本發(fā)明屬于金屬復(fù)雜空心構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高金屬空心構(gòu)件彎曲成形極限的方法。

背景技術(shù)：

小彎曲半徑彎管構(gòu)件(相對彎曲半徑R/D≤2)作為一種關(guān)鍵的輕量化構(gòu)件，已經(jīng)在航空、航天、汽車、以及其他高技術(shù)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。因此航空、航天、汽車等高技術(shù)工業(yè)的迅速發(fā)展迫切需要研究和發(fā)展制造小彎曲半徑管件的先進(jìn)塑性成形技術(shù)。

目前，日本、德國等國家均已開發(fā)出了三軸及五軸、六軸自由彎曲成形設(shè)備。但是，三軸自由彎曲成形設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的最小彎曲半徑為2.5-3倍的管材外徑、五軸及六軸自由彎曲成形設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的最小彎曲半徑為2-2.5倍的管材外徑，均無法滿足小彎曲半徑構(gòu)件的彎曲成形要求。該缺陷限制了自由彎曲成形設(shè)備在成形小彎曲半徑構(gòu)件時(shí)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)有的三軸、五軸及六軸自由彎曲成形設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的最小彎曲半徑為2倍的管材外徑，無法滿足小彎曲半徑彎管(R/D≤2)的成形要求。本發(fā)明針對現(xiàn)有自由彎曲成形裝備存在的弊端，提出了一種提高金屬三維自由彎曲成形極限的方法。采用控制管材與彎曲模內(nèi)腔之間間隙，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)等方法最大程度縮小了管材自由彎曲成形的彎曲半徑，充分挖掘自由彎曲成形技術(shù)的潛力。

一種提高金屬三維自由彎曲成形極限的方法，包括采取以下措施加以實(shí)現(xiàn)：在彎曲成形過程中對彎曲模(2)的運(yùn)動偏心距U(彎曲模的中心偏離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離)和彎曲模中心與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(3)前端的距離V進(jìn)行優(yōu)化組合；

通過以下綜合步驟對彎曲模(2)運(yùn)動偏心距U和彎曲模中心與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(3)前端的距離V進(jìn)行優(yōu)化組合：

(1)在自由彎曲成形試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置彎曲模偏心距U取值范圍為0.5-0.6倍的管材直徑D，即設(shè)置U的取值范圍為0.5D-0.6D，彎曲模中心至導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前端之間距離V取值范圍為0.5—1.5倍的管材直徑，即設(shè)置V的取值范圍為0.5-1.5D；

(2)首先設(shè)置V的大小為0.5D，啟動管材彎曲成形過程，管材被連續(xù)從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中送入彎曲模中，在這個(gè)過程中，通過伺服電機(jī)驅(qū)動球面軸承向Y軸正方向運(yùn)動，使彎曲模偏離坐標(biāo)原點(diǎn)的偏心距U從0.5D緩慢增加到0.6D，并且實(shí)時(shí)讀取彎曲模受到的來自管材的反作用力PL和送料機(jī)構(gòu)受到的來自管材的反作用力PU；實(shí)時(shí)計(jì)算V×PL+U×PU的大小，并與管材所能承受的最大彎矩對比，當(dāng)兩者相等時(shí)，球面軸承(4)停止運(yùn)動，固定彎曲模的偏心距U大小不變，測量得到此時(shí)管材的彎曲半徑；

(3)將V的數(shù)值大小在0.5D-1.5D的取值范圍內(nèi)，以一定的增幅逐漸增加，并且對于每一個(gè)V均重復(fù)步驟(2),得到對應(yīng)每一個(gè)V時(shí)的彎曲半徑大??；

(4)對比所有彎曲半徑的大小，所得到的最小值即為該管材的最小彎曲半徑即為該管材的成形極限。

所述的方法，在實(shí)施自由彎曲成形試驗(yàn)之前，嚴(yán)格控制所選擇管材的外徑尺寸精度，控制管材(3)與彎曲模內(nèi)腔(2)之間的間隙。

所述的方法，還包括以下措施：優(yōu)化彎曲模(2)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前端(4)之間的接觸方式，提高彎曲模的自由度。

所述的方法，對于同一種外徑的管材，為了得到更小的彎曲半徑，選取徑厚比較大的管材。

所述的方法，所述步驟(3)中，將V的數(shù)值大小在0.5D-1.5D的取值范圍內(nèi)，以0.1mm的增幅逐漸增加。

所述的方法，根據(jù)所彎曲管材的外徑不同，控制管材(3)的外壁與彎曲模(2)內(nèi)腔之間的間隙值大小在0.1-0.3mm的區(qū)間內(nèi)；

所述的方法，彎曲模(2)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(3)前端之間無接觸，彎曲模的運(yùn)動姿態(tài)在彎曲過程中隨管材形狀的變化處于完全隨動的狀態(tài)，彎曲模(2)的轉(zhuǎn)動傾角隨管材彎曲形狀的改變而改變，彎曲模(2)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(3)前端之間的距離V在彎曲過程中可實(shí)時(shí)調(diào)整.

所述的方法，對于同一種外徑的管材，選取徑厚比小于7.5的厚壁管。

有益效果：

1、本發(fā)明提供了一種提高金屬自由彎曲成形成形極限的方法；

2、本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有自由彎曲成形設(shè)備管材彎曲半徑較大，無法實(shí)現(xiàn)小彎曲半徑彎曲的缺陷，同時(shí)對于提高金屬三維自由彎曲成形質(zhì)量具有重要指導(dǎo)意義；

3、本發(fā)明方法簡單可行，生產(chǎn)效率高，在航空、航天等工程領(lǐng)域具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1、金屬三維自由彎曲成形設(shè)備原理示意圖；

1、管坯，2、彎曲模，3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，4、球面軸承，5、送料機(jī)構(gòu)；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

第一步，確定目標(biāo)為獲得采用三維自由彎曲成形的外徑為15mm的鋁合金管的最小彎曲半徑；

第二步，選取內(nèi)徑為15mm的彎曲模，以及相應(yīng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和球面軸承，其中彎曲模在彎曲過程中為完全隨動狀態(tài)；

第三步，選擇長度為260mm，壁厚2.5mm，外徑處于15-15.3mm范圍內(nèi)的鋁合金管,該管材所能承受的最大彎矩為80000N·mm；

第四步，設(shè)置偏心距U取值范圍為7.5mm-9mm,彎曲模中心與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前端之間距離為7.5mm-22.5mm；

第五步，首先設(shè)置V的大小為7.5mm，啟動管材彎曲成形過程，管材被連續(xù)從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中送入彎曲模中。在這個(gè)過程中，調(diào)整U的數(shù)值從7.5mm緩慢增加到9mm，并且實(shí)時(shí)讀取彎曲模受到的來自管材的反作用力PL和送料機(jī)構(gòu)受到的來自管材的反作用力PU。實(shí)時(shí)計(jì)算V×PL+U×Pu的大小，并與管材所能承受的最大彎矩80000N·mm對比，當(dāng)U＝8mm時(shí)，兩者相等，此時(shí)固定彎曲模的偏心距為8mm不變，測量得到此時(shí)管材的彎曲半徑為3D；

第六步，將V的數(shù)值大小在7.5mm-22.5mm的取值范圍內(nèi)，以0.1mm的增幅逐漸增加，并且對于每一個(gè)V均重復(fù)步驟(2),得到對應(yīng)每一個(gè)V時(shí)的彎曲半徑大?。?/p>

第七步，對比所有彎曲半徑的大小，所得到的最小值為2D，即為該管材的最小彎曲半徑為管材直徑的2倍。

實(shí)施例2

第一步，確定目標(biāo)為獲得采用三維自由彎曲成形的外徑為20mm的銅管的最小彎曲半徑；

第二步，選取內(nèi)徑為20mm的彎曲模，以及相應(yīng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及球面軸承，其中彎曲模與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不存在接觸關(guān)系；

第三步，選擇長度為300mm，壁厚4mm，外徑為20-20.3mm范圍內(nèi)的鋁合金管，此管材所能承受的最大彎矩為150000N·mm；

第四步，設(shè)置偏心距U取值范圍為10-12mm,彎曲模中心與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前端之間距離為20mm-30mm；

第五步，首先設(shè)置V的大小為20mm，啟動管材彎曲成形過程，管材被連續(xù)從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中送入彎曲模中。在這個(gè)過程中，調(diào)整U的數(shù)值從10mm緩慢增加到12mm，并且實(shí)時(shí)讀取彎曲模受到的來自管材的反作用力PL和送料機(jī)構(gòu)受到的來自管材的反作用力PU。實(shí)時(shí)計(jì)算V×PL+U×Pu的大小，并與管材所能承受的最大彎矩150000N·mm對比，當(dāng)U＝11mm時(shí)，兩者相等，此時(shí)固定彎曲模的偏心距為11mm不變，測量得到此時(shí)管材的彎曲半徑為2D；

第六步，將V的數(shù)值大小在20mm-30mm的取值范圍內(nèi)，以0.1mm的增幅逐漸增加，并且對于每一個(gè)V均重復(fù)步驟(2),得到對應(yīng)每一個(gè)V時(shí)的彎曲半徑大??；

第七步，對比所有彎曲半徑的大小，所得到的最小值為1.7D，即為該管材的最小彎曲半徑為管材直徑的1.7倍。

實(shí)施例3

第一步，確定目標(biāo)為獲得采用三維自由彎曲成形的外徑為10mm的不銹鋼管的最小彎曲半徑；

第二步，選取內(nèi)徑為10mm的彎曲模，以及相應(yīng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、球面軸承，其中彎曲模與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不存在接觸關(guān)系；

第三步，選擇長度為250mm，壁厚2mm，外徑為10-10.3mm范圍內(nèi)的不銹鋼管,所能承受的最大彎矩為200000N·mm；

第四步，設(shè)置偏心距U取值范圍為5-6mm,彎曲模中心與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前端之間距離為10mm-15mm；

第五步，首先設(shè)置V的大小為10mm，啟動管材彎曲成形過程，管材被連續(xù)從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中送入彎曲模中。在這個(gè)過程中，調(diào)整U的數(shù)值從5mm緩慢增加到6mm，并且實(shí)時(shí)讀取彎曲模受到的來自管材的反作用力PL和送料機(jī)構(gòu)受到的來自管材的反作用力PU。實(shí)時(shí)計(jì)算V×PL+U×Pu的大小，并與管材所能承受的最大彎矩200000N·mm對比，當(dāng)U＝6mm時(shí)，兩者相等，此時(shí)固定彎曲模的偏心距為6mm不變，測量得到此時(shí)管材的彎曲半徑為1.9D；

第六步，將V的數(shù)值大小在10mm-15mm的取值范圍內(nèi)，以0.1mm的增幅逐漸增加，并且對于每一個(gè)V均重復(fù)步驟(2),得到對應(yīng)每一個(gè)V時(shí)的彎曲半徑大?。?/p>

第七步，對比所有彎曲半徑的大小，所得到的最小值為1.9D，即為該管材的最小彎曲半徑為管材直徑的1.9倍。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。