CN110457851A - 型材滚弯动态回弹有限元分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种型材滚弯动态回弹有限元分析方法，属于金属塑性加工技术领域。在滚弯成形过程中回弹释放是持续进行的，而传统的三点固定测量回弹的方法只能得到型材滚弯最后阶段的回弹而不是整体型材的回弹。动态回弹有限元分析方法，分析四辊辊弯机床运动关系及几何结构，在有限元软件中建立各辊轮与型材的数学模型并按辊弯机床几何结构进行装配，建立等曲率滚弯标准静态分析模型并提交运算，将回弹后的型材按段分开，采用分别计算每段每帧的曲率半径计算出型材每段不同的回弹量，分段进行补偿，有效的解决了辊弯型材回弹计算的问题，为后续变曲率滚弯提供更接近真实的数值，节约成本，提高效率。

Description

型材滚弯动态回弹有限元分析方法

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，特别涉及一种型材滚弯动态回弹有限元分析方法。

背景技术

滚弯成形是一种节材、节能、高效的金属板料成型新工艺、新技术。滚弯成形工艺具有的优点：其弯曲过程为带有一定拉伸力的连续弹塑性弯曲，因此成形稳定高效、精度高；无需借助模具，可降低成本；而有限元分析是当今钣金成形工艺分析与验证的主要手段，借助有限元模拟型材的滚弯过程，分析型材滚弯过程存在的缺陷，提出具体的解决办法，得出滚弯成形规律并模拟型材的滚弯过程，最后再进行型材滚弯工艺验证试验。采用有限元模拟的方法，可以避免盲目的试滚过程，尽量减小滚弯成形道次，从而缩短零件的加工周期，提高滚弯零件的成形质量。

一般的回弹分析方法建立等曲率滚弯回弹半径计算模型，利用回弹计算模型推导出滚弯工艺参数，然后利用有限元分析软件对型材进行分段等曲率滚弯模拟分析，此种有限元分析方法滚弯得到的型材成形精度不高，模拟得到的型材曲率半径与型材数模曲率半径误差较大，同时该种方法在每个分段内为等曲率，而实际上型材在每个分段内并非等曲率，另外滚弯成形过程进行中同时伴随释放回弹，而传统的三点固定测量回弹的方法只能得到滚弯最后阶段的回弹而不是整体型材的回弹。动态回弹有限元分析方法将回弹后的型材按段分别计算回弹量，分段进行补偿，有效的解决了滚弯型材回弹计算的问题，为后续变曲率滚弯提供更接近真实的数值，节约成本，提高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种型材滚弯动态回弹有限元分析方法，解决现有型材滚弯回弹有限元分析结果误差较大，精度不高的问题，提供一种误差小、精度高的型材滚弯动态回弹有限元分析计算方法。本发明在滚弯成形过程中回弹释放是持续进行的，而传统的三点固定测量回弹的方法只能得到型材滚弯最后阶段的回弹而不是整体型材的回弹。动态回弹有限元分析方法，分析四辊辊弯机床运动关系及几何结构，在有限元软件中建立各辊轮与型材的数学模型并按辊弯机床几何结构进行装配，设置型材的初始左右辊轮位移量，建立等曲率滚弯标准静态分析模型并提交运算，将回弹后的型材按段分开，采用分别计算每段每帧的曲率半径计算出型材每段不同的回弹量，分段进行补偿，有效的解决了辊弯型材回弹计算的问题，为后续变曲率滚弯提供更接近真实的数值，节约成本，提高效率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

型材滚弯动态回弹有限元分析方法，包括如下步骤：

步骤1、分析四轴辊弯机运动关系及几何结构，该四轴辊弯机包括上辊轮、下辊轮、左辊轮、右辊轮；在有限元分析软件中建立辊轮与型材毛坯的数学模型并进行装配，设置左右辊轮初始位移量；

步骤2、建立型材等曲率滚弯分析模型，进行网格划分，接触条件定义，对型材等曲率滚弯分析模型进行计算；将计算完成的型材等曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的型材数模；

步骤3、提取所要加工的型材数模的一条边沿线作为特征曲线，进行曲率半径分析，其中综合考虑曲率及长度后将型材数模特征曲线平均分成n段，再对该重构型材数模按照步骤4进行特征曲线曲率半径分析，得到该左右辊轮位移量下对应的曲率半径值及回弹量；

步骤4、将分成的n段单独计算，滚弯过程按时间进程分为20帧，计算分成的型材段每帧滚弯值，从某一帧开始曲率半径值稳定在一个小范围浮动，用稳定值的平均数减去稳定前一帧的曲率半径得到这段型材的回弹量；

步骤5、不断改变左右辊轮位移量，重复步骤3，从而得到不同左右辊轮位移量下对应的曲率半径值即等曲率滚弯规律，以及每段不同的回弹量；

步骤6、回弹补偿算法：变曲率滚弯前的半径R’ = 定曲率滚弯后的半径R －回弹量ΔR，即R’=R+ΔR；

步骤7、将得到的变曲率滚弯前的半径R’值带入左右滚轮抬升量中找到半径R’所对应的左右辊轮抬升量，记录并将抬升量数值带入到变曲率模拟计算中。

本发明的有益效果在于：釆用型材滚弯动态回弹有限元分析方法，有效地解决了滚弯成形过程进行中同时伴随释放回弹，而传统的三点固定测量回弹的方法只能得到滚弯最后阶段的回弹而不是整体型材的回弹，运用有限元分析等曲率滚弯过程而得到滚弯规律；并采用分段滚弯有限元分析使滚弯分析过程中各分段也为变曲率，从而使得分析结果更加准确，误差更小，精度更高；动态回弹有限元分析方法将回弹后的型材按段分别计算回弹量，分段进行补偿，有效的解决了滚弯型材回弹计算的问题，为后续变曲率滚弯提供更接近真实的数值，节约成本，提高效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的U型材数模示意图；

图2为本发明的型材截面图；

图3为本发明的四辊滚弯数模示意图；

图4为本发明的有限元帧数为0的曲率半径分析；

图5为本发明的有限元帧数为8的曲率半径分析；

图6为本发明的有限元帧数为12的曲率半径分析；

图7为本发明的有限元帧数为17的曲率半径分析；

图8为本发明的某段等分段型材每帧的曲率半径值；

图9为本发明的等分段型材曲率半径随帧数变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图9所示，本发明的型材滚弯动态回弹有限元分析方法，包括如下步骤：

步骤1、分析四轴辊弯机运动关系及几何结构，该四轴滚弯机包括上辊轮、下辊轮、左辊轮、右辊轮；在有限元分析软件中建立辊轮与型材毛坯的数学模型并进行装配，设置左右辊轮初始位移量；建立型材等曲率滚弯分析模型，进行网格划分，接触条件定义，对型材等曲率滚弯分析模型进行计算。将计算完成的型材等曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的型材数模；

步骤2、提取所要加工的型材数模的一条边沿线作为特征曲线，进行曲率半径分析，其中综合考虑曲率及长度后将型材数模特征曲线平均分成n段，再对该重构型材数模按照步骤4）进行特征曲线曲率半径分析，得到该左右辊轮位移量下对应的曲率半径值及回弹量；

步骤3、将分成的n段单独计算，滚弯过程按时间进程分为20帧，计算分成的型材段每帧滚弯值，从某一帧开始曲率半径值稳定在一个小范围浮动，用稳定值的平均数减去稳定前一帧的曲率半径得到这段型材的回弹量；不断改变左右辊轮位移量，，从而得到不同左右辊轮位移量下对应的曲率半径值即等曲率滚弯规律，以及每段不同的回弹量；

步骤4、回弹补偿算法：变曲率滚弯前的半径R’ = 定曲率滚弯后的半径R －回弹量ΔR（即R’=R+ΔR）将得到的变曲率滚弯前的半径R’值带入左右滚轮抬升量中找到半径R’所对应的左右滚轮抬升量，记录并将抬升量数值带入到变曲率模拟计算中。

实施例：

一种型材滚弯动态回弹有限元分析方法，以U型材数模为研究对象包括以下步骤：

步骤1、以图1的U型材为数模进行滚弯动态回弹有限元分析，分析四轴辊弯机运动关系及几何结构如图3所示，四轴辊弯机包括上辊轮、下辊轮、左辊轮、右辊轮；在有限元分析软件中建立辊轮与型材毛坯的数学模型并进行装配，设置左右辊轮初始位移量；

步骤2、建立型材等曲率滚弯分析模型，进行网格划分，接触条件定义，型材截面图如图2 ，对型材等曲率滚弯分析模型进行计算。将计算完成的型材等曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的型材数模；

步骤3、提取所要加工的型材数模的一条边沿线作为特征曲线，进行曲率半径分析，其中综合考虑曲率及长度后将型材数模特征曲线平均分成n段，再对该重构型材数模按照步骤4）进行特征曲线曲率半径分析，得到该左右辊轮位移量下对应的曲率半径值及回弹量；

步骤4、将分成的n段单独计算，滚弯过程分为20帧，计算分成的型材段每帧滚弯值，图4至图7为有限元不同帧数的曲率半径分析过程，从某一帧开始曲率半径值稳定在一个小范围浮动，用稳定值的平均数减去稳定前一帧的曲率半径得到这段型材的回弹量，图8为某段等分段型材每帧的曲率半径值，图9为等分段型材曲率半径随帧数变化趋势图；

步骤5、不断改变左右辊轮位移量，重复步骤3)，从而得到不同左右辊轮位移量下对应的曲率半径值即等曲率滚弯规律，以及每段不同的回弹量；

步骤6、回弹补偿算法：变曲率滚弯前的半径R’ = 定曲率滚弯后的半径R －回弹量ΔR（即R’=R+ΔR）；

步骤7、将得到的变曲率滚弯前的半径R’值带入左右辊轮抬升量中找到半径R’所对应的左右辊轮抬升量，记录并将抬升量数值带入到变曲率模拟计算中。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种型材滚弯动态回弹有限元分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、分析四轴辊弯机运动关系及几何结构，该四轴辊弯机包括上辊轮、下辊轮、左辊轮、右辊轮；在有限元分析软件中建立辊轮与型材毛坯的数学模型并进行装配，设置左右辊轮初始位移量；

步骤2、建立型材等曲率滚弯分析模型，进行网格划分，接触条件定义，对型材等曲率滚弯分析模型进行计算；将计算完成的型材等曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的型材数模；

步骤3、提取所要加工的型材数模的一条边沿线作为特征曲线，进行曲率半径分析，其中综合考虑曲率及长度后将型材数模特征曲线平均分成n段，再对该重构型材数模按照步骤4进行特征曲线曲率半径分析，得到该左右辊轮位移量下对应的曲率半径值及回弹量；

步骤4、将分成的n段单独计算，滚弯过程按时间进程分为20帧，计算分成的型材段每帧滚弯值，从某一帧开始曲率半径值稳定在一个小范围浮动，用稳定值的平均数减去稳定前一帧的曲率半径得到这段型材的回弹量；

步骤5、不断改变左右辊轮位移量，重复步骤3，从而得到不同左右辊轮位移量下对应的曲率半径值即等曲率滚弯规律，以及每段不同的回弹量；

步骤6、回弹补偿算法：变曲率滚弯前的半径 = 定曲率滚弯后的半径R －回弹量ΔR，即R’=R+ΔR；

步骤7、将得到的变曲率滚弯前的半径R’值带入左右滚轮抬升量中找到半径R’所对应的左右辊轮抬升量，记录并将抬升量数值带入到变曲率模拟计算中。