[发明专利]大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺

说明书

本发明公开了一种大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，采用如下步骤：步骤1识别金属板材的弹性模量、屈服强度和塑性模量；步骤2建立回弹解析模型；步骤3求解回弹量并预测弯曲行程；本发明利用塑性弯曲理论对弯曲成形过程进行了研究。采用斜率反求法和优化法对材料参数进行识别。结果表明，基于冲压成形分析模型，可以实时评估识别材料的参数。识别值最大相对误差小于4％。因此，可以动态预测冲压弯曲过程中的回弹和位移，从而控制冲压成形质量，以来通过弯曲实现精确成形。

技术领域：

本发明涉及一种成型工艺，特别是涉及一种大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺。

背景技术：

弯曲成形技术在大口径直缝焊管的生产中得到了广泛的应用。为提高钢管的几何测量和尺寸精度，在钢管的板边两侧进行弯曲，使其弯曲成一定的公称曲率，有效地防止了钢管在延展过程中破坏、开裂。

有关弯曲成形工艺的文献已经公开了很多。这些研究通过有限元分析(FEA)方法解决了冲压过程中板材的应力和应变状态，工艺参数对冲压成形质量的影响，以及冲压过程对钢管质量的影响。

在弯曲参数的设计中，有限元分析法最大的缺点是它所需要的时间和识别材料参数的差异。然而,分析方法可以使成形条件理想化，从而提高计算效率。学者对设计参数、弯矩/成形力、应力/应变、回弹等进行了弯曲成形工艺的质量分析。

以往观察到，在消除成形载荷后的回弹控制仍然是冲压成形过程中的关键问题。回弹计算、回弹减少和回弹机理等方面的交叉研究已经发表。但在实际应用中，研究回弹力学性能波动对回弹控制精度的影响较少。因此，通过鲁棒性设计方法，人们努力减少机械材料性能波动对回弹的影响，但仍未达到冲压精确成形的目的。

因此，本文研究的目的是提出一种精确的冲压成形方法。首先，用数值方法计算了弯曲位移与弯曲力之间的定量关系。其次，利用灰色关联法对材料参数进行识别。最后利用回弹预测模型对冲压位移进行预测。采用精密冲压成形工艺，可以动态调整理想冲压弯曲的位移。该工艺不仅能有效提高精密冲压的成形精度，而且能节省大量的设计时间。

发明内容：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺。

本发明的目的由如下技术方案实施，大口径直缝焊管的精密弯曲成形工艺，采用解析法作为计算弯曲位移与弯曲力之间定量关系的工具，在冲压成形过程中，冲头和板材的边缘固定，随着模具载荷的逐渐增加，薄板的边缘沿凹模表面逐渐弯曲；当板材达到目标弯曲角度时，通过向下移动模具开始卸载的过程，在薄板回弹后完成冲压；

工艺采用如下步骤：步骤1识别金属板材的弹性模量、屈服强度和塑性模量；步骤2建立回弹解析模型；步骤3求解回弹量；步骤4预测弯曲形成；其中：所述步骤2建立回弹解析模型为：

采用渐开线的参数方程可以在笛卡尔坐标下描述冲模的形状：

其中R_p为底面半径，而为底面角度；

为便于后续计算，建立了以点O为原点的新的XOY坐标系，原点为末端底角轴齿p对应的渐开线端点。对XOY坐标系下的冲压冲头参数方程进行修正如下：

因此，根据渐开线性质可计算出冲头的曲率半径：

ρ＝R_p(β_p-θ) [3]

其中，压边弯曲角θ为：

在冲压分析模型中，对材料行为的描述是非常重要的。为简化计算，假设存在平面应变状态：

平面应变状态下，根据胡克定律的弹性行为为:

σ＝Eε [5]