[发明专利]一种高强度钢管材三维弯曲成型回弹后形状的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管材弯曲成型回弹后形状的获取方法，特别是涉及一种高强度钢管材三维弯曲成型回弹后形状的获取方法。

技术背景

管类结构由于其结构强度高、用料少、易加工等许多优点等被广泛的运用于建筑与交通行业。但随着时代的发展，人们对管类结构形状精度的要求越来越高；然而，高要求形状精度却不易保证，特别是对于结构比较复杂的三维空间弯管形状精度的保证。

金属材料弯曲成型会产生回弹，回弹量计算不准或控制不好是形状精度难以保证的主要原因。生产过程中解决这一问题的办法一般是：通过把回弹量反方向补偿给模具来调整模具，使得就算金属材料弯曲成型会产生回弹，但回弹后的形状就会更接近目标产品形状。模具在经过这样的方法进行多次调整之后，最终可实现回弹后的形状与目标产品形状一致。这种办法的缺陷在于，回弹量的获取需要通过做实验得到，且需要根据回弹量对模具进行多次的调整，成本高且效率低下。

如果能通过不做实验获取一定形状模具下管材弯曲回弹后的形状，就可以通过回弹后的形状与对应模具形状计算出回弹量；进而用该回弹量指导模具的调整；这样就可以大量的降低由于做实验带来的生产成本。目前，在不用做实验的情况下可实现管材二维弯曲成型回弹后形状的获取，管材三维弯曲成型回弹后形状的获取尚有缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高强度钢管材三维弯曲成型回弹后形状的获取方法；用于指导模具设计，在一定程度上降低生产成本，提高生产效率。

本发明采用的技术方案步骤如下：

一种高强度钢空间弯管弯曲成型回弹后形状的获取方法，包括以下步骤：

步骤1：将模具中轴线进行分段及投影成二维平面曲线后，获取所有二维平面曲线进行圆弧拟合逼近后的半径值；

步骤2：获取当管材独立在各段模具下进行三维弯曲回弹后形状的中轴线；

步骤3：对管材独立在各段模具下弯曲成型回弹后形状的中轴线进行拼接，得到拼接曲线Q；

步骤4：对拼接曲线Q进行修正获取管材三维弯曲成型后的形状。

进一步地，所述步骤1具体包括：

(11)利用CAD软件抽取模具的中轴线，得到空间曲线S；

(12)通过在空间曲线S曲率变化大的地方适量增加分段数量的方法将空间曲线S分成若干段；

(13)在各段的初始端点处建立空间曲线S在该点处的Frenet坐标系，之后将分段后的各段空间曲线分别向各段初始端点处Frenet坐标系下的密切平面及从切平面进行投影，从而把组成空间曲线S的各段三维空间曲线分解为两条二维平面曲线，目的在于把三维回弹问题转化为二维平面回弹问题。

(14)在0.3mm误差范围内，采用三点圆弧逼近法对上述步骤得到的所有二维平面曲线进行圆弧拟合逼近，获取所有二维平面曲线进行圆弧拟合逼近后的半径值。

进一步地，若无法满足逼近误差要求时，可通过重新选择三点圆弧逼近方法的节点位置或者改变曲线S的分段点或增加分段数量使得逼近误差满足要求。

进一步地，所述步骤2具体包括：

(21)根据纯圆弧弯曲回弹理论，求出每一个Frenet坐标系下密切平面及从切平面上经过三点圆弧拟合逼近的二维平面曲线回弹后的圆弧半径值；在保证所述二维平面曲线回弹前后初始端点处G1连续且曲线弧长不变的情况下，获取二维平面曲线回弹后的曲线段；

(22)在对应的Frenet坐标系下，通过反投影二维平面曲线回弹后的曲线段，得到当管材独立在该段模具下进行三维弯曲回弹后形状的中轴线；采用同样的方法完成每一段管材独立在各段模具下进行三维弯曲回弹后形状的中轴线。

进一步地，所述步骤3具备包括：

在保证曲线拼接点处Frenet坐标系不变的情况下，除了管材独立在第一段模具下进行三维弯曲成型回弹后的中轴线，其余各段均以各段初始端点处的Frenet坐标系为基准坐标系，对管材独立在各段模具下弯曲成型回弹后形状的中轴线进行坐标变换完成拼接，得到拼接曲线Q。

进一步地，所述步骤4具体包括：

(41)设管材三维弯曲成型回弹后形状的中轴线为P；分别在曲线S、Q、P上等数量、等间距的取点，设对应节点的坐标分别为S(i)、Q(i)、P(i)；可通过以下式子求出：

P(i)＝S(i)+ω×[S(i)-Q(i)]

式子中ω是修正系数；

(42)通过上述关系式子求出P(i)的值后，用样条曲线拟合这些点得到光滑的管材三维弯曲成型回弹后形状的中轴线P；