[发明专利]一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统

说明书

本发明公开一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统，所述回弹控制方法包括：确定成形时模具胀形量；确定目标压力；根据成形时所述模具胀形量确定加载结束时管件内腔体积；根据所述目标压力和所述加载结束时管件内腔体积确定液体体积压缩补偿量；确定无压缩时液体体积增量；根据无压缩时液体体积增量以及所述液体体积压缩补偿量确定总液体体积增量按照所述总液体体积增量向管坯内充入液体，实现液压成形件回弹控制，获得满足设定尺寸精度要求的管件。本发明公开的液压成形件回弹控制方法避免了传统回弹补偿方法反复修模、周期长、成本高等问题，以及传统压力加载法在整形阶段压力波动导致成形件尺寸分散大、精度差等问题。

技术领域

本发明涉及管材液压成形技术领域，特别是涉及一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统。

背景技术

管材液压成形(内高压成形)是一种制造空心、变截面薄壁构件的先进技术，其成形件具有质量轻、结构刚度和疲劳强度高等优点，在汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。随着轻量化要求的不断提高，将内高压成形技术应用于制造高强钢、铝合金或镁合金管件，可实现材料和结构轻量化的双重效果。然而，内高压成形过程中液体压力卸载后管件会发生一定的弹性回复，从而会对最终管件的尺寸精度产生影响，导致尺寸分散大，甚至超出设计要求。

管材内高压成形一般分为充填、成形和整形三个阶段，在充填阶段，管坯内充满液体，两端用冲头完全密封；在成形阶段，管坯基本贴靠模具，仅有过渡区圆角未完全贴模；在整形阶段，提高内压使得圆角区域完全贴模。现有的内高压成形中，都是通过控制整形阶段管坯腔内液体压力大小来控制成形件的尺寸精度，主要是为了控制矩形或异形截面过渡圆角半径的尺寸精度。内高压成形过程整形阶段的压力一般很高(100MPa以上)，在实际生产中，为了保证内高压成形件的尺寸精度及生产效率，必须快速将内压增加至整形压力，且每次的整形压力应保持一致。然而，对于内压这一变量很难在短时间内快速精确控制，例如，在3～5s内将内压上升至200MPa，内压值会发生波动。整形阶段内压值的波动则会导致每次内高压成形获得的管件尺寸不一致，使得产品尺寸分散大、精度差和废品率高。

为解决传统的基于压力控制的内高压成形技术存在的管件尺寸精度差、分散大、废品率高等问题，申请者提出了一种控制内高压成形件圆角尺寸精度的方法和系统(授权公告号：CN 108687210 B)。其基本思想是：通过注入管坯的液体体积控制管件尺寸精度，具体的是：通过获取管坯内腔体积、目标管件内腔体积及液体体积压缩补偿量确定总液体体积增量-目标管件圆角半径关系，利用液体体积增量ΔV_L与圆角半径r之间的定量关系仅通过控制ΔV_L实现对目标管件圆角尺寸精度的精确控制。成形过程中需利用位移传感器实时测量管件圆角半径以通过控制系统进行反馈，进而确定是否继续注入液体介质及需要注入的具体体积。相比传统的以内压为控制变量来控制管件尺寸精度的控制方法来说，基于体积加载的内高压成形件尺寸精度控制方法可实现实时精确控制管件圆角尺寸精度，具有工艺稳定性高、对模具精度要求低等优点。然而，上述体积加载法需要在圆角处利用位移传感器进行实时测量与反馈，以保证圆角精度，模具和控制都较为复杂，虽然解决了管件圆角半径尺寸精度控制的问题，但当圆角半径尺寸精度满足要求时，径向或其他方向尺寸精度是否满足要求不得而知。此外，上述尺寸都是在内压加载条件下计算或测量得到的，而并未考虑内压卸载后管件产生的回弹对最终尺寸精度的影响。对于强度高(高强钢)、弹性模量小(铝合金或镁合金)的管材内高压成形，内压卸载后管件将产生显著的回弹。因此，如何控制或补偿内高压成形中的回弹是获得高精度成形管件的关键。按照传统方法，可以首先预测管件各个部位的回弹量，然后以管件回弹后形状与设计要求形状的几何误差为依据，对内高压成形模具型腔进行修改，以模具补偿进行回弹控制。然而，传统模具补偿方法需反复修改模具，不仅对模具加工精度要求高、模具制造成本高、生产周期长，而且一套模具无法适用于不同性能管坯的成形。综上，目前还未发展出快速有效的管件液压成形件回弹控制方法。

发明内容