Содержание
Каковы причины изгиба пружины?
V-образная гибка листового металла гибкий метод обработки, широко используемый в аэрокосмической, автомобильной и бытовой технике, поскольку он позволяет производить изогнутые детали различных спецификаций с меньшим количеством комбинаций форм. Для контроля пружинения необходимо определить причину пружинения для целевых решений.
В процессе гибки материал находится в фазе разгрузки обратной упругой деформации, известной как пружинение. Это явление напрямую влияет на размерную точность гнутых деталей. Инженеры и исследователи подтвердили на опыте и данных, что величина пружинения зависит от кумулятивного эффекта истории формования. На нее также влияют такие факторы, как геометрия формы, свойства материала, начальная форма листа и условия процесса.
Ограничения традиционных методов контроля
Традиционные методы основаны на повторных испытаниях и исправлениях для повышения точности. Однако этот подход неэффективен, дорог и сложен для повторения, и больше не может соответствовать требованиям текущего производства.
Текущее состояние исследований по прогнозированию и контролю отскока
1. Усовершенствование теоретической модели
Ученые провели много исследований для улучшения теоретической модели. На основе критерия текучести Мизеса некоторые ученые предложили модель расчета отскока для упругопластических материалов в условиях линейного упрочнения. Они вывели формулу для расчета минимального радиуса изгиба в условиях чистого изгиба. Некоторые другие предложили метод, основанный на многокритериальной оптимизации, для построения интегрированной модели оптимизации с помощью точек интегрирования Гаусса и целевых функций.
2. Анализ методом конечных элементов
Инженеры широко использовали метод конечных элементов для прогнозирования пружинения. На основе этого они предложили метод проектирования пресс-формы, который учитывает пружинение. Кроме того, ученые проверяют точность анализа конечных элементов с помощью экспериментов и исследуют влияние свойств материала, толщины листа и других факторов на пружинение.
3. Экспериментальное исследование
Хотя теоретическая модель и метод конечных элементов обеспечивают основу прогнозирования, ошибка все еще велика. Ученые проанализировали влияние параметров материала, толщины листа, угла изгиба и т. д. на отскок с помощью экспериментов.
Недостатки существующих методов
Прогнозирование отскока обычно предполагает, что параметры производительности материала точны. Однако в реальном производстве существует 15%-ная ошибка в параметрах производительности материала. Свойства материала одной и той же модели и партии значительно различаются, что затрудняет удовлетворение промышленного спроса на прогнозирование отскока.
В связи с этим в данной статье предлагается метод контроля отскока, а именно:
Метод контроля постепенного отскока
Основные шаги следующие:
Постепенно корректируйте эксплуатационные параметры материала, выполняя загрузку и разгрузку несколько раз.
Используйте данные обратной связи для регулировки угла формования и отскока.
Определите окончательные параметры свойств материала и глубину гибки для завершения процесса гибки.
Данный метод реализует высокоточное управление посредством динамической регулировки, что решает проблемы низкой эффективности и больших погрешностей традиционных методов.
1. Обзор метода
In листовой металл изгиб, параметры свойств материала листа обычно основаны на значениях, предоставленных производителем. Однако эти параметры имеют большие погрешности, что приводит к низкой точности прогнозирования отскока при изгибе и увеличению сложности контроля отскока.
Инкрементный контроль отскока измеряет параметры угла формования и отскока путем многократной загрузки и разгрузки. Используя теоретическую модель, инженеры точно рассчитывают параметры производительности материала для определения конечной глубины изгиба верхней формы, что позволяет точно прогнозировать и эффективно контролировать отскок.
2. Принцип измерения отскока
Принцип измерения отскока показан на рис. 1. С помощью датчика смещения (LVDT) измеряется вертикальное смещение листа, а затем с помощью геометрической зависимости рассчитывается угол формования параметров листа.
Рис. 1 Метод измерения отскока
3. Процесс управления рюкзаком Incrementaspring
На рис. 2 показаны конкретные шаги увеличения пружинного рюкзака-контроля:
(1) В качестве справочного значения возьмите параметры материала, предоставленные производителем.
(2) Задайте глубину гибки (меньше глубины).
(3) Измерьте текущий угол изгиба после нагрузки.
(4) Запишите угол отскока после разгрузки.
(5) Скорректируйте параметры эксплуатационных характеристик материала.
(6) Определите, близки ли текущие параметры к предыдущему результату:
Если близко, рассчитайте окончательную глубину гибки, чтобы завершить гибку.
Если не закрыто, повторяйте шаги, пока условия не будут выполнены.
Через цикл загрузки и выгрузки постепенно корректировать параметры производительности материала. В сочетании с теоретической моделью, наконец, реализуется точный контроль процесса гибки.
Рис. 2 Метод инкрементального контроля свободного изгиба
Реализация метода управления пошаговым отскоком
1. Повторная загрузка и выгрузка для корректировки свойств материала
При пошаговом управлении пружинением повторная загрузка и разгрузка корректируют параметры свойств материала листа. Инженеры используют скорректированные параметры для расчета глубины изгиба верхней формы, обеспечивая точность формования.
2. Соотношение между глубиной гибки и углом формовки
При V-образной гибке угол формовки листа прямо пропорционален глубине гибки. Идеальная модель упругопластического материала может быть выражена как:
В формуле
R: радиус изгиба после нагрузки
r: радиус отскока после разгрузки
σs: предел текучести
E: модуль упругости
v: Коэффициент Пуассона
T: Толщина материала пластины
Если учитывать усиление материала, модель можно расширить следующим образом:
В формуле
K: коэффициент армирования
n: индекс укрепления
После дальнейшего упрощения можно получить форму выражения, более подходящую для оптимизационных расчетов.
3. Геометрические соотношения и расчет параметров
Если предположить, что закругленная часть заготовки после гибки касается прямой кромки, то геометрическая зависимость показана на рис. 3. Связь между толщиной листа, параметром формы r, s и углом гибки следующая:
В формуле
w: половина ширины нижнего отверстия формы
θ: угол изгиба
d: глубина гибки (смещение верхней формы)
4. Нелинейные уравнения для решения параметров эксплуатационных свойств материалов
Согласно уравнению 4, для получения параметров свойств материала (s, E) необходимо решить систему нелинейных уравнений.
Если количество уравнений больше количества неизвестных, то для расчета можно использовать функцию оптимизации.
rms: радиус изгиба листа, измеренный после разгрузки
C: количество погрузок и разгрузок
Благодаря 3 и более загрузкам и разгрузкам, в сочетании с оптимизацией метода расчета, можно получить точные эксплуатационные параметры материала.
Рис. 3 Принципиальная схема соотношения геометрии изгиба
При использовании этого метода коррекция параметров формовки и расчет глубины гибки становятся более точными.
Результаты теста
Для испытания были выбраны два вида материалов: нержавеющая сталь 304 и алюминиевый сплав LY12M. Толщина и эксплуатационные параметры приведены в таблице 1.
Таблица 1: Эксплуатационные параметры экспериментальных материалов
Примечание:
Eo: модуль упругости
σs: предел текучести
μ: Коэффициент Пуассона
K: Коэффициент усиления
n: индекс укрепления
ρ: плотность материала
Таблица 2: Настройки угла загрузки и выгрузки
Где, (θ1, θ2, θ3) обозначает приращение угла изгиба.
Рис. 4: Пошаговая схема процесса гибки
1. Проверка эффективности контроля за спрайтом
(1) Экспериментальные материалы и образцы
Для испытания на упругость при изгибе нержавеющей стали 304 и алюминиевого сплава LY12M необходимо выбрать три образца для каждого материала.
(2) Анализ результатов испытаний
Как показано на рис. 5 и рис. 6, экспериментальные результаты показывают, что:
Окончательная погрешность угла формования находится в пределах 1°.
Погрешность угла формовки большинства гнутых деталей составляет менее 0.5°.
Эти результаты показывают, что метод постепенного контроля отскока может эффективно снизить погрешность изгиба и повысить точность формования.
Рис. 5 Эффективное управление пружинением нержавеющей стали 304.
Рис. 6 Эффективное управление отскоком алюминиевого сплава LY12M.
2. Проверка эффективности коррекции параметров материала
(1) Сравнение параметров материалов
Инженеры сравнивают параметры материала (модуль упругости и предел текучести) после коррекции с результатами эксперимента на растяжение и заданными начальными значениями. Результаты приведены в Таблице 3.
Начальные значения: из спецификации материала производителя
Значения испытаний на растяжение: результаты, полученные при испытании материала на однонаправленное растяжение
Исправленное значение: последнее исправленное расчетное значение после инкрементной загрузки
(2) Анализ результатов эксперимента
Скорректированный модуль упругости ближе к результату испытания на растяжение, что подтверждает правильность метода коррекции.
Значение предела текучести, полученное в результате коррекции, несколько ниже результата испытания на растяжение, но все еще находится в разумных пределах.
Таблица 3 Сравнение исходных, экспериментальных и скорректированных значений
3. Сравнение постепенного изгиба и первичного формования
(1) Сравнительный анализ
Инженеры сравнивают результаты инкрементного изгиба с результатами обычного первичного формования. Сравнение углов формования представлено в Таблице 4.
(2) Анализ результатов
По сравнению с традиционным методом управления пружиной метод управления возвратом пружины при пошаговом изгибе может значительно повысить точность гибки.
Метод снижает погрешность угла формообразования и повышает эффективность гибочной обработки.
Таблица 4 Сравнение углов формовки
Заключение
В этой статье предлагается новый метод управления спинкой V-образной пружины, метод управления инкрементальным изгибом. Метод постепенно корректирует параметры свойств материала пластины, нагружая и разгружая пластину несколько раз и используя значения угла формования и отскока, полученные из обратной связи. На основе скорректированных параметров свойств материала инженеры определяют окончательные параметры глубины изгиба для завершения процесса изгиба.
1. Важные подсказки
Высокая точность гибки и формовки достигается всего за 3 итерации процесса загрузки и выгрузки.
Метод позволяет контролировать точность отскока в пределах 1°.
Инкрементная коррекция позволяет избежать ошибок расчета глубины изгиба, вызванных различиями в параметрах свойств материала, и устраняет необходимость полагаться на испытания на растяжение для получения параметров свойств материала.
2. Преимущества и применение
Метод пошаговой гибки не только повышает точность управления отскоком при гибке, но и значительно повышает эффективность гибки и формовки листового металла, обеспечивая надежную техническую поддержку для точного управления гибкой в реальном производстве.
Компания RuiYi Model имеет богатый опыт в области производства листового металла, изготовила сотни различных изделий для различных клиентов и может решать различные распространенные или сложные проблемы, контролировать качество и обеспечивать удовлетворенность клиентов.
