三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115062505A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210590129.7G06F113/14(2020.01)(22)申请日2022.05.26G06F119/14(2020.01)(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人程诚吕学良邓炀炀郭训忠陶杰刘春梅(74)专利代理机构上海恩凡知识产权代理有限公司31459专利代理师李强(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)B21D7/08(2006.01)B21D7/12(2006.01)B21D7/16(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图4页(54)发明名称三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法及装置(57)摘要本发明公开了一种三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法及装置，根据所需的缓和曲线长度和弧段的半径计算出三次抛物线方程中的参数，从而确定三次抛物线形状，将连接后管材的轴线绘制出，提取轴线坐标，通过管材轴线和弯曲模位姿之间的映射关系得到弯曲模的运动规律，输入到三维自由弯曲有限元模型中进行成形模拟，同时引入修正因子α，将模拟结果与目标构件对比，计算其形状偏差，若偏差不在要求范围内，则对修正因子进行迭代修正，直至偏差达到要求范围内视为工艺完成，本发明能实现段与段之间的连续平滑连接，有效减少了管材在弯曲过程中所受的应力，改善表面质量，同时减少截面畸变率。CN115062505ACN115062505A权利要求书1/4页1.三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于，首先确定连接形式，接着测量两个待连接段的几何尺寸参数，计算出所需缓和曲线长度，根据所需的缓和曲线长度和弧段的半径计算出三次抛物线方程中的参数，从而确定三次抛物线形状，将连接后管材的轴线绘制出，提取轴线坐标，通过管材轴线和弯曲模位姿之间的映射关系得到弯曲模的运动规律，输入到三维自由弯曲设备中进行成形模拟，同时引入修正因子α，将模拟结果与目标构件对比，计算其形状偏差，若偏差不在要求范围内，则对修正因子进行迭代修正，直至偏差达到要求范围内视为工艺完成。2.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，确定连接形式。对于直段‑弯段连接，假定缓和曲线起点横坐标为0，建立目标弯管构件弧段半径R，所需缓和曲线长度S，三次抛物线方程中的参数C，缓和曲线终点横坐标X之间的数量关系如下所示：S＝R*arcsin(A/R)对于弯段‑弯段连接，假定缓和曲线起点横坐标为X1，建立目标弯管构件第一个弧段半径R1，第二个弧段半径R2，假定R1<R2，所需缓和曲线长度S，三次抛物线方程中的参数C，缓和曲线终点横坐标X2之间的数量关系如下所示：S＝(R1+R2)/2*arcsin(2A/(R1+R2))用以上关系式即可解出三次抛物线方程中的参数C，确定三次抛物线形状；第二步，将连接后的管材轴线绘制出，提取轴线坐标，通过管材轴线和弯曲模位姿之间的映射关系得到弯曲模的运动规律；第三步，建立三维自由弯曲有限元模型，将第二步得到的弯曲模运动规律输入到有限元模型中进行计算，将得到的计算结果导入几何软件中处理，对比其与几何模型的形状偏差；第四步，若第三步的偏差值不在要求范围内，则在三次抛物线方程中引入修正因子α，2CN115062505A权利要求书2/4页通过有限元反复迭代计算对修正因子α进行修正，直至偏差值符合要求；第五步，将修正后的弯曲模运动规律输入到三维自由弯曲成形设备中，进行实际弯曲成形。3.根据权利要求2所述的三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于：对于直段‑弯段连接，假定缓和曲线起点横坐标为0，建立目标弯管构件弧段半径R，所需缓和曲线长度S，三次抛物线参数C，缓和曲线终点横坐标X之间的数量关系如下所示：S＝R*arcsin(A/R)对于弯段‑弯段连接，假定缓和曲线起点横坐标为X1，建立目标弯管构件第一个弧段半径R1，第二个弧段半径R2，假定R1＜R2，所需缓和曲线长度S，三次抛物线参数C，缓和曲线终点横坐标X2之间的数量关系如下所示：S＝(R1+R2)/2*arcsin(2A/(R1+R2))4.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于：三次抛物线方程形式为：5.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于：第四步中，在三次抛物线方程中引入修正因子α，修正后的三次抛物线方程为：6.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法，其特征在于：第四步中，形状偏差要求为有限元迭代计算出的弯曲结果中，弯曲半径R与几何模型形状偏差小于1％。7.一种三维自由弯曲的管材轴线形状成形装置，其特征在于，包