本发明专利技术提出了薄壁矩形管热弯曲成形装置及其柔性芯棒参数的确定方法，属于局部热弯曲塑性成形领域。解决了现有确定管材冷弯成形芯棒参数和位置的方法不适用于确定薄壁矩形管局部热弯曲成形芯棒关键参数和柔性芯棒头位置的问题。它包括管件进给装置、导向夹持装置、弯辊装置、感应器、管件和柔性芯棒，所述管件贯穿导向夹持装置并与导向夹持装置间隙配合设置，所述弯辊装置与管件进给装置分别设置在导向夹持装置两端，所述柔性芯棒设置在管件内并与管件间隙配合，所述柔性芯棒包括芯棒柄与柔性芯棒头。它主要用于薄壁矩形管局部热弯曲成形。形。形。
【技术实现步骤摘要】
薄壁矩形管热弯曲成形装置及其柔性芯棒参数的确定方法
[0001]本专利技术属于局部热弯曲塑性成形领域，特别是涉及一种薄壁矩形管热弯曲成形装置及其柔性芯棒参数的确定方法。
技术介绍
[0002]在薄壁矩形管局部热弯曲成形过程中，变形区不仅受到弯曲力矩的作用，还受到轴向推力的作用，增加了弯曲内侧压缩变形量，使得热弯曲成形管件起皱问题较为突出。因此起皱已经成为制约薄壁管局部热弯曲成形的成形质量和成形极限的主要问题。柔性芯棒与管之间间隙、芯棒柄与柔性芯棒头之间最大转动角、柔性芯棒头之间最大转动角以及柔性芯棒头与感应器之间的位置是否合理，对薄壁矩形管局部热弯曲成形的成形质量和成形极限具有重要的意义。由于成形机理不同，目前确定管材冷弯成形芯棒参数和位置的方法不适用于确定薄壁矩形管局部热弯曲成形芯棒关键参数和柔性芯棒头位置。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种薄壁矩形管热弯曲成形装置及其柔性芯棒参数的确定方法，以解决现有确定管材冷弯成形芯棒参数和位置的方法不适用于确定薄壁矩形管局部热弯曲成形芯棒关键参数和柔性芯棒头位置的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：薄壁矩形管热弯曲成形装置，它包括管件进给装置、导向夹持装置、弯辊装置、感应器和柔性芯棒，管件贯穿导向夹持装置并与导向夹持装置间隙配合设置，所述弯辊装置与管件进给装置分别设置在导向夹持装置两端，所述管件进给装置与管件一端配合连接，所述弯辊装置沿垂直方向上下移动并与管件接触配合，所述柔性芯棒设置在管件内并与管件间隙配合，所述柔性芯棒包括芯棒柄与柔性芯棒头，所述柔性芯棒头通过定位销转动连接在芯棒柄靠近弯辊装置的一端，所述感应器设置在导向夹持装置与弯辊装置之间并围绕管件设置。
[0005]更进一步的，所述感应器内设有感应线圈，所述感应线圈围绕管件设置。
[0006]更进一步的，所述感应器一侧设有冷却装置。
[0007]更进一步的，所述管件进给装置内贯穿设置有芯棒固定装置，所述芯棒固定装置与芯棒柄的一端连接。
[0008]更进一步的，所述冷却装置内设有冷却液。
[0009]更进一步的，所述柔性芯棒头的数量为一个或多个，所述柔性芯棒头上设有柔性芯棒头固定座，所述多个柔性芯棒头之间通过柔性芯棒头固定座转动连接，所述芯棒柄和柔性芯棒头以及柔性芯棒头与柔性芯棒头之间均为铰链连接。
[0010]更进一步的，所述芯棒柄上设置有多个波珠螺丝。
[0011]本专利技术还提供了一种薄壁矩形管热弯曲成形装置的柔性芯棒参数的确定方法，它包括以下步骤：
[0012]步骤一：确定芯棒柄与柔性芯棒头之间最大转动角α、柔性芯棒头之间最大转动角
β，多个为柔性芯棒头之间的节距为P，柔性芯棒头固定座半径为r，使得节距P≤2r，设定柔性芯棒头固定座半径回弹量为5mm，对芯棒柄与柔性芯棒头之间最大转动角α以及柔性芯棒头之间最大转动角β进行计算，公式为：
[0013][0014]式中R1为管件的目标弯曲半径，c为管件弯曲前感应器与管件之间的间隙，c1为管件弯曲后感应器与管件弯曲内侧之间的间隙；
[0015]步骤二：确定柔性芯棒与管件之间间隙b，柔性芯棒与管件之间间隙b＞0.2mm，建立与实际工况相同的热弯曲成形工艺的三维弹塑性有限元分析模型来确定柔性芯棒与管件之间的最大间隙，矩形管件为四节点热力耦合曲面薄壳单元，且为变形体，将外部和内部刚性模具建模为刚体，管模接触方式选用面对面接触方式，接触面的摩擦形式选用库伦摩擦模型，芯棒柄和柔性芯棒头以及柔性芯棒头与柔性芯棒头之间采用铰链连接，柔性芯棒头只能绕铰链转动，柔性芯棒与管件之间间隙b按0.05mm的间隙增加量依次进行仿真分析，直至出现管件出现起皱，并根据壁厚减薄量和截面变形量确定最大间隙值，柔性芯棒与管件之间间隙b取最大间隙值；
[0016]步骤三：按照步骤二中确定的柔性芯棒与管件之间间隙b，设定波珠螺丝的伸出量，使波珠螺丝的伸出量等于柔性芯棒与管件之间间隙b；
[0017]步骤四：测得管件温度峰值的位置与感应器边界的距离k，计算获得柔性芯棒头与感应器边界的距离a的范围，公式为：
[0018][0019]式中为冷却液与轴向的喷射角度，L为管件直径。
[0020]更进一步的，所述步骤二中采用有限元ABAQUS/Temp
‑
disp，Explicit建立与实际工况相同的热弯曲成形工艺的三维弹塑性有限元分析模型来确定柔性芯棒与管件之间的最大间隙。
[0021]更进一步的，所述步骤四中管件温度峰值的位置通过热电偶测温的方式确定。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、本专利技术在芯棒柄上安装波珠螺丝，避免柔性芯棒与管件下侧接触，消除了在热弯曲成形过程中因柔性芯棒与管件接触产生的摩擦力阻碍管件的材料流动而产生的起皱现象；
[0024]2、本专利技术在给定管材尺寸、材料和弯曲半径的条件下，可以快速确定芯棒关键参数，为芯棒的参数设计提供了科学依据，该方法提高了薄壁矩形管局部热弯曲成形芯棒参数的设计效率和产品性能，缩短了产品的生产周期和降低了产品的制造成本；
[0025]3、本专利技术在给定的感应淬火装置和管件参数下，可以快速确定柔性芯棒头与感应器边界距离的合理范围，对保证薄壁矩形管局部弯曲成形质量、提高成形极限和研究热弯曲成形工艺参数优化具有重要的意义。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的整体结构示意图及其柔性芯棒参数的确定方法的原理图；
[0028]图2为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的芯棒柄的结构主视示意图；
[0029]图3为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的芯棒柄的结构俯视示意图；
[0030]图4为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的柔性芯棒头的结构主视示意图；
[0031]图5为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的柔性芯棒头的结构俯视示意图；
[0032]图6为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的有限元模；
[0033]图7为本专利技术所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置柔性芯棒头与感应器边界之间不同距离下的热弯曲矩形管件的最小半径的表格。
[0034]1‑
芯棒固定装置，2
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管件进给装置，3
‑
管件，4
‑
波珠螺丝，5
‑
导向夹持装置，6
‑
芯棒柄，7
‑
定位销，8
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感应器，9
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冷却装置，10
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柔性芯棒头，11
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弯辊装置。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：它包括管件进给装置(2)、导向夹持装置(5)、弯辊装置(11)、感应器(8)和柔性芯棒，管件(3)贯穿导向夹持装置(5)并与导向夹持装置(5)间隙配合设置，所述弯辊装置(11)与管件进给装置(2)分别设置在导向夹持装置(5)两端，所述管件进给装置(2)与管件(3)一端配合连接，所述弯辊装置(11)沿垂直方向上下移动并与管件(3)接触配合，所述柔性芯棒设置在管件(3)内并与管件(3)间隙配合，所述柔性芯棒包括芯棒柄(6)与柔性芯棒头(10)，所述柔性芯棒头(10)通过定位销(7)转动连接在芯棒柄(6)靠近弯辊装置(11)的一端，所述感应器(8)设置在导向夹持装置(5)与弯辊装置(11)之间并围绕管件(3)设置。2.根据权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述感应器(8)内设有感应线圈，所述感应线圈围绕管件(3)设置。3.根据权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述感应器(8)一侧设有冷却装置(9)。4.根据权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述管件进给装置(2)内贯穿设置有芯棒固定装置(1)，所述芯棒固定装置(1)与芯棒柄(6)的一端连接。5.根据权利要求3所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述冷却装置(9)内设有冷却液。6.根据权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述柔性芯棒头(10)的数量为一个或多个，所述柔性芯棒头(10)上设有柔性芯棒头固定座，所述多个柔性芯棒头(10)之间通过柔性芯棒头固定座转动连接，所述芯棒柄(6)和柔性芯棒头(10)以及柔性芯棒头(10)与柔性芯棒头(10)之间均为铰链连接。7.根据权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置，其特征在于：所述芯棒柄(6)上设置有多个波珠螺丝(4)。8.一种如权利要求1所述的薄壁矩形管热弯曲成形装置的柔性芯棒参数的确定方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：确定芯棒柄(6)与柔性芯棒头(10)之间最大转动角α、柔性芯棒头(10)之间最大转动角β，多个柔性芯棒头(10)之间的节距为P，柔...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷呈喜，蔡廷军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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