1.1研究背景

随着国内汽车行业的快速化发展，很多汽车零部件供应商也随之而来，尤其在汽车排气管道、及散热器管上的弯管加工需求也随之加大，过去像汽车管道的弯管加工，基本采用国外的弯管机优先考虑，但是近年来国产机床的加强工艺水准的提高，目前国内生产厂商的数控弯管机、液压弯管机、全自动弯管机越来越受汽车弯管行业的重视。

弯管结构同时具备刚度好、高强度、外形优美并且耗材小等特点，同时还具有良好的成形加工性能^[1]。因此，各种金属材质的弯管在各个领域应用十分广泛。直管弯曲过程广泛应用于汽车各个部分，且应用于许多场合，如飞机和航空航天工业、造船工业、水利工程、汽车专业等。在汽车整体结构中，弯管起到了重要的连接作用，汽车2大结构和5大系统的水路、油路和气路等循环都广泛采用了金属制弯管。为了实现车用弯管的大批量、高效率的生产，弯管机的结构总在不断地改进中，由传统的弯管机变成了数控弯管机，而具有仿真软件的数控弯管机则可以实现弯曲过程自动化。

一个先进的折弯设备，可以使得弯曲过程自动化^[2]。与普通的弯管工艺相比，数控弯管工艺显得十分复杂，由于弯管过程中管材的形状总是随着弯管过程的变化而变化，很难预测，如果数控代码不正确，会影响管材的质量甚至造成事故。随着高包装密度、轻量化产品和管材尺寸精度的发展，对管材弯曲过程仿真的需求越来越大，成为管材数字制造的研究热点之一。

1.2数控弯管机工作原理

数控弯管机主要由机械部分、液压系统和PLC控制系统三大部分构成^[2]。机械部分主要有转管夹紧装置、弯管传动装置、助推装置、床身及弯管模等组成。弯管的具体过程如下图所示：（图见附件）

如上图所示，弯管的工作原理为：弯曲模固定在主轴上并随主轴一起转动，管子通过夹紧模固定在扇形弯曲模的夹紧槽上，移动式助推导向压料滑槽紧贴于管坯的弯曲外侧，当弯管模回转一角度时，管子就被缠绕在弯管模的周向，弯管模的旋转角度即为弯曲角度。在1根管件上实现的同半径三维多弯，主要有直线送料、空间转管以及弯管三大动作，即在完成一弯后，管件送到下一弯曲位置，并转过一空间角度，再进行下一弯，即可得到相同弯曲半径的空间弯管。弯管模决定了弯曲半径^[8,9,10]。

1.3国内外研究现状

直管弯曲成型过程是一种复杂成型加工过程，直管的弯曲加工过程仿真主要包括几何加工过程仿真和物理加工过程仿真两方面^[2,3]，几何加工过程仿真不考虑加工过程中力、热及其他因素的影响，只仿真机床、模胎和工件的综合几何运动并进行干涉检测，用以验证NC程序的正确性；物理加工过程仿真通过建立弯管加工过程的物理模型来预测弯管加工过程中的回弹、起皱、横截面畸变、开裂等工艺性问题，并通过弯管数控弯曲成形规律的掌握和工艺参数优化来达到提高加工质量和效率的目的。目前的相关研究主要是针对解决以下几个问题：

1.几何加工仿真