一种确定管材数控弯曲回弹角的方法技术

一种确定管材数控弯曲回弹角的方法，基于平衡条件，提出了一种考虑弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移的管材弯曲回弹计算方法，以提高回弹预测精度，从而实现对弯管成形的精确控制。本发明专利技术考虑了管材弯曲过程中的弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移的管材弯曲回弹计算方法，提高了回弹预测精度，具有一定的普适性，可用于管材弯曲回弹的初步预测，并对研究各参数对回弹的影响具有重要指导作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工领域,具体是一种确定管材数控弯曲回弹角的方法，主要用于数控弯曲成形。
技术介绍
近年来，随着我国大飞机及新一代先进飞行器的研制，迫切需要提高液压管道系统的承压能力，以满足飞机机动性、稳定性、安全性等方面的要求。高强TA18钛管由于具有密度小、比强度高、抗疲劳和抗蚀性能优异、焊接性能良好等优势，能够满足高强及轻量化的要求，得到了越来越多的重视和应用。然而，高强TA18钛管具有强度大，弹性模量小，屈弹比高等特点，与不锈钢管及铝管相比，弯曲成形后更易出现各种成形缺陷，如回弹、截面扁化、壁厚减薄等。其中，卸载后的回弹现象最为严重，直接影响着弯曲件的成形质量，当回弹量超过误差所允许的范围时，零件的几何精度和形状精度就难以满足要求，而这两方面的精度会直接影响到弯管件的使用，如和其它部件连接的设计布局及结构紧凑性等。此外，回弹还会对截面扁化和壁厚减薄有一定影响，进而影响管材强度及管内液压介质的正常流动。因此，对高强TA18钛管数控弯曲回弹进行深入研究，提高回弹的预测精度，从而对其进行合理控制，已成为发展高强钛管数控弯曲精确成形技术所迫切需要解决的重要课题。目前关于弯曲回弹的理论解析模型大多是基于经典回弹理论(即弯曲卸载后的回弹弯矩与弯曲时的加载弯矩大小相等，方向相反)建立的。H.A.AL-Qureshi等(H.A.AL-Qureshi.Elastic-plastic analysis of tube bending.International Journal of Machine Tools and Manufacture,1999,39(1):87-104)基于平面应变条件，将圆管视为空心梁，采用梁弯曲理论对圆管纯弯进行了弹塑性分析，在分析过程中假设材料为理想弹塑性，横截面上具有一个与外载荷平面垂直的对称轴，忽略起皱、破裂以及包辛格效应等，得出了定量预测弯矩和回弹半径的近似公式，并通过对不同规格的同种铝合金管材进行纯弯曲实验来验证回弹计算公式，结果表明回弹的
实验结果和理论预测结果吻合良好。这种理论和实验相结合的方法很具有借鉴意义。A.EI.Megharbel等(A.El.Megharbel,G.A.El Nasser,A.El.Domiaty.Bending of tube and section made of strain-hardening materials.Journal of Materials Processing Technology,2008,203(1-3):372-380)在H.A.AL-Qureshi的基础上，将线弹性—理想塑性材料改为更加符合实际的硬化材料，使回弹的理论解析结果更加接近实验值，但其没有考虑管材弯曲时的中性层偏移、壁厚变化等，与实际情况不符。综上所述，针对管材弯曲回弹的理论解析研究都以大量的假设为基础，如将材料简化为理想弹塑性材料，忽略管材弯曲过程中的弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移等，这些都会给计算结果带来很大误差。回弹是弯曲变形中弹性变形部分恢复的结果，当材料发生纯弹性弯曲时，应变沿厚度方向呈线性分布，回弹时弹性变形能够完全恢复，回弹弯矩大小等于加载弯矩，可以采用经典回弹理论求解回弹。但当材料发生弹塑性弯曲时，变形沿厚度方向呈非线性分布，回弹时弹性变形成分不能完全恢复，残余变形、残余应力和残余弯矩均存在，弯曲时的加载力矩不等于卸载时的回弹弯矩，此时再采用经典纯弯曲理论计算回弹存在较大的误差。目前大部分文献都是以经典纯弯曲理论计算回弹的。管材弯曲过程中，弯曲外侧材料轴向受拉伸长，壁厚减薄，内侧材料轴向受压缩短，壁厚增厚，弯管中性层向弯曲内侧偏移。张配配(张配配.考虑弹性模量变化的高强TA18钛管数控弯曲回弹研究.西北工业大学硕士学位论文.2013.)基于平衡条件，建立了考虑弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移的分步回弹理论。研究发现，在理论解析中将弹性模量、壁厚视为常数会导致回弹解析值比实际值小，考虑中性层偏移会减小回弹角计算误差。因此，建立基于平衡条件，考虑弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移的管材弯曲回弹理论解析模型是发展钛管数控弯曲精确成形技术需要解决的重要课题。
技术实现思路
为减小现有计算方法中由于理论基础和未考虑弹性模量变化、壁厚变化、中性层偏移引起的误差，本专利技术提出了一种确定管材数控弯曲回弹角的方法。本专利技术的具体过程是：步骤1，确定应力/应变中性层偏移量De和屈服点处的应变εs：根据式(1)确定应力/应变中性层偏移量De： D e = ρ - r ( ρ / r ) 2 - 1 - - - ( 1 ) ]]>其中，ρ为弯曲半径，r为管材内半径。根据式(2)确定屈服点处的应变εs：E0εs＝K(εs+b)n (2)其中，E0为初始弹性模量，K为强化系数，n为硬化指数，b为材料常数。步骤2，确定管材弯曲外侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角α和弯曲内侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角β：根据式(3)确定管材弯曲外侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角α： α = a r c c o s [ ( ρ - D e ) e 3 2 ϵ s - ρ ] e 3 2 ϵ s re 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定管材数控弯曲回弹角的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定应力/应变中性层偏移量De和屈服点处的应变εs；步骤2，确定管材弯曲外侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角α和弯曲内侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角β；步骤3，确定弯管截面上随位置变化的壁厚t和随塑性变形变化的弹性模量Eu：步骤4，确定管材弯曲时轴向应力σθ分布：根据式(10)得到弯曲时管材的轴向应力σθ分布：其中，ν为泊松比；步骤5，确定管材回弹时轴向应力△σθ分布：根据式(11)确定管材回弹时的轴向应力△σθ分布：其中，ρe为回弹半径；步骤6、确定管材回弹后残余轴向应力分布：根据式(12)得到回弹后残余轴向应力分布：步骤7，确定回弹角△θ：根据式(13)和(14)确定回弹前外侧塑性变形区各轴向力之和C1、回弹前内侧弹性变形区各轴向力与外侧弹性变形区各轴力之和C2、回弹前内侧塑性变形区各轴向力之和C3、C4为回弹时外侧塑性变形区各轴向力之和的‑(ρe+De)倍、C5为回弹时内侧弹性变形区各轴向力与外侧弹性变形区各轴向力之和的‑(ρe+De)倍、C6为回弹时内侧塑性变形区各轴向力之和的‑(ρe+De)倍：其中，M为弯管弯曲截面面积，根据式(14)得到：M＝t2+2tr   (14)根据式(15)得到弯管回弹后的曲率1ρe+De=C1+C2+C3C4+C5+C6---(15)]]>根据式(16)得到弯管的回弹角△θ：Δθ=ρ-Deρe+Deθ---(16)]]>其中，θ为回弹前的弯曲角。...

【技术特征摘要】
1.一种确定管材数控弯曲回弹角的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定应力/应变中性层偏移量De和屈服点处的应变εs；步骤2，确定管材弯曲外侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角α和弯曲内侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角β；步骤3，确定弯管截面上随位置变化的壁厚t和随塑性变形变化的弹性模量Eu：步骤4，确定管材弯曲时轴向应力σθ分布：根据式(10)得到弯曲时管材的轴向应力σθ分布：其中，ν为泊松比；步骤5，确定管材回弹时轴向应力△σθ分布：根据式(11)确定管材回弹时的轴向应力△σθ分布：其中，ρe为回弹半径；步骤6、确定管材回弹后残余轴向应力分布：根据式(12)得到回弹后残余轴向应力分布：步骤7，确定回弹角△θ：根据式(13)和(14)确定回弹前外侧塑性变形区各轴向力之和C1、回弹前内侧弹性变形区各轴向力与外侧弹性变形区各轴力之和C2、回弹前内侧塑性变形区各轴向力之和C3、C4为回弹时外侧塑性变形区各轴向力之和的-(ρe+De)倍、C5为回弹时内侧弹性变形区各轴向力与外侧弹性变形区各轴向力之和的-(ρe+De)倍、C6为回弹时内侧塑性变形区各轴向力之和的-(ρe+De)倍：其中，M为弯管弯曲截面面积，根据式(14)得到：M＝t2+2tr (14)根据式(15)得到弯管回弹后的曲率 1 ρ e + D e = C 1 + C 2 + C 3 C 4 + C 5 + C 6 - - - ( 15 ) ]]>根据式(16)得到弯管的回弹角△θ： Δ θ = ρ - D e ρ e + D e θ - - - ( 16 ) ]]>其中，θ为回弹前的弯曲角。2.如权利要求1所述确定管材数控弯曲回弹角的方法，其特征在于，根据式(1)确定应力/应变中性层偏移量De： D e = ρ - r ( ρ / r ) 2 - 1 - - - ( 1 ) ]]>其中，ρ为弯曲半径，r为管材内半径；根据式(2)确定屈服点处的应变εs：E0εs＝K(εs+b)n (2)其中，E0为初始弹性模量，K为强化系数，n为硬化指数，b为材料常数。3.如权利要求1所述确定管材数控弯曲回弹角的方法，其特征在于，根据式(3)确定管材弯曲外侧弹塑性分界处与几何中性层之间的夹角α： α = arccos [ ( ρ - D e ) e 3 2 ϵ s - ρ ] e 3 2 ϵ s re 3 2 ϵ s ...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹梅，杨合，王燕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61