《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》是中聯重科股份有限公司於2013年7月8日申請的專利，該專利的公布號為CN103345558A，公布日為2013年10月9日，發明人是鐘懿、鄧創華、劉立成、王霄騰、周浩。該發明涉及控制領域。
《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》所述方法包括：步驟1，利用數值模擬計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；步驟2，針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力；步驟3，根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。該發明實現了高強鋼材料研究、折彎全過程自動仿真與折彎成形設備的系統集成和過程自動化，避免了人工重複操作；採用仿真計算結果，避免了大量重複性試驗，節省材料和時間，提高了效率。
2017年12月11日，《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種控制高強鋼折彎的方法及系統
- 申請人：中聯重科股份有限公司
- 申請日：2013年7月8日
- 申請號：2013102842654
- 公布號：CN103345558A
- 公布日：2013年10月9日
- 發明人：鐘懿、鄧創華、劉立成、王霄騰、周浩
- 地址：湖南省長沙市嶽麓區銀盆南路361號
- 分類號：G06F17/50(2006.01)I
- 代理機構：北京潤平智慧財產權代理有限公司
- 代理人：陳瀟瀟、南毅寧
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
圖1為一般的折彎機結構示意圖，其可以分為上模和下模，中間陰影部分為高強鋼（例如高強鋼板）。通過固定下模，上模往下運動將高強鋼板折彎。上模往下運動的位移大小稱為進給量d。如圖2所示，由於高強鋼板有回彈現象，為了得到所需折彎角度θ0，實際的折彎角度必須是一個小於θ0的角度θ1。如果在撤掉上模後，高強鋼板折彎角正好回彈到θ0，則說明進給量d合適。如圖3所示高強鋼板，假設需要折彎成θ0＝95°，則實際施加的進給量d使鋼板折彎成θ1＝75°，如果撤掉上模後，高強鋼板正好回彈了Δθ＝20°，則說明所取的進給量d合適。但是，2013年7月之前的技術中進給量都是通過若干次試驗得到，不利於開發新的產品。
發明內容
專利目的
該發明的目的是提供一種控制高強鋼折彎的方法及系統，以便快速準確地得到符合質量要求的工件。
技術方案
《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》所述方法包括：步驟1，利用數值模擬模組計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；步驟2，針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力；步驟3，根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
相應地，該發明提供了一種控制高強鋼折彎的系統，該系統包括：數值模擬模組，用於計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；控制參數轉換模組，用於針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力；折彎執行模組，用於根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
改善效果
《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》實現了高強鋼材料研究、折彎全過程自動仿真與折彎成形設備的系統集成和過程自動化，避免了人工重複操作；採用仿真計算結果，避免了大量重複性試驗，節省材料和時間，提高了效率。
附圖說明
圖1是折彎機的結構示意圖；
圖2是高強鋼板回彈示意圖；
圖3是該發明提供的控制高強鋼折彎的系統示意圖；
圖4是該發明提供的撓度補償曲線；
圖5是該發明中目標折彎深度計算示意圖；
圖6是該發明提供的控制高強鋼折彎的方法流程圖。
附圖示記說明：100數值模擬模組、200控制參數轉換模組、300折彎執行模組。
權利要求
1.一種控制高強鋼折彎的方法，其特徵在於，該方法包括：步驟1，利用數值模擬計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；步驟2，針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力；步驟3，根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2中，根據撓度補償曲線對機架變形進行撓度補償。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，撓度補償曲線通過如下方式得到：計算折彎機的載入壓力P＝K×t×σ×L/b；通過對所述折彎機施加所述載入壓力，得到折彎機沿長度方向的變形值，並繪製變形曲線；將所述變形曲線進行鏡像得到變形補償曲線作為撓度補償曲線；其中t為高強鋼板的厚度，σ為高強鋼板的抗折強度，L為高強鋼板長度，b為折彎機的凹模開口寬度，K為所述折彎機的折彎係數。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述高強鋼板的材料採用米塞斯屈服條件及隨動強化模型。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟3中，所述目標折彎深度為所述折彎機的油缸位移。
6.根據權利要求1-5任意一項所述的方法，其特徵在於，該方法還包括：步驟4，對摺彎後的高強鋼進行檢測；步驟5，在折彎後的高強鋼的實際折彎角度不符合目標折彎角度的情況下，繼續控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
7.一種控制高強鋼折彎的系統，其特徵在於，該系統包括：數值模擬模組，用於計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；控制參數轉換模組，用於針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力；折彎執行模組，用於根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述控制參數轉換模組，用於根據撓度補償曲線對機架變形進行撓度補償。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述控制參數轉換模組包括撓度補償模組；所述撓度補償模組，用於計算折彎機的載入壓力P＝K×t×σ×L/b；通過對所述折彎機施加所述載入壓力，得到折彎機沿長度方向的變形值，並繪製變形曲線；將所述變形曲線進行鏡像得到變形補償曲線作為撓度補償曲線；其中t為高強鋼板的厚度，σ為高強鋼板的抗折強度，L為高強鋼板長度，b為折彎機的凹模開口寬度，K為所述折彎機的折彎係數。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述高強鋼板的材料採用米塞斯屈服條件及隨動強化模型。
11.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述目標折彎深度為所述折彎機的油缸位移。
12.根據權利要求7-11任意一項所述的系統，其特徵在於，該系統還包括檢測模組，用於對摺彎後的高強鋼進行角度檢測；所述折彎執行模組，還用於在折彎後的高強鋼的實際折彎角度不符合目標折彎角度的情況下，繼續控制所述折彎機折彎所述高強鋼。
實施方式
由於高強鋼本身所存在的回彈特性，因此為了提高效率和節約試驗成本，需要在對高強鋼彎折前首先進行一些數值模擬的工作，例如可以通過有限元分析軟體（例如ANSYS）對高強鋼板和折彎機進行一些仿真，從而得到符合要求的工藝參數，例如初始折彎角度以及目標折彎深度。根據這些參數進行換算，可以得到折彎機需要載入的壓力、撓度補償以及折彎機的油缸位移等等，控制折彎機按照這些參數工作，可以有效和快速地得到期望的工件，從而能夠節約成本，提高效率。
如圖3所示，該發明提供了一種控制高強鋼折彎的系統，該系統包括：數值模擬模組100，用於計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度；控制參數轉換模組200，用於針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力，例如載入壓力P＝K×t×σ×L/b，其中t為高強鋼板的厚度，σ為高強鋼板的抗折強度，L為高強鋼板長度，b為凹模開口寬度，K為所述折彎機的折彎係數；折彎執行模組300，用於根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼。具體而言，數值模擬模組100可以對待折彎的鋼板和折彎機進行建模，並根據試驗得到的材料參數或者產品提供者的材料參數對模型中使用的材料進行設定，並給出工藝目標值（例如目標折彎角度，即經過折彎回彈變形之後，穩定的不再變化的角度），通過仿真運算可以得到待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度。之所以進行撓度補償，是因為折彎機的壓力非常大，在折彎高強鋼的過程中，折彎機本身也會發生變形，例如下模會發生變形，從而使得仿真計算得到參數不能直接適用，需要進行相應的補償之後才能達到預期的需求。折彎執行模組300可以根據需要載入的壓力輸出油缸壓力，通過折彎機上模施加至待折彎的高強鋼板，並根據目標折彎深度和撓度補償來控制折彎機的油缸位移。
數值模擬模組100在仿真的過程中，如果待折彎的高強鋼為構件，則宜採用平面應變單元模擬。為保證計算精度，在板材厚度方向要保證至少有13個積分點，每個單元沿長度方向與厚度方向的邊長比值控制在5以內。如果待折彎的高強鋼為板件，則宜採用解析剛體模擬。
在高強鋼板模型中，可以定義長度L，寬度W，厚度t，並可以確定建模規則，包括格線剖分尺寸、數目、間距。在折彎機模型中，可以定義沖頭半徑R，開口尺寸b，圓角半徑r。還可以從材料庫中調用材料的力學參數，包括彈性模量E、泊松比ν、屈服強度σs，抗拉強度σb，強化係數K，硬化指數n，厚向異性係數L0、L45、L90。以及通過材性試驗獲取的應力-應變曲線數據。材料採用希爾各向異性屈服準則及隨動強化模型，以下為希爾屈服函式，當F=G=H=0.5，L=M=N=1.5時即為米塞斯屈服條件。
f(σ)＝[F(σyy-σzz)+G(σzz-σxx)+H(σxx-σyy)+2(Lσzy+Mσzx+Nσxy)]-Y＝0；其中，σxx，σxy，σzy，σzx，σyy，σzz是6個應力分量，F、G、H、L、M、N是根據板材各向性能L0、L45和L90計算得到的參數，Y是材料的等效屈服應力。
優選地，所述控制參數轉換模組200，用於根據撓度補償曲線對機架變形進行撓度補償。由於撓度補償的具體值與待折彎的高強鋼板以及折彎機本身的屬性有非常大的關係，該發明通過實驗來確定具體的補償值，也就是說需要預先進行一些實驗來確定需要補償的幅度。
優選地，所述控制參數轉換模組200包括撓度補償模組；所述撓度補償模組，用於計算折彎機的載入壓力P＝K×t×σ×L/b；通過對所述折彎機施加所述載入壓力，得到折彎機沿折彎機的長度方向的變形值，並繪製變形曲線；將所述變形曲線進行鏡像得到變形補償曲線作為撓度補償曲線；其中t為高強鋼板的厚度，σ為高強鋼板的抗折強度，L為高強鋼板長度，b為凹模開口寬度，K為所述折彎機的折彎係數。該發明提供的一種撓度補償曲線如圖4所示。
優選地，所述目標折彎深度為所述折彎機的油缸位移。油缸位移的計算方法如圖5所示，其中折彎機上模的沖頭在起始位置時，油缸的坐標為Y0，折彎機上模的沖頭與待折彎的高強鋼接觸時，油缸的坐標為Y1，折彎機上模的沖頭達到彎折的目標折彎深度時，油缸的坐標為Y2，由此可以算出目標折彎深度=Y2-Y1。此僅為示例的計算方式，也可以採用其他的計算方式，例如以沖頭與高強鋼接觸的地方作為原點進行計算等等。為了使得折彎角度達到目標折彎角度θ，需要在折彎的過程中使彎折角度達到初始彎折角度θ2，θ2<θ，在折彎機的沖頭離開被折彎的高強鋼板之後，高強鋼板通過回彈，可以使得折彎角度達到目標折彎角度θ，從而完整整個折彎的過程。
優選地，該系統還包括檢測模組，用於對摺彎後的高強鋼進行角度檢測；所述折彎執行模組，還用於在折彎後的高強鋼的實際彎折角度不符合目標折彎角度的情況下，繼續控制所述折彎機折彎所述高強鋼。鑒於仿真系統與真實系統存在一些差距，以及材料的特性可以與得到的參數並不完全一致等原因，在進行折彎之後得到的工件可能不符合質量的要求，也就是說實際的彎折角度和目標彎折角度不符，例如實際的彎折角度與目標彎折角度之間的誤差大於預定值，此時可以控制折彎機再次對所述待折彎的高強鋼進行折彎，直至符合目標折彎角度為止。可以在操作的過程中設定折彎的次數，在折彎次數達到預設值時，還沒有達到預設的目標折彎角度，則可以結束整個折彎過程。需要說明的是，此處所考慮的情形為，鑒於高強鋼良好的回彈特性，折彎的角度可能達不到預期的需求，如果折彎的角度超過預期的角度，並且大於誤差允許的範圍，那么這個折彎操作就失敗了。
相應地，如圖6所示，該發明提供了一種控制高強鋼折彎的方法，該方法包括：利用數值模擬計算待折彎高強鋼的初始折彎角度和目標折彎深度（步驟601）；針對摺彎機的機架變形進行撓度補償，並計算出所述折彎機需要載入的壓力（步驟602）；根據所述目標折彎深度、所述撓度補償以及所述需要載入的壓力控制所述折彎機折彎所述高強鋼（步驟603）；檢測折彎後的高強鋼是否符合目標折彎角度（步驟604），例如折彎角度是否達到了目標折彎角度，如果達到了目標折彎角度，則結束整個流程，否則繼續控制折彎機折彎所述高強鋼（步驟603）。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種控制高強鋼折彎的方法及系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
