CN113787108B - 一种弯管的制造方法及系统 - Google Patents

一种弯管的制造方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113787108B
CN113787108B CN202111000929.0A CN202111000929A CN113787108B CN 113787108 B CN113787108 B CN 113787108B CN 202111000929 A CN202111000929 A CN 202111000929A CN 113787108 B CN113787108 B CN 113787108B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bent pipe
precision
manufacturing
value
stamping
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
Application number
CN202111000929.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113787108A (zh
Inventor
宋燕利
董翔
路珏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN202111000929.0A priority Critical patent/CN113787108B/zh
Publication of CN113787108A publication Critical patent/CN113787108A/zh
Priority to JP2022136695A priority patent/JP7179394B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of CN113787108B publication Critical patent/CN113787108B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种弯管的制造方法及系统，该方法包括：对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；根据所述原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；将所述原始坯料冲压成弯管预制件；对所述弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。本发明提供了一种集成冲压和焊接的薄壁弯管的短流程制造方法及系统，并构建多工序成形下的精度调控模型，通过对工艺参数的优化实现薄壁弯管的高精度制造，减少残余应力和变形，提高产品合格率，降低生产成本。

Description

一种弯管的制造方法及系统
技术领域
本发明涉及弯管制造技术领域，尤其涉及一种弯管的制造方法及系统。
背景技术
近年来，进/排气管、油管等薄壁弯管作为输送液体与气体所必备的零件，在汽车、高铁、机械装备等领域用量激增。由于薄壁弯管工作环境往往十分恶劣，需要具有耐腐蚀性、耐高温等性能，很多场合无缝钢管很难满足上述使用要求。
为此，很多弯管是通过板状坯料进行卷圆工艺形成直筒圆柱形，然后采用折弯、压弯等成形，再通过焊接形成封闭管件。由于管道型面复杂、非规则对称，采用该种制造工艺对薄壁弯管的制造精度要求很高。
弯管在冲压过程中发生了拉深、弯曲及其复合变形，板料流动情况较为复杂，容易出现叠料、起皱和开裂等缺陷。应根据其外形特征尺寸等要求，选择合适的材料并设计精准的坯料轮廓，针对局部位置，进行模面的优化，以保证减少缺陷的产生，提高其最终的成形质量。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种弯管的制造方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术中弯管在冲压过程中出现叠料、起皱和开裂的问题。
为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种弯管的制造方法，包括：
对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
根据原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
将原始坯料冲压成弯管预制件；
对弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
优选的，将原始坯料冲压成弯管预制件，包括拉延过程和卷圆过程，拉延过程具体为：将原始坯料加压合模，形成纵向中部弯曲的预设形状弯管；卷圆过程具体为：将预设形状弯管两侧向中间弯曲，形成带有一条缝隙的弯管预制件。
优选的，将原始坯料冲压成弯管预制件时，包括对弯管预制件的精度进行控制，具体包括：
在弯管上选取关键测量点，获取关键测量点处的冲压回弹值；
获取弯管预制件的工艺参数；
计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系；
根据关联关系，建立精度调控模型；
根据精度调控模型，对弯管精度进行控制。
优选的，获取弯管预制件的工艺参数之后，对工艺参数进行无量纲化处理。
优选的，计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系之后，还包括：计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值。
优选的，计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值之后，还包括：根据关联关系的平均值，筛选出具备特定关联度的工艺参数。
优选的，根据筛选出具备特定关联度的工艺参数，建立精度调控模型，具体为选用二次多项式形式建立精度调控模型，其表达式如下：
Figure BDA0003235587880000031
式中，
Figure BDA0003235587880000032
为回弹值，xi为工艺参数，β0、βi、βii、βij为待定系数。
优选的，根据精度调控模型，对弯管精度进行控制之前，包括：通过P值分析精度调控模型的显著性，通过决定系数R2计算精度调控模型的拟合度。
优选的，根据精度调控模型，计算最优工艺参数，具体包括：
通过精度调控模型的拟合度，构造求解最小回弹值的目标函数；
通过预设算法求解目标函数，计算最优工艺参数。
第二方面，本发明还提供了一种弯管的制造装置，包括：
分析模块，用于对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
制备模块，用于根据原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
冲压模块，用于将原始坯料冲压成弯管预制件；
焊接模块，用于对弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
采用上述实施例的有益效果是：本发明的弯管尺寸大、厚度薄，通过制备精准的坯料轮廓、在冲压过程中使用压边优化应力分布等方式来改善成形质量，采用模具冲压工艺生产，制造流程较简单，操作简便，生产效率高，成形精度高。并且在冲压过程中考虑到多工序成形条件下的误差叠加作用，建立以回弹量为评价指标的精度调控模型，实现对成形工艺参数的优化，减小产品最高的回弹值。
附图说明
图1为本发明提供的弯管制造方法的一实施例流程示意图；
图2为本发明提供的拉延过程的一实施例模具结构示意图；
图3为本发明提供的拉延过程的一实施例压边结构示意图；
图4为本发明提供的卷圆过程的一实施例模具结构示意图；
图5为本发明提供的弯管的精度控制的一实施例的流程示意图；
图6为本发明提供的弯管制造系统的一实施例的结构示意图；
其中，1-上托板 2-液压装置 3-上垫脚 4-上模座 5-压料板 6-下模座 7-下夹板8-压料板镶块 9-上垫脚(中) 10-油道 11-圆筒滑道 12-上模冲头 13-限位块 14-定位块15-垫板 16-成形凹模。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种弯管的制造方法及系统，以下分别进行说明。
请参阅图1，图1为本发明提供的弯管制造方法的一实施例流程示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种弯管的制造方法，包括：
S1、对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
S2、根据原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
S3、将原始坯料冲压成弯管预制件；
S4、对弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
作为优选的实施例，该目标弯管以汽车排气尾管为例进行说明，在步骤S1中，首先根据实际需要对汽车排气尾管进行分析，确定所需要的原始板坯的材料选择不锈钢制品，外形轮廓尺寸根据实际需要控制，根据需要制造的汽车排气尾管的尺寸以及使用环境，为弯管制造做前序准备。
在步骤S2中，本发明的一个实施例，在制备原始板坯时，由于排气尾管的使用环境通常都是在高温，酸性等环境下工作，因此制备排气尾管的材料必须选择耐高温，耐酸性，可以理解的是，选择的材料可以是不锈钢、碳钢、铝合金薄板，本发明的实施例在此不做进一步限定。在制备原始板坯时，选用对头直排的排料布局方式将加工所需形状的冲压件进行排料布局，有利于提高材料利用率、降低生产成本和保证工件的质量。
在步骤S3中，本发明的一个实施例，通过压力机将坯料冲压成带有一条均匀缝隙的汽车排气尾管，可以理解的是，压力装置可以为气动压力机、螺旋压力机、曲柄压力机，本发明的实施例中不对压力机的具体类型做进一步限制，只需要其能够满足使用要求，将坯料冲压成带有一条均匀缝隙的汽车排气尾管即可。薄壁构件成形通常是多工序制造流程，每当构件从模具上取下时，内部残余应力会得到释放，产生回弹，是影响成形精度的主要因素，需要对弯管预制件的精度进行控制，以达到实际使用的需要。
在步骤S4中，冲压过程会产生一些缝隙，对留出的缝隙进行焊接，使其形成环向连续封闭的汽车排气尾管。汽车排气尾管中存在缝隙会降低汽车排气尾管的使用寿命，严重时还会产生安全问题，通过焊接工艺消除汽车排气尾管制备中产生的缝隙。焊接方法采用钨极氩弧焊(Tig焊)，根据下面公式可计算热输入量：
Figure BDA0003235587880000061
式中，I为焊接电流，单位为A；U为电弧电压，单位为V；η为热效率系数；V为焊接速度，单位为mm/s；E为焊接热输入量，单位为J/cm。为了减少焊接热影响区对焊后板材性能的影响，需要在保证焊透的前提下，尽量使其熔池宽深比较小。
与现有技术相比，本发明的弯管尺寸大、厚度薄，通过制备精准的坯料轮廓、使用压边优化应力分布等方式来改善成形质量，采用模具冲压工艺生产，制造流程较简单，操作简便，生产效率高，成形精度高。考虑到多工序成形条件下的误差叠加作用，建立以回弹量为评价指标的精度调控模型，实现对成形工艺参数的优化，减小产品最高的回弹值。
请参阅图2，图3以及图4，图2为本发明提供的拉延过程的一实施例模具结构示意图，图3为本发明提供的拉延过程的一实施例压边结构示意图，图4为本发明提供的卷圆过程的一实施例模具结构示意图，在本发明的一些实施例中，将原始坯料冲压成弯管预制件，包括拉延过程和卷圆过程，拉延过程具体为：将原始坯料加压合模，形成纵向中部弯曲的预设形状弯管；卷圆过程具体为：将预设形状弯管两侧向中间弯曲，形成带有一条缝隙的弯管预制件。
在上述实施例中，原始坯料通过拉延过程和卷圆过程形成弯管预制件，拉延过程首先对原始坯料进行定位后，然后操作压力机的滑块下行，推动上模座4同时下行，带动压料板镶块8，将坯料压入下夹板7内的成形凹模的模腔中，合模，形成纵向中部弯曲的预设形状弯管，在本发明的实施例中，预设形状为U形，通过拉延过程形成U型件，在此过程中要保证坯料流动均匀，防止起皱和破裂，在拉延过程形成U型件的过程中，端部存在应力集中现象，将冲压角度适当的调整5-15°进行改善，提高成形质量。卷圆过程将U型件放入凹模16模腔内，圆筒柱体沿着滑道11从左右两端伸出，压在U型件的上表面，进行定位，上模冲头12下行，使U型件两侧压在圆筒柱体上，形成带有一条均匀缝隙的排气尾管，完成了预制件的制造。
在弯管制造过程中，回弹作为冲压成形中不可避免的现象，是影响成形精度的主要因素，并且薄壁构件成形通常是多工序制造流程，每当构件从模具上取下时，内部残余应力会得到释放，产生回弹，即每个工序均会对最终构件的回弹值有不同的贡献。本发明的弯管制造方法，在冲压过程中还加入了对弯管的精度进行控制，减小冲压回弹值，提高弯管的制造精度。
请参阅图5，图5为本发明提供的弯管的精度控制的一实施例的流程示意图，在本发明的一些实施例中，将原始坯料冲压成弯管预制件时，包括对弯管预制件的精度进行控制，具体包括：
S501、在弯管上选取关键测量点，获取关键测量点处的冲压回弹值；
S502、获取弯管预制件的工艺参数；
S503、计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系；
S504、根据关联关系，建立精度调控模型；
S505、根据精度调控模型，对弯管精度进行控制。
在步骤S501中，通过坯料展开，获得排气尾管坯料的轮廓尺寸，在上面选取15个关键测量点，获得成形之后该15个关键测量点的冲压回弹值，计算出关键测量点的均方根回弹值作为评价指标，关键测量点须选择坯料上回弹大的地方，这些关键测量点的回弹值更具有参考意义。
在步骤S502中，冲压过程中会不可避免的出现回弹现象，回弹是影响成形精度的主要因素，获取弯管预制件的工艺参数，可以建立工艺参数和冲压回弹值的关联关系，有利于分析不同工艺参数对冲压回弹值的影响。
在步骤S503中，拉延过程的工艺参数有压边力F1、摩擦系数μ1、模具间隙d1和冲压速度v1，卷圆过程的工艺参数有圆筒压力F2、摩擦系数μ2、模具间隙d2和冲压速度v2，合理的工艺参数对最终成形效果影响较大，由于工艺参数数量较多，为了提高成形精度，通过计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系可以知道哪些工艺参数对冲压回弹值产生重要影响，该关联关系为计算灰色关联系数序列，通过灰色关联分析法对筛选出与评价指标关联度较大的工艺参数。计算回弹值与工艺参数之间的灰色关联系数序列，具体为：
Figure BDA0003235587880000081
式中，x0(k)为工艺参数对应的目标理想值的参考数据列；ζi(k)为第i次试验中第k个响应的灰色关联系数；ρ为分辨系数，可以选择0-1之间的合适数值，为了避免关联系数失真，本发明的实施例取0.5。x0(k)通过计算得出，为固定值。
在步骤S504中，根据计算出的回弹值与工艺参数之间的灰色关联系数序列，筛选出与评价指标关联度较大的工艺参数，根据这些参数，采用响应面法建立评价指标与各工序关键工艺参数之间的多工序精度调控模型，该方法对于解决多变量的非线性问题时具有较高的可靠性。
在步骤S505中，通过建立好的精度调控模型，进一步计算工艺参数的最优值，然后将汽车排气尾管的工艺参数设置为最优值，实现对成形工艺参数的优化，减小产品最高的回弹值，从而实现了对弯管精度进行控制。
在本发明的一些实施例中，获取弯管预制件的工艺参数之后，对工艺参数进行无量纲化处理。
在上述实施例中，无量纲化处理具体为：
Figure BDA0003235587880000091
式中，x′i(k)为工艺参数对应的原始数据序列，m为工艺参数对应的原始数据的数量。从关键测量点初步获取的工艺参数物理意义各不相同，通过无量纲化处理，可以将工艺参数统一进行计算，在本发明的实施例中，采用均值法，实现对工艺参数的无量纲化处理。
在本发明的一些实施例中，计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系之后，还包括：计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值。
在上述实施例中，计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值，即为冲压回弹值与工艺参数的灰色关联度的平均值，记作：
Figure BDA0003235587880000092
式中，m为工艺参数对应的原始数据的数量，ζi(k)为第i次试验中第k个响应的灰色关联系数，r0i为冲压回弹值与工艺参数的灰色关联度的平均值。采集的关键测量点的工艺参数具有多组数据，每一组数据对弯管的影响略有偏出，在计算出弯管的回弹值与关键测量点的工艺参数之间的灰色关联系数序列之后，进一步计算每一工艺参数的灰色关联度的平均值，通过该值筛选出对弯管的回弹值起关键作用的工艺参数。
在本发明的一些实施例中，计算冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值之后，还包括：根据关联关系的平均值，筛选出具备特定关联度的工艺参数。
在上述实施例中，多组工艺参数的灰色关联度的平均值可以反应该工艺参数对冲压回弹值的影响，其计算结果越大表示关联性越强，即对冲压回弹值的影响越大，对于灰色关联度的平均值小的工艺参数，不需要考虑它们对冲压回弹值的影响，因此舍去，本发明的实施例筛选灰色关联度的平均值大于0.7的工艺参数。
在本发明的一些实施例中，根据筛选出具备特定关联度的工艺参数，建立精度调控模型，具体为选用二次多项式形式建立精度调控模型，其表达式如下：
Figure BDA0003235587880000101
式中，
Figure BDA0003235587880000102
为回弹值，xi为工艺参数，β0、βi、βii、βij为待定系数。
在上述实施例中，采用响应面法建立评价指标与各工序关键工艺参数之间的多工序精度调控模型，该方法对于解决多变量的非线性问题时具有较高的可靠性。模型的构建既要在能描述真实函数的前提下尽可能简单，也要设计尽可能少的待定系数以减少数值分析的工作量，根据工程经验，选用二次多项式形式。
在本发明的一些实施例中，根据精度调控模型，对弯管精度进行控制之前，包括：通过P值分析精度调控模型的显著性，通过决定系数R2计算精度调控模型的拟合度。
在上述实施例中，对建立的精度调控模型进行方差分析，通过P值分析精度调控模型的显著性，通过决定系数R2分析拟合的好坏程度，保证模型能较好的反映因素变量与目标函数之间的关系，具有较高的预测准确度，通过方差分析可以得到拟合度高的精度调控模型，具体计算过程为现有技术，在此不做赘述。
在本发明的一些实施例中，根据精度调控模型，计算最优工艺参数，具体包括：
通过精度调控模型的拟合度，构造求解最小回弹值的目标函数；
通过预设算法求解目标函数，计算最优工艺参数。
在上述实施例中，选择拟合度高的精度调控模型，为了满足焊接工序的要求，应使成形结束后其值尽可能的小，降低因精度误差导致焊接缺陷产生的概率，因此构建目标函数求解最小的回弹值，之后通过预设算法求解该目标函数，在本发明的实施例中，预设算法为遗传算法，通过使用遗传算法进行选择-交叉-变异操作，求得最优解，即获得各工序最优的工艺参数，实现对弯管成形精度的调控。
选择操作：第i个个体被选中的概率pi计算公式为
Figure BDA0003235587880000111
式中Fi为个体i的适应度值，N为种群个体数目；
交叉操作：为了使染色体上的任一位置均可交叉重组，使用非一致算术交叉算子，表达式为
Figure BDA0003235587880000112
式中，mks和mls分别表示染色体mk和染色体ml的第s(s＝1、2、3)个位置，M为[0,1]之间的随机数；
变异操作：随机选择一个个体，并且随机的改变染色体上某个位置的值，采用如下变异公式进行变异操作
Figure BDA0003235587880000121
式中，mmax为mks的上界值，mmin为mks的下界值，g为当前进化的代数，Gmax为最大进化次数，r为[0,1]之间的随机数。
本发明提供对汽车排气尾管精度调控的一具体的实施例，拉延过程的工艺参数有压边力F1、摩擦系数μ1、模具间隙d1和冲压速度v1，卷圆过程的工艺参数有圆筒压力F2、摩擦系数μ2、模具间隙d2和冲压速度v2，合理的工艺参数对最终成形效果影响较大。
对工艺参数进行优化，减少回弹量，提高成形精度，由于参数过多，首先采用灰色关联分析法对筛选出与评价指标关联度较大的关键因素，进行多组试验，并通过上述计算过程对结果进行处理，其结果如表1所示。
表1各工艺参数的灰色关联度值
工艺参数 关联度 大小顺序
压边力F<sub>1</sub> 0.733 5
摩擦系数μ<sub>1</sub> 0.783 3
模具间隙d<sub>1</sub> 0.857 2
冲压速度v<sub>1</sub> 0.539 7
圆筒压力F<sub>2</sub> 0.600 6
摩擦系数μ<sub>2</sub> 0.763 4
模具间隙d<sub>2</sub> 0.950 1
冲压速度v<sub>2</sub> 0.538 8
拉延工序的压边力F1、摩擦系数μ1、模具间隙d1和卷圆工序的摩擦系数μ2、模具间隙d2与均方根回弹值的灰色关联度较大，均大于0.7，故选取这5个工艺参数为主要影响因素。
采用响应面法建立排气尾管多工序精度调控模型，以得到的压边力F1、摩擦系数μ1、模具间隙d1、摩擦系数μ2和模具间隙d2为因素变量，以测量点处的均方根回弹值为目标响应，设计各试验因素变量的取值水平表，如表2所示。
表2各试验因素变量取值水平表
Figure BDA0003235587880000131
采用Box-Behnken试验设计方法，在因素和水平数相同的条件下，该方法不存在轴向点，需要试验的次数较少，共设计44组不同的试验组合。
表3 Box-Behnken试验方案及结果
序号 F1/KN μ1 d1/mm μ2 d2/mm e/mm
1 40 0.13 1.1 0.13 1.2 1.3587
2 50 0.11 1.2 0.15 1.2 1.3463
3 40 0.13 1.3 0.13 1.2 1.394
4 50 0.13 1.2 0.11 1.1 1.2039
5 40 0.13 1.2 0.13 1.1 1.2417
… … … … … … …
43 50 0.13 1.3 0.11 1.2 1.3677
44 50 0.11 1.3 0.13 1.2 1.4089
根据试验结果，对均方根回弹值e与工艺参数进行二项式回归拟合，得到精度传递模型，如下所示：
e＝3.08508-0.040727F1-13.40198μ1-1.54619d1-2.44979μ2+0.47894+0.05675F1μ1+0.02085F1d1-0.083625F1μ2-0.0054F1d2-7.6375μ1d1+19.5μ1μ2+4.8375μ1d2-1.3d1μ2+0.510d1d2+4.9μ2d2+0.000246F1 2+46.34896μ1 2+0.59813d1 2-0.58854μ2 2-0.39354d2 2
对拟合的二项式模型进行方差分析，检验模型的可靠性。可以看出，模型的P<0.0001，模型具有较高的显著性，失拟项P值为0.2383，大于0.05，即失拟项不显著，能较好的反映因素变量与目标函数之间的关系。同时进行误差分析，得到决定系数R2＝0.9651，修正系数R2 adj＝0.9348，拟合效果较好，具有较高的预测准确度。
因此，需要在建立模型的基础上进行精度调控，构造的目标函数为Min(e)＝f(F1,μ1,d1,μ2,d2)，
约束条件为
40KN≤F1≤60KN
0.11≤μ1≤0.15
1.1mm≤d1≤1.3mm
0.11≤μ2≤0.15
1.1mm≤d2≤1.3mm
采用遗传算法对目标函数进行求解，其通过将各个参数编码化，然后进行选择、交叉、变异操作，最终求得最佳的工艺参数。设置遗传算法的种群规模为100，交叉概率为0.6，变异概率为0.01，经过300次迭代，得到当F1＝53KN，μ1＝0.12，d1＝1.1mm，μ2＝0.13，d2＝1.1mm时，排气尾管成形后的均方根回弹值最小，成形精度最高。
为了更好实施本发明实施例中的弯管的制造方法，在弯管的制造方法基础之上，对应的，请参阅图6，图6为本发明提供的弯管制造系统的一实施例的结构示意图，本发明实施例提供了一种弯管的制造系统600，包括：
分析模块601，用于对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
制备模块602，用于根据原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
冲压模块603，用于将原始坯料冲压成弯管预制件；
焊接模块604，用于对弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
其中，冲压模块603包括压力机，拉延模具以及卷圆模具。
本发明提供的弯管制造方法及系统，在弯管的制造过程中，在冲压过程中使用压边优化应力分布等方式来改善成形质量，采用模具冲压工艺生产，通过压力机将坯料冲压成带有一条均匀缝隙的汽车排气尾管，解决了弯管在冲压过程中出现叠料、起皱和开裂的问题，并且在冲压过程加入了精度控制，通过建立精度调控模型，提高了弯管制造的精度。
这里需要说明的是：上述实施例提供的系统600可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种弯管的制造方法，其特征在于，包括：
对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
根据所述原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
将所述原始坯料冲压成弯管预制件；包括拉延过程和卷圆过程；
所述拉延过程具体为：将所述原始坯料加压合模，形成纵向中部弯曲的预设形状弯管；
所述卷圆过程具体为：将所述预设形状弯管两侧向中间弯曲，形成带有一条缝隙的弯管预制件；
包括对所述弯管预制件的精度进行控制，具体包括：
在弯管上选取关键测量点，获取所述关键测量点处的冲压回弹值；
获取所述弯管预制件的工艺参数；
计算所述冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系；
根据所述关联关系，建立精度调控模型；
根据所述精度调控模型，对所述弯管精度进行控制;
对所述弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
2.根据权利要求1所述的弯管制造方法，其特征在于，所述获取所述弯管预制件的工艺参数之后，对所述工艺参数进行无量纲化处理。
3.根据权利要求1所述的弯管制造方法，其特征在于，所述计算所述冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系之后，还包括：计算所述冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值。
4.根据权利要求3所述的弯管制造方法，其特征在于，所述计算所述冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系的平均值之后，还包括：根据所述关联关系的平均值，筛选出具备特定关联度的工艺参数。
5.根据权利要求4所述的弯管制造方法，其特征在于，根据所述筛选出具备特定关联度的工艺参数，建立精度调控模型，具体为选用二次多项式形式建立精度调控模型，其表达式如下：
Figure 842702DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 503491DEST_PATH_IMAGE002
为回弹值，
Figure 521125DEST_PATH_IMAGE003
为工艺参数，
Figure 343588DEST_PATH_IMAGE004
为待定系数。
6.根据权利要求1所述的弯管制造方法，其特征在于，所述根据所述精度调控模型，对所述弯管精度进行控制之前，还包括：通过P值分析所述精度调控模型的显著性，通过决定系数R2计算所述精度调控模型的拟合度。
7.根据权利要求6所述的弯管制造方法，其特征在于，所述根据所述精度调控模型，计算最优工艺参数，具体包括：
通过所述精度调控模型的拟合度，构造求解最小回弹值的目标函数；
通过预设算法求解所述目标函数，计算最优工艺参数。
8.一种弯管的制造系统，其特征在于，包括：
分析模块，用于对目标弯管进行特征分析，确定原始板坯的材料和外形轮廓尺寸；
制备模块，用于根据所述原始板坯的材料和外形轮廓尺寸，制造并分离出原始坯料；
冲压模块，用于将所述原始坯料冲压成弯管预制件；包括拉延过程和卷圆过程；
所述拉延过程具体为：将所述原始坯料加压合模，形成纵向中部弯曲的预设形状弯管；
所述卷圆过程具体为：将所述预设形状弯管两侧向中间弯曲，形成带有一条缝隙的弯管预制件;
包括对所述弯管预制件的精度进行控制，具体包括：
在弯管上选取关键测量点，获取所述关键测量点处的冲压回弹值；
获取所述弯管预制件的工艺参数；
计算所述冲压回弹值与工艺参数之间的关联关系；
根据所述关联关系，建立精度调控模型；
根据所述精度调控模型，对所述弯管精度进行控制;
焊接模块，用于对所述弯管预制件进行焊接，形成环向连续封闭的弯管。
CN202111000929.0A 2021-08-30 2021-08-30 一种弯管的制造方法及系统 Active CN113787108B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111000929.0A CN113787108B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种弯管的制造方法及系统
JP2022136695A JP7179394B1 (ja) 2021-08-30 2022-08-30 エルボの製造方法及びシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111000929.0A CN113787108B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种弯管的制造方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113787108A CN113787108A (zh) 2021-12-14
CN113787108B true CN113787108B (zh) 2022-09-20

Family

ID=79182371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111000929.0A Active CN113787108B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种弯管的制造方法及系统

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7179394B1 (zh)
CN (1) CN113787108B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114406623B (zh) * 2022-02-28 2023-09-22 凯奇集团有限公司 一种不锈钢滑筒弯头的成型方法
CN116748352B (zh) * 2023-08-14 2023-11-07 江苏新恒基特种装备股份有限公司 一种金属弯管机加工参数监测控制方法、系统及存储介质
CN117548532B (zh) * 2024-01-11 2024-04-05 沈阳华铁异型材有限公司 一种铁包条折弯装置及其折弯方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58221615A (ja) * 1982-06-18 1983-12-23 Kawasaki Steel Corp 電縫鋼管の製造方法
JPH0259102A (ja) * 1988-08-24 1990-02-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 曲げ加工材の製造方法
JP3982887B2 (ja) * 1997-11-25 2007-09-26 Ｊｆｅスチール株式会社 角鋼管の製造方法
JP2001018081A (ja) * 1999-07-01 2001-01-23 Sumitomo Metal Ind Ltd レーザ溶接金属管の製造方法
KR20020074580A (ko) * 2001-03-20 2002-10-04 (주)동서엠.티 금속관체의 제조방법
JP5649226B2 (ja) * 2012-01-20 2015-01-07 株式会社ヒロテック 異径管の製造方法並びに異径管の製造装置
CN103894444B (zh) * 2014-03-06 2016-08-17 燕山大学 单焊缝弯头压制成形方法
JP6497172B2 (ja) * 2015-03-30 2019-04-10 新日鐵住金株式会社 金属加工装置及び金属部材の製造方法
CN111036723B (zh) * 2019-12-23 2021-03-09 宁波思明汽车科技股份有限公司 卷边式装饰尾管的生产工艺
CN112872118B (zh) * 2020-12-18 2023-12-12 内蒙古大学 大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺

Also Published As

Publication number Publication date
JP7179394B1 (ja) 2022-11-29
CN113787108A (zh) 2021-12-14
JP2023036009A (ja) 2023-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113787108B (zh) 一种弯管的制造方法及系统
WO2022009576A1 (ja) 鋼管の真円度予測方法、鋼管の真円度制御方法、鋼管の製造方法、鋼管の真円度予測モデルの生成方法、及び鋼管の真円度予測装置
Podder et al. Flow forming of thin-walled precision shells
CN113378433B (zh) 一种复合铝板成形工艺参数确定方法、装置、设备及介质
Wen On a new concept of rotary draw bend-die adaptable for bending tubes with multiple outer diameters under non-mandrel condition
KR20230022224A (ko) 강관의 진원도 예측 모델의 생성 방법, 강관의 진원도 예측 방법, 강관의 진원도 제어 방법, 강관의 제조 방법 및, 강관의 진원도 예측 장치
JP4866302B2 (ja) 鍛伸加工の工程設計システムと鍛伸加工方法
Han et al. Thickness improvement in non-homogeneous tube hydroforming of a rectangular component by contact sequence
CN114357804B (zh) 线材弯曲成形回弹补偿方法
Sariyarlioglu et al. Backward tube spinning mechanics
JP7407277B2 (ja) 金属管の製造方法と装置
CN112810203B (zh) 一种带折边大型锥形封头成型工艺及其寿命计算方法
CN113601111A (zh) 一种多开缝衬套的加工方法
CN111069363B (zh) 一种原位纳米增强高强韧钢的弯曲成形工艺实现方法
Li et al. Application of shaped tube as preform to eliminate the forming defects of ribbed tube in multi-pass drawing
Adenan et al. Chained simulation of the welding-forming process in analysing press force and geometrical deformation using non-linear numerical computation with experimental validation
CN113118351B (zh) 一种多通管件锻造方法
Chakraborty et al. Analysis and optimization of die geometry for forging dies in railway wheel manufacturing
El Mehtedi et al. Effects of process parameters on the deformation energy in a sheet-bulk metal forming process for an automotive component
Ngaile et al. Computer aided engineering in forging
RU2799579C1 (ru) Сособ прогнозирования овальности стальной трубы, способ регулирования овальности стальной трубы, способ изготовления стальной трубы, способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы
WO2022215458A1 (ja) 鋼管の真円度予測モデルの生成方法、真円度予測方法、真円度制御方法、製造方法、及び真円度予測装置
RU2804572C1 (ru) Способ генерирования модели прогнозирования овальности стальной трубы, способ прогнозирования овальности стальной трубы, способ регулирования овальности стальной трубы, способ изготовления стальной трубы и устройство для прогнозирования овальности стальной трубы
JP7168047B1 (ja) 鋼管の真円度予測モデルの生成方法、鋼管の真円度予測方法、鋼管の真円度制御方法、鋼管の製造方法、及び鋼管の真円度予測装置
CN112859735B (zh) Jco成型管形在线闭环控制方法、系统、装置

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