大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，采用如下步骤：步骤1识别金属板材的弹性模量、屈服强度和塑性模量；步骤2建立回弹解析模型；步骤3求解回弹量并预测弯曲行程；本发明专利技术利用塑性弯曲理论对弯曲成形过程进行了研究。采用斜率反求法和优化法对材料参数进行识别。结果表明，基于冲压成形分析模型，可以实时评估识别材料的参数。识别值最大相对误差小于4％。因此，可以动态预测冲压弯曲过程中的回弹和位移，从而控制冲压成形质量，以来通过弯曲实现精确成形。

【技术实现步骤摘要】
大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺
：本专利技术涉及一种成型工艺，特别是涉及一种大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺。
技术介绍
：弯曲成形技术在大口径直缝焊管的生产中得到了广泛的应用。为提高钢管的几何测量和尺寸精度，在钢管的板边两侧进行弯曲，使其弯曲成一定的公称曲率，有效地防止了钢管在延展过程中破坏、开裂。有关弯曲成形工艺的文献已经公开了很多。这些研究通过有限元分析(FEA)方法解决了冲压过程中板材的应力和应变状态，工艺参数对冲压成形质量的影响，以及冲压过程对钢管质量的影响。在弯曲参数的设计中，有限元分析法最大的缺点是它所需要的时间和识别材料参数的差异。然而,分析方法可以使成形条件理想化，从而提高计算效率。学者对设计参数、弯矩/成形力、应力/应变、回弹等进行了弯曲成形工艺的质量分析。以往观察到，在消除成形载荷后的回弹控制仍然是冲压成形过程中的关键问题。回弹计算、回弹减少和回弹机理等方面的交叉研究已经发表。但在实际应用中，研究回弹力学性能波动对回弹控制精度的影响较少。因此，通过鲁棒性设计方法，人们努力减少机械材料性能波动对回弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，其特征在于，采用解析法作为计算弯曲位移与弯曲力之间定量关系的工具，在冲压成形过程中，冲头和板材的边缘固定，随着模具载荷的逐渐增加，薄板的边缘沿凹模表面逐渐弯曲；当板材达到目标弯曲角度时，通过向下移动模具开始卸载的过程，在薄板回弹后完成冲压；/n工艺采用如下步骤：步骤1识别金属板材的弹性模量、屈服强度和塑性模量；步骤2建立回弹解析模型；步骤3求解回弹量并预测弯曲行程；其中：所述步骤2建立回弹解析模型为：/n采用渐开线的参数方程可以在笛卡尔坐标下描述冲模的形状：/n

【技术特征摘要】
1.大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，其特征在于，采用解析法作为计算弯曲位移与弯曲力之间定量关系的工具，在冲压成形过程中，冲头和板材的边缘固定，随着模具载荷的逐渐增加，薄板的边缘沿凹模表面逐渐弯曲；当板材达到目标弯曲角度时，通过向下移动模具开始卸载的过程，在薄板回弹后完成冲压；
工艺采用如下步骤：步骤1识别金属板材的弹性模量、屈服强度和塑性模量；步骤2建立回弹解析模型；步骤3求解回弹量并预测弯曲行程；其中：所述步骤2建立回弹解析模型为：
采用渐开线的参数方程可以在笛卡尔坐标下描述冲模的形状：



其中Rp为底面半径，而为底面角度；
为便于后续计算，建立了以点O为原点的新的XOY坐标系，原点为末端底角轴齿p对应的渐开线端点，对XOY坐标系下的冲压冲头参数方程进行修正如下：



因此，根据渐开线性质可计算出冲头的曲率半径：
ρ＝Rp(βp-θ)[3]
其中，压边弯曲角θ为：
为简化计算，假设存在平面应变状态：



平面应变状态下，根据胡克定律的弹性行为为:
σ＝Eε[5]
作为塑性变形的应力-应变关系，这里采用线性硬化规律:
σ＝σs+Epε[6]
在整个卷边成形过程分为三个变形阶段：(1)弹性变形阶段；(2)弹塑性变形未包裹阶段；(3)弹塑性变形包裹阶段；其中，
(1)弹性变形阶段
当弯曲截面的曲率半径大于弹性极限半径时，弯曲角由下式确定：



其中，θ为压边弯曲角，E(θ)为弹性模量，E(θ)由下式确定：



其中，I为截面惯性矩，F为成形力；
(2)弹塑性变形未包裹阶段
随着弯曲位移的增大，曲率的弯曲半径小于曲率的最大弹性半径，但仍大于冲压件的曲率半径，这个阶段进入弹塑性变形展开阶段，弯曲角由下式确定：



其中，s＝lp时，是弹性截面与弹塑性截面之间的边界点；
(3)弹塑性变形包裹阶段
随着弯曲变形程度的增大，相应位置的曲率半径等于冲头的曲率半径，变形处于弹塑性变形包裹阶段，弯曲角由下式确定：



其中，lw为包裹段的长度；
所述步骤3求解回弹量并预测弯曲行程为：将步骤1中得到的弹性模量E代入(1)弹性变形阶段；(2)弹塑性变形未包裹阶段；(3)弹塑性变形包裹阶段中，求出各阶段的回弹量并预测行程。


2.根据权利要求1所述的大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，其特征在于，所述(1)弹性变形阶段中，当弯曲截面的曲率半径大于弹性极限半径时，曲率ρe为



在这一阶段，弯曲变形占据了整个弹性变形阶段，弯矩可以表示为：



I是截面惯性矩，此外，还可以计算出弯矩，根据外力：



式中，Fx为水平成形力，Fy为垂直成形力；
根据几何关系可得：



根据式[8]-[10]可得：



因为



因此，式[11]可变换为



对式[13]两端积分可以得到：



根据边界条件，当θ＝θ1，系数C＝0，因此ds/dθ得：



通过求解微分方程，可以得到曲线方程，弯曲角s由下式确定：





3.根据权利要求1所述的大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，其特征在于，(2)弹塑性变形未包裹阶段中，弹塑性弯矩M可以表示为：



令C＝(σst4/4)(1-(Ep/E))，
利用式[2][3]可得到微分方程：



区分如下：



由于：



得微分方程为：









在θ＝θp，s＝lp时...

【专利技术属性】
技术研发人员：范利锋，田晓东，苟建军，张锦，张永亮，王陈向，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15