轴向非对称中空型材拉弯过渡区长度优化

发布时间：2019-10-18 09:18

【摘要】：为探究过渡区长度对型材拉弯成形的影响,以高速列车用典型轴向非对称铝型材为对象,选取4种不同过渡区长度进行拉弯研究.利用数值模拟对比分析了成形后零件的应力应变分布、形状误差、回弹、截面畸变和空间扭转,并定义成形缺陷指数表征综合成形效果.结果表明,随着过渡区长度的增加,型材成形后的形状误差和回弹明显减小,但是截面畸变和空间扭转增大;成形缺陷指数表明,过渡区长度为200 mm时型材拉弯成形综合缺陷最小,利用0.618法优化了过渡区长度.在张臂式拉弯机上进行实验验证,测量结果和数值分析规律相吻合.
【图文】：

拉弯机

种不同过渡区长度时型材拉弯成形效果，并求取了拉弯成形最优的过渡区长度．最后在张臂式拉弯机上进行了实验验证．1型材拉弯研究条件1．1张臂式拉弯机本文选用张臂式拉弯机，其结构如图1所示，主要包括工作台、机架、双侧转臂、活缸座、夹钳等．机架可以在液压缸作用下伸缩，带动转臂进行弯曲;活缸座带动夹钳沿转臂运动，完成型材的拉伸．图1张臂式拉弯机结构示意1．2型材的目标形状及工艺要求所选型材的目标形状及几何参数如图2所示，成形件为轴向非对称结构，轴向由3段组成，其中左侧为半径8000mm的弧，中间为长1000mm的直线连接段，右侧为半径1900mm的弧，轴向总长度为2180mm．目标型材截面长400mm，高300mm．成形件要求外弧轮廓度精度＜2mm，一次成形回弹量＜15mm，截面畸变＜2．5mm，整体扭曲角＜3°．图2型材的目标形状及几何参数1．3夹钳运动轨迹计算拉弯选用P－M－P加载模式［10］．首先，夹钳夹紧型材并进行水平预拉，消除轧制型材的残余应力并使型材发生预应变;随后，通过夹钳带动型材进行弯曲，直至和模具完全贴合;最后，沿着型材轴向进行补拉，进一步增强型材的贴模度并减小卸载后的回弹量．加载过程采用位移控制加载模式，通过模具和型材的几何关系，计算出拉弯过程中任意时刻夹钳的位置，有效地避免了弯曲过程中的侧滑现象．图3表示在以模具直线段中点为原点建立的坐标系中，拉弯过程中不同阶段夹钳的空间位置．其中，模具边缘圆弧部分半径为Ｒ，圆心角为θ，型材的过渡区长度为a，悬空段长度为l．假设型材预拉伸、弯曲和补拉伸3个阶段的时间分别为t1、t2和t3，拉伸速度为v，弯曲角速度为w，则l=Ｒθ+a．预拉伸阶段，夹钳的坐标可以表示为x=500+l+vt，y=0．(0≤t＜t1)(1)

几何参数,目标,形状,夹钳

种不同过渡区长度时型材拉弯成形效果，并求取了拉弯成形最优的过渡区长度．最后在张臂式拉弯机上进行了实验验证．1型材拉弯研究条件1．1张臂式拉弯机本文选用张臂式拉弯机，其结构如图1所示，主要包括工作台、机架、双侧转臂、活缸座、夹钳等．机架可以在液压缸作用下伸缩，带动转臂进行弯曲;活缸座带动夹钳沿转臂运动，完成型材的拉伸．图1张臂式拉弯机结构示意1．2型材的目标形状及工艺要求所选型材的目标形状及几何参数如图2所示，成形件为轴向非对称结构，轴向由3段组成，其中左侧为半径8000mm的弧，中间为长1000mm的直线连接段，右侧为半径1900mm的弧，轴向总长度为2180mm．目标型材截面长400mm，高300mm．成形件要求外弧轮廓度精度＜2mm，一次成形回弹量＜15mm，截面畸变＜2．5mm，整体扭曲角＜3°．图2型材的目标形状及几何参数1．3夹钳运动轨迹计算拉弯选用P－M－P加载模式［10］．首先，夹钳夹紧型材并进行水平预拉，，消除轧制型材的残余应力并使型材发生预应变;随后，通过夹钳带动型材进行弯曲，直至和模具完全贴合;最后，沿着型材轴向进行补拉，进一步增强型材的贴模度并减小卸载后的回弹量．加载过程采用位移控制加载模式，通过模具和型材的几何关系，计算出拉弯过程中任意时刻夹钳的位置，有效地避免了弯曲过程中的侧滑现象．图3表示在以模具直线段中点为原点建立的坐标系中，拉弯过程中不同阶段夹钳的空间位置．其中，模具边缘圆弧部分半径为Ｒ，圆心角为θ，型材的过渡区长度为a，悬空段长度为l．假设型材预拉伸、弯曲和补拉伸3个阶段的时间分别为t1、t2和t3，拉伸速度为v，弯曲角速度为w，则l=Ｒθ+a．预拉伸阶段，夹钳的坐标可以表示为x=500+l+vt，y=0．(0≤t＜t1)(1)
【作者单位】：吉林大学辊锻工艺研究所;南车青岛四方机车车辆股份有限公司;
【基金】：国家自然科学基金(51275203)
【分类号】：TG306

【参考文献】