空间弯管的回弹预测

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252011V01．32No．5953-960ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)05—0953—08空间弯管的回弹预测张深，吴建军*西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：管材弯曲卸载后将不可避免地产生一定回弹，严重影响弯管生产的精度与效率，因此回弹成为管

2、材弯曲的重点研究对象。对空间非平面弯管回弹进行研究，将空间回弹问题转化为两个相互垂直平面上的同弹问题，通过纯弯曲回弹实验，建立弯管平面弯曲回弹前后半径之间的函数关系式，然后将两个平面上的回弹合并，对离散化的回弹弯管进行空间拼接，进而完成空间弯管成形过程的回弹预测，并进行了试验验证。结果表明该方法能够有效地预测管件弯曲回弹，以便修改模具型面，补偿回弹误差，保证弯管的几何精度。关键词：管材弯曲；空间弯管；回弹；弯曲模；预测中图分类号：V261；TG386．3+1文献标识码：A由于管类结构具有强度高、刚度高、

3、节省材料、外形美观的特点，同时具有较好的成形加工性能，所以以各种金属管材为主的中空结构，广泛应用在航空航天、车辆、石油化工、家具及交通运输等领域[1习]。但是，由于设计性能、经济技术、安装空间以及轻量化等方面的要求，管件的设计形状也变得日趋复杂“-6]。如在航空航天、汽车以及发动机等应用领域，越来越多的管件结构被设计为复杂的空间形状c7-s]，这里所讲的空间形状并非常见的每次弯曲都在某一平面上的多拐直管类零件，而是某些部位的弯曲是在非平面上完成的空间弯管。回弹是影响管材弯曲成形精度的主要因素之一，传统上

4、解决回弹补偿一般采用通过多次试弯不断调整弯曲角度的“试错法-EHo]，但这种方法多依赖于实际经验，过程繁琐，生产准备周期长。如果能准确预测管材弯曲回弹，对其进行补偿，可提高一次成形精度，缩短生产周期，降低成本。现有文献主要集中研究管材在某一平面内的弯曲成形，即平面弯曲问题。而对于真正意义上的空间非平面弯管成形，目前有关其弯曲回弹补偿方法及成形技术的研究并不成熟。德国的Gantner等[8]提出一种能够较好适用于空间任意曲线成形的“自由弯曲”方法：将厚壁小直径管逐步推过一个可在空间一定角度范围内自由转动的

5、弯曲模型腔，但这一研究工作尚处于起步阶段。西北工业大学李雁鹏等[11]提出用平面圆弧曲线近似逼近空间弯管轴线，从而将空间回弹问题简化为多平面回弹问题来解决，为空间弯管回弹补偿提出了一种新的研究思想。管材种类繁多，性能要求各异[12。，本文针对小直径厚壁空间弯管进行回弹研究，将空间回弹问题合理地转化为平面回弹，并最终合并为空间回弹。弯管的回弹预测，对发展空间非平面弯管精确弯曲成形技术具有重要意义。收稿日期：2010．07．09；退修日期：20T0．08．19；录用日期：2010．10_09；网络出版时间：

6、20TO-10·2818：34网络出版地址：WWW．mki．net／kcms／detail／11～929一V．20101028．1834．004．htmIDOI：CNKI：11-1929／V一20101028．1834．004基金项目：国家“863”计划(2008AA042120)；航空科学基金(2008zE53048)"X-通讯作者．Tel．：029-88493101E-mail：wujj@nwpu．edu．CN飘糟謦式I张深。吴建军．空同弯管的碣弹预漏[3]．航空学报。2011。32(5)：953-

7、960．ZhangShen，WuJianjun，Spring-back即d

8、d咖ofnon-p／anartubebending￡J

9、．ActaAeronauticaetAstronauticaS／n／ca．2011，32(5)：953-960．航空学报窄问弯管同弹问题的平而转化空间弯管的离散档小“轻厚碓管的空间弯曲成彤IIz．符材的回弹与破裂起皱、截面畸变相比是主要的成形缺陷。为便于表选这种空问州弹的弯IlI【角度手¨弯曲半径变化．在研究过程叶T．以空M弯许的轴线作为研究同标．即以一条空问曲线作为研究对

10、象。由十宅问啦半面弯管的彤状比较复杂，为便十研究萁凹弹问题．将其离散成若r段弯符并分别考虑各段弯管的M弹问胚。空叫曲线的曲牢表不该段曲线的弯曲程度，为减小后续圆弧逼近谩蔗，将空间Im线依据其曲率变化规律离散成若干段，即曲半坐化人的曲线段要适量增加其离散段数。如I斟1所不．依据曲率变化规律．将本例rfI的空刚弯瞥轴线离敲分割成7段。蛳。?≥一；釜i1’、一一一cmwspmJ“州onbepImo罔2空问曲线的平而分解Fig2Spacecurve