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摘 要

管材的复杂空间结构的弯曲件在航天航空、汽车、建筑等行业应用广泛，但传统的弯曲方法往往无法实现复杂的空间结构，且对于要求较高的成形质量也无法达到，所以自由弯曲成形方法便成为了当今新兴起的主流的管材弯曲方法。在管材弯曲过程中常见的缺陷有回弹、起皱、破裂等，其中回弹是弯曲结束卸载后必然出现的现象。影响回弹效果的因素也很多，如弯曲角尺寸、材料性能等。

本文将围绕自由弯曲成形方法，采用三轴联动的自由弯曲结构模型，通过在软件中建立简化的机构模型，对管材弯曲过程进行有限元仿真分析，将分析结果与理论模型对比，证明回弹现象的存在，再通过改变成形过程参数，如管材厚度、推进速度，对比其对管材自由弯曲成形效果的影响。

关键词：管材，自由弯曲，有限元仿真

Abstract

The bending parts of the complex spatial structure of pipe are widely used in aerospace, automobile, construction and other industries, but the traditional bending methods are often unable to achieve the complex spatial structure, and the high forming quality is also unable to achieve, so the free bending forming method has become the new emerging mainstream pipe bending method. In the process of pipe bending, the common defects are springback, wrinkling and cracking, among which springback is the inevitable phenomenon after unloading. There are also many factors that affect the springback effect, such as bending angle size, material properties and so on.

This paper will focus on the free bending forming method, adopt the free bending structure model of three-axis linkage, through the establishment of a simplified mechanism model in ABAQUS software, carry out the finite element simulation analysis of the pipe bending process, compare the analysis results with the theoretical model, prove the existence of rebound phenomenon, and then compare its effect on the pipe by changing the parameters of the forming process, such as the thickness of the pipe and the pushing speed The influence of the forming effect of free bending.

key word： Tube, Free bending, Finite element simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 传统弯曲成形方法 1

1.2.1 绕弯成形 1

1.2.2 滚弯成形 2

1.2.3 推弯成形 3

1.2.4 压弯成形 3

1.3 管材弯曲的研究方法 4

1.3.1理论分析 4

1.3.2实验研究 4

1.3.3有限元分析 5

1.4 本文研究内容 6

第二章 自由弯曲成形方法分析 7

2.1 引言 7

2.2 三轴自由弯曲成形机理 7

2.3自由弯曲成形应力应变分析 8

2.4 成型工艺分析 10

2.5 本章小结 14

第三章 有限元模拟 16

3.1 引言 16

3.2 ABAQUS简介 16

3.3 有限元模型仿真设置过程 16

3.4 不同成形阶段应力应变结果分析 20

3.5 对比理论模型分析 23

3.6 参数对成形效果影响 23

3.7 本章小结 25

第四章 总结 26

4.1 经济性 26

4.2 安全性与环保性 26

参考文献 27

致谢 31

第一章 绪论

引言

在选择毛坯件的时候，我们选择的管材，一般具有塑性这一特性，我们主要就是利用材料的塑性^[1]。在当今社会，对管材的研究一直在进行，而先进的塑性加工也未停止研究，这其中涉及的更多的实现整个产品的性能优越性，而且能够一定程度提升产品的性价比^{[ 2],[3]}。管材的塑性加工中最常见的就是管材的弯曲。管材的弯曲成形多应用在液体、气体的传输管路，不仅是简单的平面内的弯曲，还有三维空间的复杂结构弯曲，同时管材弯曲件在金属构件的问题上也有着一定程度的应用，所以，我们不断关心并且研究管材弯曲成技术，并持续推动着这项技术的快速发展。

一般我们在进行对管材弯曲成形进行研究的时候，材料的外侧壁会因为力的作用，严重下时候导致外壁的破坏，而相反的情形下，内壁则也有极有可能在力的作用下导致壁的厚度，甚至会产生皱纹，这种现象能够持续到成形的过程完成，这是管材加工领域一直存在的问题，解决这些加工问题提高成型质量与效率是极其重要的。

传统弯曲成形方法

我们所熟知的很多弯曲技术，例如，滚弯，压弯，都是一些比较主流成形手段，但成形手段分类应用都比较宽泛。有的手段，是传统的，而有的手段是比较先进的。当然，这些技术的最后产生的效果有着些许差异，并且各自都存在一定的优缺点。

绕弯成形

就对于目前的市场上了解到的信息而言，我们最为熟知的弯曲手段就是数控绕弯，其成形原理如下图1-1。而在我们对管材进行成型的时候，我们所设计的管材头尾都是被装置夹紧住的。这就导致，在机床的主要加工轴进行加工的时候，管材也会随加工方向一同旋转，坯件会和模型腔紧密贴合，往往会导致弯曲的效果超出预先设想，而管材的弯曲半径一般不会发生变化，在不断加工运动过程推动下，压块实现的功能就是送料。在实际的过程中，我们为了提升整体的质量要求指标，会加一个芯棒，以提高成型质量^[4]。

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