曲半径不大于2.5倍的管材外径D。
优选的，成形过程中管材的轴向推进速度v为始终为常量，在偏心过程中速度恒定，管材的送料与弯制同步进行，成形的无过渡直段空间复杂弯曲件包括无过渡直段圆形、方形截面管材及异型截面空心型材的连续弯曲件。
本发明的有益技术效果：
1、按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，本发明提供的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，为无过渡直段空间复杂弯曲空心构件提供了一种自由弯曲成形工艺方案。
2、按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，本发明提供的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，为三维自由弯曲技术的配套弯曲工艺解析方案，充分地发挥了三维自由弯曲技术能够轻松改变弯曲半径、弯曲角度、弯曲方向以及实现多种弯曲形式和弯曲形状的优点。
3、按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，本发明提供的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，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为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段复杂弯曲空心构件弯曲模的运动路线图；
图2为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的管材三维自由弯曲装置结构示意图；
图3为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段S形弯管示意图；
图4为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段S形弯管弯曲角标注示意图；
图5为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的另一空间无直段S形弯管弯曲角标注图；
图6为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段S形弯管自由弯曲件弯曲模的运动路线图；
图7为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的另一空间无直段S形弯管；
图8为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的另一空间无直段S形弯管标注图；
图9为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段L形弯管示意图；
图10为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段L形弯管自由弯曲件弯曲模的运动路线图；
图11为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段螺旋形弯管示意图；
图12为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段螺旋形弯管标注图；
图13为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段螺旋形弯管侧视图；
图14为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段螺旋形弯管前视图；
图15为按照本发明的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法的一优选实施例的空间无直段螺旋形弯管自由弯曲件弯曲模的运动路线图。
图中：1-球面向承，2-弯曲模，3-导向机构，4-顶推机构，5-管材。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，首先根据目标空间无直段弯曲件的尺寸，确定具体的工艺参数，再将上述工艺参数进行回弹修正计算，最后利用回弹修正计算后的工艺参数在三维自由弯曲设备上成形目标无过渡直段空间复杂弯曲空心构件，目标空间无直段弯曲件的尺寸包括弯曲段的弯曲半径Rn、弯曲角θn及弯曲方向
Figure BDA0001667378990000061
确定的工艺参数包括每一个弯曲段弯曲模的偏心距离URn、偏心速度VRn-1n、偏心时间TRn-1n和停留时间TRn。
在本实施例中，如图1所示，为空间无直段复杂弯曲空心构件的三维自由弯曲成形方法示意图(弯曲模的运动路线图)，管材轴向(Z向)匀速送进，弯曲模在XY平面中从初始位置O(偏心距为0)开始运动到一个偏心位置(对应一个弯曲段)停留一段时间后再向下一个偏心位置(对应下一个弯曲段)运动，以此循环运动直到最后偏心位置(对应最后一个弯曲段)后再返回初始位置O。
在本实施例中，如图2所示，图2为管材三维自由弯曲装置及原理示意图，图中，1-球面向承，2-弯曲模，3-导向机构，4-顶推机构，5-管材；如图3-图5所示，为空间无直段S形弯管，管坯外径20mm，弯曲半径200mm，弯曲角75°，弯曲平面的夹角为30°；如图6所示，为空间无直段S形弯管自由弯曲成形工艺方法的弯曲模的运动路线图；如图7-图9所示，为空间无直段L形弯管，管坯外径16mm，弯曲半径100mm，弯曲角90°，弯曲平面的夹角为90°；如图10所示，为空间无直段L形弯管自由弯曲成形工艺方法的弯曲模的运动路线图；如图11-图14所示，为空间无直段螺旋形弯管，管坯外径10mm，弯曲半径60mm，弯曲角180°，弯曲平面的夹角为8°；如图15所示，为空间无直段螺旋形弯管自由弯曲成形工艺方法的弯曲模的运动路线图。
实施例1：
如图3-图5所示，为空间无直段S形弯管，管材外径D为20mm，两个弯曲段弯曲半径R都为200mm，弯曲角θn都为75°，两个弯曲平面的夹角为30°，A值设为2D＝40mm，管材送进速度设为v＝10mm/s，具体成形工艺方法步骤如下：
步骤1，根据第1个弯曲段的弯曲半径R1及弯曲变形区长度A确定第1个偏心位置R1的偏心距离UR1：
Figure BDA0001667378990000071
由于两个弯曲段的弯曲半径相等，故UR2＝UR1＝4.0408；
步骤2，根据第n个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000072
及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的XY坐标，第1个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000073
第1个偏心位置R1的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000074
Figure BDA0001667378990000075
第2个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000076
第2个偏心位置R2的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000081
Figure BDA0001667378990000082
步骤3，根据管材推进速度v及弯曲变形区长度A确定第0个偏心位置R0过渡到第1个偏心位置R1的时间TR01和运动速度VR01：
Figure BDA0001667378990000083
Figure BDA0001667378990000084
Figure BDA0001667378990000085
同上确定第1个偏心位置R1过渡到第2个偏心位置R2的时间TR12和运动速度VR12：
Figure BDA0001667378990000086
Figure BDA0001667378990000087
Figure BDA0001667378990000088
步骤4，根据管材推进速度v、弯曲变形区长度A及第n个弯曲段的弯曲角θn确定第n个偏心位置Rn的停留时间TRn：
Figure BDA0001667378990000089
步骤5，重复进行上述四步的公式得到2个弯段的具体工艺参数包括运动速度VRn-1n、运动时间TRn-1n、停留时间TRn等；
步骤6，将步骤5步所得的工艺参数传送给设备，执行目标无直段空间弯曲构件的三维自由弯曲试验预成形；
步骤7，将步骤6步所成形的管件进行逆向光学扫描得到其三维数模，并与原始数模进行对比分析，再修正工艺参数以消除回弹影响；
步骤8，将最终的工艺参数传送给设备，执行目标弯曲构件的自由弯曲成形。
实施例2：
如图7-图9所示，为空间无直段L形弯管，管材外径D为15mm，两个弯曲段弯曲半径R都为100mm，弯曲角θn都为90°，两个弯曲平面的夹角为90°，A值设为2D＝32mm，管材送进速度设为v＝10mm/s，具体成形工艺方法步骤如下：
步骤1，根据第1个弯曲段的弯曲半径R1及弯曲变形区长度A确定第1个偏心位置R1的偏心距离UR1：
Figure BDA0001667378990000091
由于两个弯曲段的弯曲半径相等，故UR2＝UR1＝5.2582；
步骤2，根据第n个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000092
及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的XY坐标，第1个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000093
第1个偏心位置R1的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000094
Figure BDA0001667378990000101
第2个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000102
第2个偏心位置R2的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000103
Figure BDA0001667378990000104
步骤3，根据管材推进速度v及弯曲变形区长度A确定第0个偏心位置R0过渡到第1个偏心位置R1的时间TR01和运动速度VR01：
Figure BDA0001667378990000105
Figure BDA0001667378990000106
Figure BDA0001667378990000107
同上确定第1个偏心位置R1过渡到第2个偏心位置R2的时间TR12和运动速度VR12：
Figure BDA0001667378990000108
Figure BDA0001667378990000109
Figure BDA00016673789900001010
步骤4，根据管材推进速度v、弯曲变形区长度A及第n个弯曲段的弯曲角θn确定第n个偏心位置Rn的停留时间TRn：
Figure BDA0001667378990000111
步骤5，重复进行上述四步的公式得到2个弯段的具体工艺参数包括运动速度VRn-1n、运动时间TRn-1n、停留时间TRn等；
步骤6，将步骤5步所得的工艺参数传送给设备，执行目标无直段空间弯曲构件的三维自由弯曲试验预成形；
步骤7，将步骤6步所成形的管件进行逆向光学扫描得到其三维数模，并与原始数模进行对比分析，再修正工艺参数以消除回弹影响；
步骤8，将最终的工艺参数传送给设备，执行目标弯曲构件的自由弯曲成形。
实施例3：
如图11-图14所示，为空间无直段螺旋形弯管，管材外径D为10mm，两个弯曲段弯曲半径R都为60mm，弯曲角θn都为180°，两个弯曲平面的夹角为8°，A值设为2D＝20mm，管材送进速度设为v＝10mm/s，具体成形工艺方法步骤如下：
步骤1，根据第1个弯曲段的弯曲半径R1及弯曲变形区长度A确定第1个偏心位置R1的偏心距离UR1：
Figure BDA0001667378990000112
由于两个弯曲段的弯曲半径相等，故UR2＝UR1＝3.4315；
步骤2，根据第n个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000113
及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的XY坐标，第1个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000114
第1个偏心位置R1的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000121
Figure BDA0001667378990000122
第2个弯曲段的弯曲方向
Figure BDA0001667378990000123
第2个偏心位置R2的XY坐标为：
Figure BDA0001667378990000124
Figure BDA0001667378990000125
步骤3，根据管材推进速度v及弯曲变形区长度A确定第0个偏心位置R0过渡到第1个偏心位置R1的时间TR01和运动速度VR01：
Figure BDA0001667378990000126
Figure BDA0001667378990000127
Figure BDA0001667378990000128
同上确定第1个偏心位置R1过渡到第2个偏心位置R2的时间TR12和运动速度VR12：
Figure BDA0001667378990000129
Figure BDA00016673789900001210
Figure BDA00016673789900001211
步骤4，根据管材推进速度v、弯曲变形区长度A及第n个弯曲段的弯曲角θn确定第n个偏心位置Rn的停留时间TRn：
Figure BDA0001667378990000131
步骤5，重复进行上述四步的公式得到2个弯段的具体工艺参数包括运动速度VRn-1n、运动时间TRn-1n、停留时间TRn等；
步骤6，将步骤5步所得的工艺参数传送给设备，执行目标无直段空间弯曲构件的三维自由弯曲试验预成形；
步骤7，将步骤6步所成形的管件进行逆向光学扫描得到其三维数模，并与原始数模进行对比分析，再修正工艺参数以消除回弹影响；
步骤8，将最终的工艺参数传送给设备，执行目标弯曲构件的自由弯曲成形。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，本实施例提供的空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，为无过渡直段空间复杂弯曲空心构件提供了一种自由弯曲成形工艺方案；为三维自由弯曲技术的配套弯曲工艺解析方案，充分地发挥了三维自由弯曲技术能够轻松改变弯曲半径、弯曲角度、弯曲方向以及实现多种弯曲形式和弯曲形状的优点；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。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，其特征在于，首先根据目标空间无直段弯曲件的尺寸，确定具体的工艺参数，再将上述工艺参数进行回弹修正计算，最后利用回弹修正计算后的工艺参数在三维自由弯曲设备上成形目标无过渡直段空间复杂弯曲空心构件，目标空间无直段弯曲件的尺寸包括弯曲段的弯曲半径Rn、弯曲角θn及弯曲方向
Figure FDA0002353209720000011
确定的工艺参数包括每一个弯曲段弯曲模的偏心距离URn、偏心速度VRn-1n、偏心时间TRn-1n和停留时间TRn；
该成形方法具体包括如下步骤：
步骤1：根据第n个弯曲段的弯曲半径Rn及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的偏心距离URn，
Figure FDA0002353209720000012
步骤2：根据第n个弯曲段的弯曲方向
Figure FDA0002353209720000013
及弯曲变形区长度A确定第n个偏心位置Rn的XY坐标：
Figure FDA0002353209720000014
Figure FDA0002353209720000015
步骤3：根据管材推进速度v及弯曲变形区长度A确定第n-1个偏心位置Rn-1过渡到第n个偏心位置Rn的时间TRn-1n和运动速度VRn-1n：
Figure FDA0002353209720000016
Figure FDA0002353209720000017
Figure FDA0002353209720000021
Figure FDA0002353209720000022
步骤4：根据管材推进速度v、弯曲变形区长度A及第n个弯曲段的弯曲角θn确定第n个偏心位置Rn的停留时间TRn：
Figure FDA0002353209720000023
步骤5：重复进行上述步骤得到n个弯段的具体工艺参数，包括运动速度VRn-1n、运动时间TRn-1n和停留时间TRn；
步骤6：将步骤5所得的工艺参数传送给设备，执行目标无直段空间弯曲构件的三维自由弯曲试验预成形；
步骤7：将步骤6所成形的管件进行逆向光学扫描得到其三维数模，并与原始数模进行对比分析，再修正工艺参数以消除回弹影响；
步骤8：将最终的工艺参数传送给设备，执行目标弯曲构件的自由弯曲成形。
2.根据权利要求1所述的一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，其特征在于，成形的空间弯曲构件的不同的弯曲弧度在不同弯曲平面进行无痕连结，弧与弧之间平滑过渡，无过渡直线段。
3.根据权利要求1所述的一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，其特征在于，管材轴向送进速度v不大于350mm/s，弯曲模的偏心距离URn不大于1倍的管材外径D。
4.根据权利要求1所述的一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，其特征在于，成形的无过渡直段空间复杂弯曲件的各弯曲段的弯曲角度不大于270°，弯曲半径不大于2.5倍的管材外径D。
5.根据权利要求1所述的一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法，其特征在于，成形过程中管材的轴向推进速度v为始终为常量，在偏心过程中速度恒定，管材的送料与弯制同步进行，成形的无过渡直段空间复杂弯曲件包括无过渡直段圆形、方形截面管材及异型截面空心型材的连续弯曲件。
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