CN113414259B - 一种大尺寸多层复合材料空心管空间s弯防褶皱工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,其技术方案要点是:包括以下步骤:S01、开展弯曲成型仿真模拟,确定弯曲成型的预弯角和弯曲成型模具的轮模半径;S02、根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验;S03、选择一根直段复合材料空心管导体,在空心管的不锈钢铠甲外侧衬垫2片一定厚度的较软的半圆柱型铜垫片以调整不锈钢铠甲外侧的局部接触应力,在铜垫片的外侧衬垫2片一定厚度的不锈钢护套以调整复合空心管的局部弯曲应力;S04、将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照所述S02中的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧;本成型工艺具有避免成型褶皱、可适用于复杂结构、复合材料弯曲成型等优点。
Description
技术领域
本发明涉及空心管加工方法,特别涉及一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺。
背景技术
复合材料空心管采用三层结构,内层结构为具有良好导电、导热性能的金属材料,中间层为具有良好的绝缘和抗辐射性能的绝非金属材料,外层为高强度不锈钢金属材料。鉴于上述优点,复合材料空心管在高温、强磁场、大电流、强辐照环境下作为载流线圈被广泛应用。
为了保证载流线圈能够传输大电流、强磁场并具有绝缘和抗辐照性能,载流线圈往往包含多层、多匝,层和层之间,匝和匝之间通常采用S弯进行过渡(如图1所示),由于S弯的尺寸较短且为三维空间结构,其弯曲难度远大于平面U型弯和O型弯,此外,由于复合材料空心管为三层结构,各层材料的力学性能不同,不宜采用推弯成型。采用比较成熟的滚弯、压弯、绕弯等成型工艺成型复合空心管的S弯时会外层不锈钢管子会出现局部褶皱,通过设计安装防皱模、辅助加热成型、添加弯曲护套等措施都无法解决S型复合空心管在弯曲成型时的局部褶皱问题。
发明内容
针对背景技术中提到的问题,本发明的目的是提供一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,包括以下步骤:
S01、开展弯曲成型仿真模拟,确定弯曲成型的预弯角和弯曲成型模具的轮模半径;
S02、根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验;
S03、选择一根直段复合材料空心管导体,在空心管的不锈钢铠甲外侧衬垫2片一定厚度的较软的半圆柱型铜垫片以调整不锈钢铠甲外侧的局部接触应力,在铜垫片的外侧衬垫2片一定厚度的不锈钢护套以调整复合空心管的局部弯曲应力;
S04、将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照所述S02中的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧;
S05、将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持一段时间后卸掉成型轮模上的压力;
S06、重复所述S04和所述S05成型S弯导体的第二段圆弧。
较佳的,所述S01中开展弯曲成型仿真模拟采用的是基于 Ansys-workbench仿真平台。
较佳的,所述S02中根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验时,测量弯曲成型角和弯曲半径,比较弯曲结果与导体S弯设计半径、设计成型角的偏差,并微修轮模半径和微调预弯角以抵偿导体的弯曲回弹,从而使得弯曲结果满足设计要求。
较佳的,所述S03衬垫的半圆柱型铜垫片和不锈钢护套的厚度至少大于 1mm,衬垫的不锈钢护套的维氏硬度≥200HV。
较佳的,所述S05将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持至少2min后卸掉成型轮模上的压力。
较佳的,所述S04将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照所述S02中的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧时,采用的夹持模包括丝杠和套筒,所述套筒螺纹连接在所述丝杠的外部,采用的轮模为熨斗状,在推进所述轮模时采用助推模辅助推进。
较佳的,所述S02中的压弯实验包括导体安装、预弯角设置、弯曲成型、成型参数检测,当成型参数检测为合格时进行所述S03,当成型参数检测为不合适时,进行弯曲成型参数修正,之后再次进行成型参数检测。
较佳的,所述S06之后利用抛光处理,抛光时选择60#的磨料并用抛光机进行抛光,抛光之后利用TR200手持式检测仪进行粗糙度检测。
综上所述,本发明主要具有以下有益效果:
一、目前尚未见多层复合空心管弯曲成型时的防皱工艺报导,本发明提出了一种复合材料空心管的防皱成型工艺,进一步完善和提升了管材的绕制成型技术,扩大了成型技术的应用范围,拓宽了成型技术的内涵和外延,相对于常规的成型技术,本成型工艺具有避免成型褶皱、可适用于复杂结构、复合材料弯曲成型等优点;
二、本发明首先设计制造适用于高强度大尺寸、多层力学性能不同的复合材料的空心管弯曲力学性能不同的成型模具,然后将空心管安装于成型模具,并在空心管的外层对称衬垫两套半圆柱型金属垫片分别用于调整复合空心管的表面接触强度和局部弯曲强度,根据空心管弯曲成型有限元仿真模拟获得的预弯角分别弯曲S型空心管的圆弧R1和R2,最后检测空心管压弯回弹后的成型半径是否满足设计要求,以及空心管的内外侧是否存在弯曲褶皱,若存在弯曲褶皱,则更换硬度较低的金属垫片材料重新进行弯曲成型,若弯曲成型半径不满足设计要求,则进行二次弯曲成型并将空心管在模具中保持一段时间。本发明成功解决了多层复合空心管的弯曲褶皱问题,有助于保证空心管承载时的局部强度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的流程框图之一;
图2是本发明的实施原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1和图2,一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,包括以下步骤:
S01、开展弯曲成型仿真模拟,确定弯曲成型的预弯角和弯曲成型模具的轮模半径;
S02、根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验;
S03、选择一根直段复合材料空心管导体,在空心管的不锈钢铠甲外侧衬垫2片一定厚度的较软的半圆柱型铜垫片以调整不锈钢铠甲外侧的局部接触应力,在铜垫片的外侧衬垫2片一定厚度的不锈钢护套以调整复合空心管的局部弯曲应力;
S04、将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照 S02中的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧;
S05、将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持一段时间后卸掉成型轮模上的压力;
S06、重复S04和S05成型S弯导体的第二段圆弧。
其中,目前尚未见多层复合空心管弯曲成型时的防皱工艺报导,本发明提出了一种复合材料空心管的防皱成型工艺,进一步完善和提升了管材的绕制成型技术,扩大了成型技术的应用范围,拓宽了成型技术的内涵和外延,相对于常规的成型技术,本成型工艺具有避免成型褶皱、可适用于复杂结构、复合材料弯曲成型等优点;
其中,本发明首先设计制造适用于高强度大尺寸、多层力学性能不同的复合材料的空心管弯曲力学性能不同的成型模具,然后将空心管安装于成型模具,并在空心管的外层对称衬垫两套半圆柱型金属垫片分别用于调整复合空心管的表面接触强度和局部弯曲强度,根据空心管弯曲成型有限元仿真模拟获得的预弯角分别弯曲S型空心管的圆弧R1和R2,最后检测空心管压弯回弹后的成型半径是否满足设计要求,以及空心管的内外侧是否存在弯曲褶皱,若存在弯曲褶皱,则更换硬度较低的金属垫片材料重新进行弯曲成型,若弯曲成型半径不满足设计要求,则进行二次弯曲成型并将空心管在模具中保持一段时间。本发明成功解决了多层复合空心管的弯曲褶皱问题,有助于保证空心管承载时的局部强度和稳定性。
其中,S01中开展弯曲成型仿真模拟采用的是基于Ansys-workbench仿真平台,Ansys-workbench仿真平台是新一代的多物理场仿真平台,内置LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序,尤其适合于仿真高速碰撞,爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题,其操作方法如下:
总体上说,操作过程分为三步:
(1)在ANSYSWORKBENCH中为LS-DYNA准备输入文件*.k。
(2)使用ANSYSAPDLPRODUCTLANCHER来调用LS-DYNA求解器求解。
(3)使用LS-PREPOST进行后处理。
其中,S02中根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验时,测量弯曲成型角和弯曲半径,比较弯曲结果与导体S 弯设计半径、设计成型角的偏差,并微修轮模半径和微调预弯角以抵偿导体的弯曲回弹,从而使得弯曲结果满足设计要求。
其中,S03衬垫的半圆柱型铜垫片和不锈钢护套的厚度至少大于1mm,衬垫的不锈钢护套的维氏硬度≥200HV。
其中,S05将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持至少2min后卸掉成型轮模上的压力。
其中,S04将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照S02中的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧时,采用的夹持模包括丝杠和套筒,套筒螺纹连接在丝杠的外部,采用的轮模为熨斗状,在推进轮模时采用助推模辅助推进。
其中,S02中的压弯实验包括导体安装、预弯角设置、弯曲成型、成型参数检测,当成型参数检测为合格时进行S03,当成型参数检测为不合适时,进行弯曲成型参数修正,之后再次进行成型参数检测。
其中,S06之后利用抛光处理,抛光时选择60#的磨料并用抛光机进行抛光,抛光之后利用TR200手持式检测仪进行粗糙度检测。
其中,管材在弯曲时需要对其弯曲角、半径等进行计算时,会有回弹,在计算时需要考虑弯曲回弹问题,处理方法有:
根据经验列出回弹数据表。如最近国内几家船厂从美国WALLACECOAST公司购进的数控弯管机即是在控制系统中设置经验数据供回弹补偿使用。但因该方法误差较大,故数控弯管机的弯管成形精度并不理想;
用理论计算方法。由于弯管时受力情况非常复杂,计算时需作假设和简化, 且材料性质和实际工况难以预计,所以,目前尚未发现有关回弹理论计算公式在实际使用中成功的先例,尚有待进一步探讨;
在飞机、汽车制造业中,多年来一直采用以美国EATONLEONARD公司为代表使用的方法。该方法认为,虽然影响弯管回弹的因素很多,但是机床调整好后工艺参数(弯曲半径、弯曲速度、夹紧力等)已经确定,而且此时又是在弯制某批材料管子的情况下测定弯曲角度与回弹后的成形角关系,因而可以把弯管机臂的转角和管子的成形角看成线性关系。其办法是在弯管机上按125°、 22°弯曲管子,管子弯好后放在数控管形测量机上测出其实际成形角为 120°、20°,建立过两点的直线方程便可获得弯管机臂的转角与管子所需成形角之间的关系。该方法使用效果较好;
管子弯曲回弹后成形半径问题的处理方法如下:
管材弯曲回弹后,其成形半径R′较模具半径R变大,这样就会引起管子切点的变化。因此,弯管机弯管时应考虑由此引起的起弯点的变化。以 EATONLEONARD公司为代表使用的方法是,利用数控管形测量机测出回弹的有关参数,再用计算公式计算出回弹后的成形半径,并使用此计算半径对起弯点进行修正。我们曾使用该公式处理起弯点,发现在弯曲小规格(如<3以下)的管子时,误差虽然较大,但尚可使用;在弯曲较大规格的管子时,(021-57590225) 误差就特别大,使用效果不好。其同样是由于弯管时情况非常复杂以及材料性质和实际工况难以预计等原因,致使成形半径的理论计算公式难以满足实际需要造成的;
如果起弯点处理不好,则弯管成形精度难以保证,实施无余量弯管工艺时就会发生困难。为了解决这个问题,应该使用现代化测量仪器。以某台弯管机为对象,实际测出所求某批管材弯曲回弹后的成形半径,以作为工艺上处理起弯点的依据;
目前多使用智能弯管测量仪测取回弹、伸长和成形半径的方法:
智能弯管测量仪主要是根据上述弯管原理,专门为数控弯管机研制的配套使用仪器。仪器组成有测量装置(包括测量机构、角度传感器)、微机系统(包括微机、接口板)。仪器精度较高,角度为011°,长度为0125mm。
其中在控制回弹时,用屈服极限小、弹性模量大的材料作为弯曲件,可获得较高的弯曲质量。此外,坯料的厚度公差大小,表面质量的优劣和平面度的好坏,都对弯曲回弹有较大的影响。对弯曲精度要求高的工件,也要对坯料此方面的质量加以筛选。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,其特征在于:包括以下步骤:
S01、开展弯曲成型仿真模拟,确定弯曲成型的预弯角和弯曲成型模具的轮模半径;
S02、根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验;
S03、选择一根直段复合材料空心管导体,在空心管的不锈钢铠甲外侧衬垫2片一定厚度的较软的半圆柱型铜垫片以调整不锈钢铠甲外侧的局部接触应力,在铜垫片的外侧衬垫2片一定厚度的不锈钢护套以调整复合空心管的局部弯曲应力;
S04、将安装垫片和护套后的空心管导体装入压弯模具的夹持模,并按照所述S02得到的预弯角对轮模施加压力成型S弯导体的第一段圆弧;
S05、将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持一段时间后卸掉成型轮模上的压力;
S06、重复所述S04和所述S05成型S弯导体的第二段圆弧;
所述S01中开展弯曲成型仿真模拟采用的是基于Ansys-workbench仿真平台;
所述S02中根据仿真结果获得的预弯角和轮模半径开展复合材料空心管导体的弯曲成型试验时,测量弯曲成型角和弯曲半径,比较弯曲结果与导体S弯设计半径、设计成型角的偏差,并微修轮模半径和微调预弯角以抵偿导体的弯曲回弹,从而使得弯曲结果满足设计要求;
所述S03衬垫的半圆柱型铜垫片和不锈钢护套的厚度至少大于1mm,衬垫的不锈钢护套的维氏硬度≥200HV;
所述S05将导体压弯至设计的弯曲半径和圆心角以后,将导体在压弯模具中保持至少2min后卸掉成型轮模上的压力。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,其特征在于:所述S02中的弯曲成型试验包括导体安装、预弯角设置、弯曲成型、成型参数检测,当成型参数检测为合格时进行所述S03,当成型参数检测为不合适时,进行弯曲成型参数修正,之后再进行成型参数检测。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸多层复合材料空心管空间S弯防褶皱工艺,其特征在于:所述S06之后利用抛光处理,抛光时选择60#的磨料并用抛光机进行抛光,抛光之后利用TR200手持式检测仪进行粗糙度检测。
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CN113414259A (zh) | 2021-09-21 |
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