CN110883153B - 一种管材复合柔性弯曲成形方法 - Google Patents
一种管材复合柔性弯曲成形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110883153B CN110883153B CN201911290312.XA CN201911290312A CN110883153B CN 110883153 B CN110883153 B CN 110883153B CN 201911290312 A CN201911290312 A CN 201911290312A CN 110883153 B CN110883153 B CN 110883153B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bending
- bending radius
- section
- pipe
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 title claims abstract description 169
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000013433 optimization analysis Methods 0.000 claims description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
Claims (6)
1.一种管材复合柔性弯曲成形方法，其特征在于，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小弯曲半径段和大弯曲半径段，两种弯曲半径的过渡位置即为不同弯曲参数的结合点；当R/D0≤3时为小弯曲半径段，R/D0＞3时为大弯曲半径段；通过三维自由弯曲技术成形大弯曲半径段；通过数控绕弯技术成形小弯曲半径段；
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，三维自由弯曲成形时
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；D0为金属管材最初的外直径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：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。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911290312.XA CN110883153B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种管材复合柔性弯曲成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911290312.XA CN110883153B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种管材复合柔性弯曲成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110883153A CN110883153A (zh) | 2020-03-17 |
| CN110883153B true CN110883153B (zh) | 2021-02-23 |
Family
ID=69752013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911290312.XA Active CN110883153B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种管材复合柔性弯曲成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110883153B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113742894B (zh) * | 2021-08-09 | 2023-10-03 | 南京工业大学 | 基于自由弯曲技术的双过渡段协同运动精确成形优化方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3368377A (en) * | 1965-09-17 | 1968-02-13 | Hirayama Atsuo | Methods of bending electrically conductive long materials such as bar, rod, and pipe, and means therefor |
| CN2937117Y (zh) * | 2006-08-15 | 2007-08-22 | 广东福迪汽车有限公司 | 车门玻璃导轨三维数控拉弯机 |
| CN106270059B (zh) * | 2016-11-08 | 2018-08-14 | 南京航空航天大学 | 一种金属复杂构件3d自由弯曲成形工艺优化方法 |
| CN107931383B (zh) * | 2017-11-30 | 2024-03-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备 |
| JP7154845B2 (ja) * | 2018-07-02 | 2022-10-18 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 粒子線検査装置、粒子線検査容器、粒子線検査方法 |
-
2019
- 2019-12-16 CN CN201911290312.XA patent/CN110883153B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110883153A (zh) | 2020-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | Advances and trends on tube bending forming technologies | |
| Guo et al. | Simulation and experimental research of the free bending process of a spatial tube | |
| Wong et al. | A review of spinning, shear forming and flow forming processes | |
| CN106270059B (zh) | 一种金属复杂构件3d自由弯曲成形工艺优化方法 | |
| CN102527848B (zh) | 大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法 | |
| Wong et al. | Effects of roller path and geometry on the flow forming of solid cylindrical components | |
| CN106270052B (zh) | 大弯曲半径薄壁导管推弯成形方法及装置 | |
| CN101537447B (zh) | 可实现相对弯曲半径Rb≤0.5的管材充液剪切弯曲成形方法 | |
| Guo et al. | Free-bending process characteristics and forming process design of copper tubular components | |
| CN103272901B (zh) | 一种导管实样取制方法 | |
| CN104607512B (zh) | 一种高精度大管径小弯径比的大角度管道的弯曲成形方法 | |
| CN103861987B (zh) | 空心轴旋锻模具的设计方法 | |
| CN110883153B (zh) | 一种管材复合柔性弯曲成形方法 | |
| CN102151709A (zh) | 一种双凸模差速挤压成型平面任意弯曲管件的方法 | |
| CN105583252A (zh) | 轴线连续弯曲异形管件充液成形方法 | |
| CN104550289A (zh) | 多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的方法 | |
| Lăzărescu | Effect of internal fluid pressure on quality of aluminum alloy tube in rotary draw bending | |
| CN108941243B (zh) | 一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法 | |
| Lee et al. | Die shape design of tube drawing process using FE analysis and optimization method | |
| WO2021103290A1 (zh) | 一种连续自由弯曲精确成形方法 | |
| CN108723142B (zh) | 一种空间无直段复杂弯曲空心构件的柔性成形方法 | |
| CN103484642B (zh) | 一种研究制管变形对管线钢氢致开裂性能影响的方法 | |
| CN110778803A (zh) | 一种薄壁高精度钛合金无缝方矩形管及其制造方法和应用 | |
| CN114260327A (zh) | 径向连续挤压制备轴向变截面管材的方法 | |
| CN110837711A (zh) | 一种基于三维自由弯曲技术的过渡段优化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |