一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法技术

本发明专利技术公开了一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法。金属管件连接于固定弯模，偏心轮自由弯模布置在金属管件，金属管件沿固定弯模轴线方向作进给运动；在金属管件弯曲成形过程中，固定弯模位置固定不变，偏心轮自由弯模绕自身旋转中心以恒定的角速度自转且自身旋转中心以固定运动轨迹运动。本发明专利技术能够通过控制偏心轮自由弯模旋转中心的运动轨迹以及调节偏心轮自由弯模绕其旋转中心的自转运动而得到任意复杂的金属管件弯曲成形轮廓，实现了在弯曲成形同一金属管件时弯曲半径的实时改变，有效提高了金属管件弯曲成形的成形效率。

Variable curvature bending method of metal pipe based on eccentric wheel

The invention discloses a variable curvature bending method for metal pipes based on eccentric wheels. Metal pipe fittings are connected with fixed bending dies, free bending dies of eccentric wheel are arranged in metal pipe fittings, and metal pipe fittings move along the axis direction of fixed bending dies; during the bending process of metal pipe fittings, the fixed bending die position is fixed, and the free bending die of eccentric wheel rotates around its rotation center at a constant angular speed and rotates itself. The heart moves on a fixed track. The invention can obtain arbitrarily complex bending profile of metal pipe by controlling the locus of the rotating center of the free bending die of the eccentric wheel and adjusting the rotation motion of the free bending die of the eccentric wheel around its rotating center, realizing the real-time change of bending radius when bending the same metal pipe, effectively improving the metal pipe. The forming efficiency of bending parts.

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法
本专利技术涉及薄壁金属管件弯曲成形
，尤其是涉及一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法。
技术介绍
管类结构具有高强度、高刚度、节省材料、外形美观等特点，同时还具有较好的成形加工性能，因而以各种金属管材为主的中空结构，被广泛应用于航空航天、核电、汽车、舰船、石油化工、建筑及交通运输等领域。目前，由于设计性能、经济技术、安装空间以及轻量化等方面的要求，金属弯曲管件的设计形状、空间构型渐趋复杂，金属弯曲管件的轴线形式也逐渐从平面形式演变为空间形式，同一金属弯曲管件上所具有的弯曲半径数也逐渐增多，对传统的金属管件弯曲成形技术和装备形成了巨大的挑战。采用传统金属管件弯曲成形方法如拉弯、压弯、推弯、绕弯等，在成形弯曲管件时，通常弯曲管件的轴线形式简单，并且一种模具只能弯曲成形一种弯曲半径，所以对于不同的弯曲半径需要配备多个模具，而且根据弯曲半径的不同，以上弯曲方法需要不断更换弯曲模，这一缺陷导致传统金属管件弯曲成形方法对同一金属管件一次所能弯曲成形的弯曲半径数受限。与此同时，压弯、推弯等成形方法针对同一弯曲管件的不同弯曲半径，通常需要长期的反复修模过程，这些均大大降低了金属复杂弯曲管件的成形质量以及成形效率。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是设计出一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法。此方法能够通过控制偏心轮自由弯模旋转中心的运动轨迹以及调节偏心轮自由弯模绕其旋转中心的自转运动而得到任意复杂的金属管件弯曲成形轮廓，能够实现在弯曲成形同一金属管件时弯曲半径的实时改变，克服了传统金属管件弯曲方法对同一金属管件一次所能弯曲成形的弯曲半径数受限的缺陷，从而有效提高金属管件的弯曲成形效率，降低成本。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术包括固定弯模、偏心轮自由弯模和金属管件；金属管件连接于固定弯模，偏心轮自由弯模布置在金属管件，金属管件沿固定弯模轴线方向作进给运动；在金属管件弯曲成形过程中，固定弯模位置固定不变，偏心轮自由弯模旋转中心位于自身的偏心处，偏心轮自由弯模绕自身旋转中心以恒定的角速度自转且自身旋转中心以固定运动轨迹运动，固定弯模和偏心轮自由弯模共同作用实现金属管件弯曲段的弯曲成形。所述方法具体如下：步骤一：在垂直于偏心轮自由弯模轴线的平面内，以偏心轮自由弯模旋转中心为坐标原点，以金属管件进给运动方向为X轴正方向，以垂直于金属管件轴线方向为Y轴方向，建立XOY平面直角坐标系，作为相对坐标系；步骤二：在相对坐标系下，不考虑金属管件的进给运动，建立偏心轮自由弯模的轮廓曲线f(x)和接触点运动轨迹之间的关系，接触点运动轨迹为金属管件外表面与偏心轮自由弯模接触点的运动轨迹，其中为偏心轮自由弯模在t时刻绕相对坐标系原点转过的角度，ω为偏心轮自由弯模绕其旋转中心的角速度，t表示时间；步骤三：在相对坐标系下，不考虑金属管件的进给运动，根据步骤二获得的关系用已知测定的偏心轮自由弯模的轮廓曲线f(x)计算获得接触点运动轨迹步骤四：在相对坐标系下，考虑金属管件的进给运动，进给运动速度为Vf，计算获得金属管件外表面与偏心轮自由弯模接触点随偏心轮自由弯模自转的运动轨迹曲线F(x)，该曲线描述了金属管件在XOY平面直角坐标系下弯曲成形后的外表面轮廓；步骤五：在相对坐标系中，根据步骤四得到的运动轨迹曲线F(x)计算在理论进给条件下金属管件弯曲成形后的轴线曲线Fo(x)，作为第一轴线曲线；步骤六：在垂直于偏心轮自由弯模轴线的平面内，以固定弯模靠近偏心轮自由弯模的端面中心为坐标原点，以金属管件的进给速度方向为X轴正方向，以垂直于金属管件轴线的方向为Y轴方向，建立X′O′Y′平面直角坐标系，作为绝对直角坐标系；步骤七：在绝对直角坐标系下，仅考虑金属管件满足安装空间这一要求，在金属管件实际安装空间的安装位置附近采样若干位置点作为有效点，安装位置附近采样的若干位置点不会与实际安装空间内除金属管件以外的其他部件和零件发生干涉，根据所有有效点在绝对直角坐标系下的坐标数据拟合获得在满足安装空间要求条件下金属管件弯曲成形后的轴线曲线Go′(x)，作为第二轴线曲线；步骤八：在绝对直角坐标系中，根据绝对运动、相对运动和牵连运动之间的关系，由步骤七中得到的第二轴线曲线Go′(x)与步骤五中得到的第一轴线曲线Fo(x)计算偏心轮自由弯模旋转中心在绝对直角坐标系下的运动轨迹曲线Hoo′(x)，作为固定运动轨迹，将运动轨迹曲线Hoo′(x)施加于偏心轮自由弯模旋转中心，使得偏心轮自由弯模旋转中心沿运动轨迹曲线Hoo′(x)运动进行金属管件变曲率弯曲成形。所述的步骤二中，建立偏心轮自由弯模的轮廓曲线f(x)和接触点运动轨迹之间的关系采用坐标参数化表示为：其中，xB表示偏心轮自由弯模轮廓曲线上点在相对坐标系下的X轴方向坐标，yB表示为偏心轮自由弯模轮廓曲线上点在相对坐标系下的Y轴方向坐标，s0为接触点的初始位置到相对坐标系的X轴的垂直距离，e为偏心轮自由弯模自身旋转中心与圆心之间的偏心距离。所述的步骤三中，接触点运动轨迹计算为：其中，R为偏心轮自由弯模的半径，e为偏心轮自由弯模自身旋转中心与圆心之间的偏心距离。所述的步骤四中，金属管件外表面与偏心轮自由弯模接触点随偏心轮自由弯模自转的运动轨迹曲线F(x)采用坐标参数化表示：其中，表示接触点在相对坐标系下的X轴方向坐标，表示为接触点在相对坐标系下的Y轴方向坐标，R为偏心轮自由弯模的半径，e为偏心轮自由弯模的旋转中心与圆心之间的距离，Vf为金属管件的进给速度。所述的步骤五中，第一轴线曲线Fo(x)采用坐标参数化表示为：其中，xM、yM分别为金属管件弯曲成形后的外表面轮廓曲线上任一点M在相对坐标系下的X轴方向和Y轴方向坐标，可由金属管件外表面与偏心轮自由弯模接触点相对于偏心轮自由弯模旋转中心的运动轨迹曲线F(x)确定；xN、yN分别为点M处在相对坐标系下的法线n-n与金属管件轴线之间交点N的X轴方向和Y轴方向坐标；rD为金属管件的外半径；角θ为法线n-n与X轴方向之间的夹角，由下式计算：其中，dxM/dt与dyM/dt分别表示点M的X轴方向坐标和Y轴方向坐标对时间t的一阶导数，Vf表示金属管件进给运动的速度Vf，；，yM表示为点M在相对坐标系下的Y轴方向坐标，由金属管件外表面与偏心轮自由弯模接触点相对于偏心轮自由弯模旋转中心的运动轨迹曲线F(x)确定。所述的步骤七中，根据采样的有效点通过多项式拟合获得第二轴线曲线Go′(x)，表示为：其中，ωi为曲线第i项系数，i＝0,1,2…n，x表示第二轴线曲线上点在绝对直角坐标系下的X轴方向坐标，Go′(x)表示第二轴线曲线上点在绝对直角坐标系下的Y轴方向坐标。所述的步骤八中，偏心轮自由弯模旋转中心在绝对直角坐标系下的运动轨迹曲线Hoo′(x)表示为：Hoo′(x)＝Go′(x)-Fo(x)其中，Go′(x)为第二轴线曲线，为在绝对直角坐标系下金属管件弯曲成形后的轴线曲线，Fo(x)为第一轴线曲线，为在相对坐标系下金属管件相对于偏心轮自由弯模旋转中心弯曲成形后的轴线曲线。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法能够实时改变金属管件弯曲成形过程中的弯曲半径，从而克服了传统金属管件弯曲成形方法对同一金属管件一次所能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法，其特征在于：包括固定弯模(1)、偏心轮自由弯模(2)和金属管件(3)；金属管件(3)连接于固定弯模(1)，偏心轮自由弯模(2)布置在金属管件(3)，金属管件(3)沿固定弯模(1)轴线方向作进给运动；在金属管件(3)弯曲成形过程中，固定弯模(1)位置固定不变，偏心轮自由弯模(2)绕自身旋转中心以恒定的角速度自转且自身旋转中心以固定运动轨迹运动，固定弯模(1)和偏心轮自由弯模(2)共同作用实现金属管件(3)弯曲成形。

【技术特征摘要】
1.一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法，其特征在于：包括固定弯模(1)、偏心轮自由弯模(2)和金属管件(3)；金属管件(3)连接于固定弯模(1)，偏心轮自由弯模(2)布置在金属管件(3)，金属管件(3)沿固定弯模(1)轴线方向作进给运动；在金属管件(3)弯曲成形过程中，固定弯模(1)位置固定不变，偏心轮自由弯模(2)绕自身旋转中心以恒定的角速度自转且自身旋转中心以固定运动轨迹运动，固定弯模(1)和偏心轮自由弯模(2)共同作用实现金属管件(3)弯曲成形。2.根据权利要求1所述的一种基于偏心轮的金属管件变曲率弯曲方法，其特征在于：所述的偏心轮自由弯模(2)自身旋转中心的固定运动轨迹运动采用以下方式获得：步骤一：在垂直于偏心轮自由弯模(2)轴线的平面内，以偏心轮自由弯模(2)旋转中心为坐标原点，以金属管件(3)进给运动方向为X轴正方向，以垂直于金属管件(3)轴线方向为Y轴方向，建立XOY平面直角坐标系，作为相对坐标系；步骤二：在相对坐标系下，不考虑金属管件(3)的进给运动，建立偏心轮自由弯模(2)的轮廓曲线f(x)和接触点运动轨迹之间的关系，接触点运动轨迹为金属管件(3)外表面与偏心轮自由弯模(2)接触点的运动轨迹，其中为偏心轮自由弯模(2)在t时刻绕相对坐标系原点转过的角度，ω为偏心轮自由弯模绕其旋转中心的角速度，t表示时间；步骤三：在相对坐标系下，不考虑金属管件(3)的进给运动，根据步骤二获得的关系用已知测定的偏心轮自由弯模(2)的轮廓曲线f(x)计算获得接触点运动轨迹步骤四：在相对坐标系下，考虑金属管件(3)的进给运动，进给运动速度为Vf，计算获得金属管件(3)外表面与偏心轮自由弯模(2)接触点随偏心轮自由弯模(2)自转的运动轨迹曲线F(x)；步骤五：在相对坐标系中，根据步骤四得到的运动轨迹曲线F(x)计算在理论进给条件下金属管件(3)弯曲成形后的轴线曲线Fo(x)，作为第一轴线曲线；步骤六：在垂直于偏心轮自由弯模(2)轴线的平面内，以固定弯模(1)靠近偏心轮自由弯模(2)的端面中心为坐标原点，以金属管件(3)的进给速度方向为X轴正方向，以垂直于金属管件(3)轴线的方向为Y轴方向，建立X′O′Y′平面直角坐标系，作为绝对直角坐标系；步骤七：在绝对直角坐标系下，仅考虑金属管件满足安装空间这一要求，在金属管件实际安装空间的安装位置附近采样若干位置点作为有效点，安装位置附近采样的若干位置点不会与实际安装空间内除金属管件以外的其他部件和零件发生干涉，根据所有有效点在绝对直角坐标系下的坐标数据拟合获得在满足安装空间要求条件下金属管件(3)弯曲成形后的轴线曲线Go′(x)，作为第二轴线曲线；步骤八：在绝对直角坐标系中，根据绝对运动、相对运动和牵连运动之间的关系，由步骤七中得到的第二轴线曲线Go′(x)与步骤五中得到的第一轴线曲线Fo(x)计算偏心轮自由弯模(2)旋转中心在绝对直角坐标系下的运动轨迹曲线Hoo′(x)，作为固定运动轨迹，使得偏心轮自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树有，周会芳，伊国栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33