EP1308223B1 - Procédé de simulation de cintrage de profilés à trois rouleaux - Google Patents

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EP1308223B1
EP1308223B1 EP20020024630 EP02024630A EP1308223B1 EP 1308223 B1 EP1308223 B1 EP 1308223B1 EP 20020024630 EP20020024630 EP 20020024630 EP 02024630 A EP02024630 A EP 02024630A EP 1308223 B1 EP1308223 B1 EP 1308223B1
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bending
roll
moment
incoming
curvature
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EP1308223A3 (fr
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Bernhard Prof. Dr. Adams
Alexandre Mamoutov
Bernd Diekmann
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Schueco International KG
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    • 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
    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/08—Bending rods, profiles, or tubes by passing between rollers or through a curved die

Definitions

  • the invention relates to a method for simulating the bending of a bending body, in particular a profile, with a three-roll bending process in which the bending body is guided at least once or several times an arrangement of three rollers arranged one behind the other in the conveying direction, of which the two outer rolls are arranged on one side of the bending body and the other roller on the opposite side of the bending body / is, wherein the rollers abut the surface of the bending body and the middle roller is delivered by a distance Z in the direction of the bending body, so that the bending body a moment M acts, wherein the simulation method is designed as a computer program that is used to calculate parameters of the bending body after the passage of the bending body through the roller assembly.
  • Curved extruded aluminum profiles are of great importance for lightweight structures of vehicle construction, profile system technology and the construction and furniture industry.
  • the 3-roll profile bending as a flexible forming process is well suited for small batch sizes.
  • Each profile geometry requires the planning of a proprietary rolling strategy because of the radial and transverse shape changes inherent in the bending process, such as a definition of roll geometry, and the like. an implementation of support media in hollow sections as well as a definition of the machine control data.
  • the determination of the bending mechanical elastic and plastic deformations by FEM analyzes requires a high degree of discretization for complex profile cross sections.
  • the workpiece length to be cross-linked during 3-roll profile bending is at least 1.5 times the roll spacing until a stationary deformation state is reached.
  • the resulting high number of elements leads in process modeling with transverse force on roller contact in profiles of the type examined in currently common computers to computing times> 100h, so that this approach for process planning is out of the question.
  • the object of the invention is the creation of a simulation method, which can be implemented on modern computers in a calculable computing time of, for example, only a few minutes.
  • a second planning step determines the rolling position z as well as the number of rolling passes n, taking into account the springback, the friction transferable capacity and the roll spacing.
  • the hybrid method of FEM and analytical process simulation allows the tool-specific prediction of the cross-sectional deformation, the springback of cross-section and bending radius and the stress state.
  • the roller position and the number of roller passes to reach the bending radius are determined with an analytical approach.
  • the basic idea is to distinguish the incoming and outgoing bars.
  • the incoming beam is deformed, while acting on the outgoing beam no deformation force, this beam relaxes, ie, it springs slightly back against the deformation direction.
  • the bending lines are iteratively calculated as an initial value problem and compared with continuum conditions in the crosspoint of the two bars.
  • a finite element analysis is suitable, in which a transverse force-free bending process is calculated.
  • the incoming bending beam is expediently described as a straight line during the first pass of the roller arrangement and the outgoing bending beam as a circular arc. In further runs, however, the incoming and / or the outgoing bending beam are described as a circular arc.
  • Fig. 1 illustrates a 3-roll profile bending with three cylindrical rolls of the same diameter 1, 2, 3.
  • two of the rolls 1, 3 are arranged so that their axes lie in a plane parallel to the profile.
  • the middle roller 2, however, is arranged on the rollers 1 and 3 opposite side of the profile.
  • the middle roll is delivered by a path "z" perpendicular to the profile extension in the direction of the profile ( Fig. 1b ).
  • the resulting bending moment leads to a deformation of the profile.
  • steps 1a-c will hereinafter be referred to as a "delivery step”.
  • a cross section specific torque curvature law is determined (e.g., experimentally or numerically).
  • the delivery data n number of roller passes
  • Z feed path of the roller in the direction of the bending body at the n-th rolling process
  • Fig. 3 exemplifies a thus determined cross-sectional specific torque curvature law for in cross section in Fig. 1 or 3 indicated profile.
  • the chosen computational time-optimized model is based on the assumption of transverse force bending, in which the profile-supporting effect of the rolls is imaged by implementing frictional planes and fixing nodes.
  • the method allows small element numbers even with very complex profile geometries and the use of profile-internal support media; the calculation times are in the range of a few minutes.
  • the investigations with MS-AutoForge are carried out with elastic-plastic material law and the material data for AIMgSi0.5.
  • the friction is implemented into the model via Coulomb's law. Isoparametric 8-node elements with a trilinear approach were used.
  • Fig. 6 shows the calculated cross-sectional deformations after relief of the bent profile.
  • the profile grooves lying transversely to the bending axis are highly susceptible to deformation.
  • Variant calculations for different bending radii show tolerance exceeding the profile from 550 mm.
  • Polyoximetylenstütz By inserting Polyoximetylenstützangn the deformation of the vulnerable cross-sectional areas can be kept within the tolerance.
  • the analysis of the radial springback allows the geometrical and material-specific determination of pre-corrected radius data, which serve as target variables for the control data generation of the machine.
  • the model is based on a geometric approach to describe the rolling gap ratios at predefined roll distances and geometries.
  • the material is assumed to be rigid-plastic. Deformations occur only in the middle profile range in a relatively small distance to the roller gap zone sufficiently large bending moment.
  • Fig. 8 shows the geometric situation for the 1st roller pass, in which the incoming profile is described by a straight line and the expiring by a circular arc.
  • incoming and outgoing profile areas are each described by circle equations, which is confirmed by experimental investigations and comparative, lateral force FEM analyzes.
  • the result of calculation when specifying the target radius and any number n of roller passes are the infeeds z n and the resulting bending radii R n .
  • the elastic resilience of the bending profile is detected by the described FEM-assisted correction of the bending radii.
  • the criterion for the smallest possible number of passes is the transferability of the calculated forming performance by friction.
  • the finite difference model used describes the bending process of the 2-beam model under the assumptions of a beam reduction on lines and assuming a sectionwise series bending. This makes it possible in a simple way to determine the bending lines for certain load conditions and boundary conditions.
  • the model boundaries are the contact points of the outer rolls.
  • the model boundaries are the contact points of the outer rolls.
  • the first bar describes the part of the workpiece entering the rolling stand up to the moment maximum, the second bar the expiring one.
  • the law is characterized by a non-linear area under load and a linear area by discharge.
  • the iteration process proceeds as follows ( FIG. 9 ):
  • the procedures 1-3 are carried out automatically for different deliveries and result in the form of a characteristic curve of the curvature of departure as a function of the delivery.

Claims (17)

  1. Procédé de simulation de cintrage d'un corps à cintrer, en particulier d'un profilé, avec un procédé de cintrage à trois rouleaux, pour lequel
    - le corps à cintrer est guidé au moins une fois ou plusieurs fois vers un agencement de trois rouleaux (1, 2, 3) disposés les uns derrière les autres dans le sens de transport, dont les deux rouleaux extérieurs sont disposés sur un côté du corps à cintrer et l'autre rouleau est disposé sur le coté opposé du corps à cintrer,
    - les rouleaux reposant sur la surface du corps à cintrer et le rouleau médian étant avancés d'une distance Z en direction du corps à cintrer de sorte qu'un moment M agisse sur le corps à cintrer ;
    - le procédé de simulation étant configuré comme un programme informatique qui présente au moins les étapes suivantes pour le calcul de paramètres du corps à cintrer après le passage du corps à cintrer par l'agencement de rouleaux, en particulier du rayon de cintrage R et/ou de la déformation de section et/ou du retour élastique de section et rayon de cintrage et/ou de l'état de tension et/ou de la puissance de déformation :
    a) le corps à cintrer est décrit en remplacement du continuum réel comme modèle composé d'une barre de cintrage entrante et d'une barre de cintrage sortante,
    b) pour les barres de cintrage entrantes et sortantes, les lignes de cintrage sont déterminées à l'aide d'un modèle différentiel d'éléments finis en tenant compte de la loi moment-courbure spécifique à la section pour la barre de cintrage entrante et la barre de cintrage sortante.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la barre de cintrage entrante et la barre de cintrage sortante, les lignes de cintrage sont calculées de manière itérative comme problème de valeur initiale et comparées aux conditions de continuum au point de connexion des deux barres.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour la zone (indice e) entrant dans les rouleaux et la zone (indice a) sortant des rouleaux, différentes lois moment de cintrage-courbure sont appliquées.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes de cintrage de barre sont décrites avec le paramètre t comme courbes planes sous la forme vectorielle, paramétrée : r ̲ = r ̲ t ;
    Figure imgb0018
     r ̲ = X ; Y .
    Figure imgb0019
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au point de connexion de la barre entrante et de la barre sortante, les conditions de continuum suivantes sont supposées :
    d) égalité tangentielle : r ̲ e = r ̲ a ;
    Figure imgb0020
     d ⁢ r ̲ e / dt = d ⁢ r ̲ a / dt ;
    Figure imgb0021
    e) égalité de moment : M ̲ e = M ̲ a
    Figure imgb0022
    f) égalité de fixation : K e ⁢ M = K a ⁢ M .
    Figure imgb0023
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lois moment-courbure spécifiques à la section : courbure K = K(M) avec M : = moment de cintrage agissant sur le corps à cintrer pour la zone entrante et la zone sortante sont déterminées de manière expérimentale.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lois moment-courbure spécifiques à la section K = K(M) pour la zone entrante et la zone sortante sont déterminées numériquement.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lois moment-courbure spécifiques à la section K = K(M) pour la zone entrante et la zone sortante sont déterminées numériquement par une analyse des éléments finis.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'analyse des éléments finis, un processus de cintrage sans force transversale est calculé.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre de cintrage entrante est décrite lors du premier passage de l'agencement de rouleaux comme droite et la barre de cintrage sortante comme arc de cercle.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre de cintrage entrante et/ou la barre de cintrage sortante est décrite lors du deuxième et de tous les autres passages de rouleaux comme arc de cercle.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle différentiel d'éléments finis est calculé en supposant que le cintrage pur survient par endroits.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en tenant compte du retour élastique, de la puissance pouvant être transmise par friction et de la distance entre les rouleaux, l'avance des rouleaux z ainsi que le nombre de passages de rouleaux n sont calculés.
  14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'avec la simulation, l'avance des rouleaux ainsi que le nombre de passages de rouleaux sont déterminés pour obtenir le rayon de cintrage.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processus d'itération parcourt les procédures suivantes les unes après les autres une ou plusieurs fois :
    Procédure 1 :
    1.1 Prescription d'une force initiale Fe1 dans la barre e
    1.2 Calcul de la ligne de cintrage avec une méthode différentielle d'éléments finis (FD) ;
    Conditions secondaires :
    Charge : allure de moment de cintrage à la suite de Fe1
    Résistance au cintrage : K = f(M) de la loi moment-courbure (zone non linéaire)
    1.3 Calcul distance se1 ligne de cintrage-rouleau
    1.4 Itération pour la prise de contact par variation de Fe1 → Fen
    Objectif : sen < tolérance de contact, calcul du moment de cintrage max. Me lors du contact,
    puis procédure 2 :
    2.1 Prescription d'une force initiale Fa1 dans la barre a courbée au préalable avec la procédure 1
    2.2 Calcul de la ligne de cintrage avec la méthode différentielle d'éléments finis (FD) ;
    Conditions secondaires :
    Charge : allure de moment de cintrage à la suite de Fa2
    Résistance au cintrage : K = f(M) de la loi moment-courbure (zone linéaire de la barre courbée au préalable)
    2.3 Calcul distance sa1 ligne de cintrage-rouleau
    2.4 Itération pour la prise de contact par variation de Fa1 → Fan
    Objectif : san < tolérance de contact, calcul du moment de cintrage max. Ma lors du contact,
    puis procédure 3 :
    3. Itération pour l'équilibrage du moment par la variation de l'angle de contact de α1 → αn et répétition des procédures 1 et 2 ; Objectif : Ma = Me, Calcul de la ligne de cintrage en cas de rayon de précintrage prescrit ; diamètre de rouleau et avance.
  16. Procédé de simulation de cintrage d'un corps à cintrer, en particulier pour la simulation du cintrage d'un profilé avec un procédé de cintrage à trois rouleaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé est utilisé en temps réel pour la régulation d'un processus de cintrage à rouleaux.
  17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la régulation de processus en temps réel parcourt les étapes suivantes :
    1. Génération de données de commande et réglage d'une machine à laminer,
    2. Laminage sur la base de ces données,
    3. Détection en ligne de la courbure réelle par l'intermédiaire de capteurs de courbure présents, et
    4. Calcul des données de commande nécessaires à la correction d'éventuels écarts de courbure et correction du réglage de la machine à laminer, c'est-à-dire génération de données de commande et réglage de la machine à laminer à l'aide des résultats d'un modèle différentiel d'éléments finis, puis retour à l'étape « 2 ».
EP20020024630 2001-11-05 2002-11-04 Procédé de simulation de cintrage de profilés à trois rouleaux Expired - Lifetime EP1308223B1 (fr)

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