高强钢冷弯成型产品形状在线修正的研究

陈学旺

摘要：一种高强钢冷弯成型产品件回弹控制装置，包括对应设置的两辊轮支架，两辊轮支架共同支撑上轴、下轴和支撑立板，下轴安装成型辊轮，所述上轴设有斜辊轮安装块，斜辊轮安装块下部装配斜辊轮，斜辊轮与成型辊轮的位置上下对应;所述支撑立板的两端分别与各辊轮支架固定，支撑立板上设有立轴辊轮安装板，立轴辊轮安装板上装配立轴辊轮，立轴辊轮的高度位置与斜辊轮匹配。采用本发明，可对冷弯变形的产品件进行在线控制回弹，使所加工的高强钢产品件达到符合质量要求的成型效果。此外，本发明还具有结构简单、调整方便、调整精度高的特点。

关键词：高强钢;回弹控制装置;匹配;特点

一、研究的目的和意义

板材弯曲成型是板材成型的一种重要方法，在汽车、轮船、航空航天、电器、兵器等领域的应用极其广泛。但是，当今制造业市场的趋势是提高生产率以及产品质量，要求设计者不仅要缩短产品设计的周期，而且制造者要缩短产品制造的周期。在板材的弯曲成型过程中，由于几何非线性和材料非线性的存在，而且不同批次，不同厂家，不同规格的板材，其组织性能亦存在着差异，在这些因素的共同影响下，导致板材的成型过程无法精确的控制，成型结果难以准确预测，因而必会延长试模时间和产品开发周期[1]。因此，本课题建议研发一种在线控制系统，对生产过程中由于材质的因素而造成的弯曲角度偏差进行在线补偿，利用LabVIEW软件仿真角度在线控制器，并且通过角度传感器实时监测产品的成型角度，从而降低对材质本身的依赖性用以提高产品质量和成品率。

二、板材弯曲成型的研究现状及国内外发展趋势

弯曲回弹是指薄板成型之后当外载荷卸去后由弹性变形引起的形状改变。板材在加载时产生的变形由弹性变形和塑性变形两部分组成，当外载卸去后，弹性变形会消失，而塑性变形被保留下来，从而板材的形状发生了与加载时相反的变化。在实际生产中，对回弹的控制变得越来越重要。该课题国内外的研究状况，可以从文献库的搜索结果得知大概，从“bending” 、“springback”的检索结果来看，近十年来发表文章数量增长显著，说明它渐渐成为一个研究热点。但是区域分布来看，国内研究较少，成果主要集中在少数几个研究者。

三、 Creo、LabVIEW简介

1、 Creo简介

Creo是PTC公司在2012年8月底发布的设计软件包，它具备互操作性、开放、易用三大特点， 它帮助设计团队用2D，3D的模型创建，分析和直观的观察设计的产品。在产品生命周期中，不同的用户对产品开发有着不同的需求，Creo解决了困扰制造企业在应用CAD软件中的四大难题：软件的易用性、互操作性、数据转换的问题、装配模型满足复杂的客户配置需求。它采用全新的方法实现解决方案，提供一组可伸缩、可互操作、开放且易于使用的机械设计应用程序，为设计过程中的每一名参与者适时提供合适的解决方案。

2、 LabVIEW虚拟仪器控制程序简介

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）称为虚拟仪器程序，是由美国国家仪器公司（NI）研制开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果计算机上发表。LabVIEW与其它计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G语言编写程序，产生的程序是框图的形式，可以对软件对象进行图形化的组合操作，是一种直觉化的图形编程系统。LabVIEW开发环境集成了工程师和科研人员快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助用户解决编写代码过程中可能出现的实际问题，提高生产效率，在数据采集，自动控制，过程监控，自动测试和工业自动化等领域得到了广泛的应用。

LabVIEW的程序/子程序被称为虚拟仪器（VI）。每个VI包括三个部分：前面板（Front Panel）、程序框图（Block Diagram）和图标/连接器（Icon/Connector）。前面板提供众多输入控件和显示控件用于创建用户界面，模拟真实仪器。输入控件指旋钮、按钮、转盘等输入装置，用于设置输入参数;显示控件指图形、指示灯等输出显示装置，用于向用户提示状态或输出数据等。框图中的部件可以看成程序节点，这些部件都用连线链接，以定义框图中的数据流动方向。连接器是用来供其他的程序框图调用本VI之用。程序员可以利用前面板上的控制控件将数据输入正在运行的VI，或者用顯示控件将运算结果输出。世界上有成千上万的科研人员成功地使用LabVIEW解决了工作中的各种问题。

本次研究中，主要运用LabVIEW模拟板材冷弯成型在线修正的控制器，以实现对成型误差的在线修正。

四、主要研究内容、技术路线

1、主要研究内容

本文的主要研究内容如下：（1）以宽板V型弯曲成型为研究对象，对弯曲成型及回弹过程进行理论分析，了解板材弯曲成型的内部机理;（2）对冲压机械进行三维建模，并进行运动仿真，同时加工出实物模型;（3）建立在线控制器的数学模型，为在线修正控制系统提供可靠的模型支持，学习并练习使用LabVIEW软件，了解其各项功能，用其对控制器进行仿真;（4）设计一套高精度、低成本的角度测量传感器，对板材的成型角度进行测量;（5）将各个部分连接起来，进行调试，最终完成冷弯成型在线修正系统的搭建并对实验结果进行收集，分析，处理。

2、研究的技术路线

根据前面所述，所示的板材V型弯曲成型在线修正系统， 通过一个闭环反馈控制对成型角度偏差自动修正，它由三部分组成：控制器，角度传感器和冲压机械。首先将板材的目标弯曲角度输入控制系统，控制器会向电机发出相应的控制信号;电机带动齿轮传动机构使上下冲压模对板材进行冲压成型，顶模将板材压向底模的下部，假设底模轮廓是弧形的，这样可以避免板材接触底模的底部。角度传感器对成型角度进行测量，并通过闭环反馈与目标角度进行比较，若角度误差在规定的误差范围内，则加工结束，否则继续对产品角度进行修正。

参考文献：

[1] 官英平.板材V型自由弯曲智能化控制技术的研究[D].燕山大学博士学位论文

[2] 余同希，张亮炽，塑性弯曲理论及其应用[M].北京：科学出版社，1966：312-319