三维多曲度零件拉弯成型方法
【专利摘要】本发明公开了三维多曲度零件拉弯成型方法，通过对拉弯零件的外形、尺寸、弯曲角和成形力的分析，确定型材拉弯模的结构形式和适用的型材拉弯机。运用计算机对拉弯零件的数字化模型进行曲率分析；采用弯曲回弹理论分析，通过计算机辅助设计，采用数值模拟的办法，进行模具型面回弹补偿设计。型材的拉弯需配套的拉弯夹头与拉弯模、机床配合使用。运用数控技术对模具进行加工。运用测量机对所加工的模具进行检测，修正，减小理论与实际误差，从而提高零件制造精度。能在二维拉弯机上成型三维复杂零件的模具、减少拉弯的道次、减少拉弯模具的修模或报废，从而有效的降低零件制造成本；且生产效率高。
【专利说明】三维多曲度零件拉弯成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属弯曲成型领域，具体涉及三维多曲度零件拉弯成型方法。
【背景技术】
[0002] 铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在中国经济 社会发展中具有重要作用。然而"一票难求、一车难求"的现象仍然十分突出。加快高铁建设 已成为解决此瓶颈的主要途径。高铁技术的快速发展离不开制造工艺水平的发展，高铁车 头的三维复杂流线动力型设计，给其制造带来了很大的困难，以往的零件全部依赖于进口， 其制造周期长，零件成本昂贵，无形中增加了高铁的制造成本，也抑制了高铁的发展步伐。
[0003] 目前，国内的许多加工厂家其设备陈旧，拉弯设备多为二维拉弯机，加之模具设计 水平有限，很难加工出合格的零件。拉弯卸载后的回弹控制是影响成形精度的主要因素。拉 弯成形过程中，材料受力状态复杂，同时受材料物理性参数、摩擦条件等因素的影响，拉弯 成形回弹预测很困难。
[0004] 在实际生产中，拉弯模修正量及工艺参数的确定主要以实际经验或通过试错法来 解决，但此方法不能够一次拉弯精确成形型材，有时还需要多次预拉弯及热处理，最终成形 后还要进行人工校形，且周期长，成本高，无法满足高铁的发展需求。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供三维多曲度零件拉弯成型方法，能在二维拉弯机 上成型三维复杂零件的模具、减少拉弯的道次、减少拉弯模具的修模或报废，从而有效的降 低零件制造成本；且生产效率高。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 三维多曲度零件拉弯成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 1)计算机对待拉弯零件的外形、尺寸、弯曲角和成形力进行分析，确定型材拉弯 模的结构形式和适用的型材拉弯机；
[0009] 2)然后，通过数值模拟待拉弯零件拉弯成型过程，预测待拉弯零件的变形情况，分 析待拉弯零件的成型，对上述工艺参数进行优化如下；
[0010] a、根据待拉弯零件的数学模型抽取出轮廓曲线，按照等参数方式在提取出的轮廓 曲线上布点Pi (i = 0, 1，2,…，η)计算待拉弯零件轮廓曲线上点Pi处的曲率半径Ri ;
[0011] b、修正各点的曲率半径的计算板料弯曲回弹半径公式为：
【权利要求】
1.三维多曲度零件拉弯成型方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 计算机对待拉弯零件的外形、尺寸、弯曲角和成形力进行分析，确定型材拉弯模的结 构形式和适用的型材拉弯机； 2) 然后，通过数值模拟待拉弯零件拉弯成型过程，预测待拉弯零件的变形情况，分析待 拉弯零件的成型，对上述工艺参数进行优化如下； a、 根据待拉弯零件的数学模型抽取出轮廓曲线，按照等参数方式在提取出的轮廓曲线 上布点Pi (i = 0, 1，2,…，η)计算待拉弯零件轮廓曲线上点Pi处的曲率半径Ri ; b、 修正各点的曲率半径的计算板料弯曲回弹半径公式为： ~ <!> 1?--(cr,, ~ σ ) HE. 1 R2 ?σ -σ ) AR =----<2} HE - Rng (- ση) 式中：Rnq为回弹前零件的曲率半径；为回弹后零件的曲率半径；H为剖面厚度尺寸； Ε为弹性模量；〇n)为弯曲外层和内层的应力差；Λ R为回弹后曲率半径的变化 量； 在进一步考虑几何关系、边界条件和当y = a时，〇y = ση = 〇〇. 2的基础上，其中 边界条件指的是y=a，y为距应力中性层的距离，a为应力中性层与内层材料的距离，〇 y为 距应力中性层距离y的材料所受的应力，σ n为内层材料所受的应力，σ为材料应力，可得 外层材料与内层材料的应力差，为： DH -， - (^) Ρ 式中：D为塑性强化模量；Ρ为中性层曲率半径，进一步由几何关系（1)可知： i?,if > 1 -? 1 ( 4) I E ) E 将式（4)代入式（3)，得： DH τ σ., -σ ?- ( 5} 将式（5)代入式（1)、式（2)得到回弹后的曲率半径Rnh与回弹前的曲率半径Rnq的关 系为： (6) I-- Ε 拉弯型材回弹半径变化为： D ΔΛ = -Kh = U) L· 式中：K为回弹系数，K = D/E ; 由式（1)计算点Pi处曲率修正量，为： Δ Rj = KRj (8) 则修正后拉弯模在Pi的曲率半径为： R/ =Ri-ARi (9) (3)模具型面逐点修正计算。 采用圆弧样条来表示模具轮廓形状，选取轮廓曲线的起始点P〇,计算该点的法矢量 No,设修正后模具轮廓上对应点为Po'，曲率中心为0〇'，则有： -* f - A· -ft·. Pq '- ZZ f 1 〇 } " N, I ' d0=a-(in u u A 已知？/和(^(1=0，1，2^"，11)，并且点足够密时，？1=/可以近似地通过式（12)、式 (13)求出， ?1ι-Α| = ^ (12) -F^'= AS, (13 } 式中：Λ Si为Pp Pi+1两点之间的弧长，0i+1的计算方法如下： - _ pf _ Q 〇M=If^-RU If J (Μ) PU-A 3) 根据步骤2)中优化的工艺参数，进行待拉弯零件拉弯回弹数值模拟，分析成型后零 件的回弹量，并对回弹量进行修改以满足生产要求； 采用有限元分析法模拟拉弯成形过程：首先对型材两端施加轴向拉力，使横剖面上的 应力达到屈服极限；然后在预拉力不变的条件下施加弯矩使之贴膜；最后补加轴向拉力， 总拉力的大小，以使变曲率型材最小曲率半径处剖面上的内层材料达到拉伸屈服极限 为准，成形后，对型材进行卸载，完成整个拉弯过程； 通过对型材的模拟分析，可得到任意截面的应力、应变状态及型材回弹变形；输出型材 各节点的变形量，再导入CAD软件中得到型材变形图，通过对型材的回弹分析，可评估修正 后的拉弯模型面对拉弯成形的影响； 4) 根据待拉弯零件截面计算拉弯夹头的中心，使所述拉弯夹头的中心与待拉弯零件的 形心重合， 5) 依据上述测定的工艺参数，选择加工合格的拉弯模具，进行拉弯成型。
2.根据权利要求1所述的三维多曲度零件拉弯成型方法，其特征在于：所述拉弯模具 包括一基体，一设置基体一侧的底板，以及一设置基体另一侧的盖板， 还包括一设置基体两端的拉弯夹头， 一连接螺钉，其贯穿底板，基体和盖板将三者固定连接， 在盖板上还设置一吊环，所示吊环用于吊装待拉弯零件， 所示盖板上还设置有测量基准孔，定位销孔以及模具安装定位孔。
【文档编号】G06T17/00GK104281725SQ201310295865
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月13日 优先权日:2013年7月13日
【发明者】徐昭, 孟波, 石雷, 王东, 郭力 申请人:西安嘉业航空科技有限公司