鈑金展開(kāi)計(jì)算方法簡(jiǎn)介

一、概述

鈑金的展開(kāi)計(jì)算有很多方法，傳統(tǒng)的鈑金折彎件加工工藝比較粗放，沒(méi)有精確的折彎展開(kāi)算法，多是先近似展開(kāi)并放樣落料，預(yù)留大量加工余量后折彎，然后再進(jìn)行切割或剪切類加工去除余料，這種加工方式工藝流程復(fù)雜、效率低、浪費(fèi)材料且加工質(zhì)量不易保證?，F(xiàn)代的鈑金折彎件加工工藝要求鈑金折彎展開(kāi)精確，折彎加工后無(wú)需后續(xù)切割或剪切類加工就可以成為理想的鈑金折彎件，這就要求精確計(jì)算鈑金折彎展開(kāi)尺寸，并畫出折彎展開(kāi)圖。本文擬通過(guò)K因子參數(shù)的設(shè)定，及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，將不同情況下鈑金的折彎展開(kāi)計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高展開(kāi)效率和準(zhǔn)確度，達(dá)到在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)鈑金工藝性能進(jìn)行全面考慮和處理的目的。2021/5/91二、鈑金折彎展開(kāi)長(zhǎng)度的改進(jìn)算法目前較常規(guī)的計(jì)算方法是以截面中心層計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)度，認(rèn)為中心層就是鈑金長(zhǎng)度始終不變的一個(gè)層，其長(zhǎng)度就是鈑金折彎展開(kāi)的長(zhǎng)度，它的位置剛好在板厚的一半處，對(duì)于一些要求精度不是太高的薄板大折彎角的零件，這種計(jì)算方法相對(duì)還是比較準(zhǔn)確的，但對(duì)于厚板小折彎角鈑金零件的折彎，由于其中心層長(zhǎng)度并非鈑金折彎展開(kāi)的長(zhǎng)度，以它的長(zhǎng)度下料后再折彎時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)零件尺寸偏大的情況，筆者結(jié)合工作實(shí)踐，采用K因子、折彎補(bǔ)償和折彎扣除、經(jīng)驗(yàn)算法4種方法對(duì)該算法加以改進(jìn)。1、K因子法K因子是指鈑金內(nèi)側(cè)邊到中性層距離和鈑金厚度的比值，通常板料在彎曲過(guò)程中通常外層會(huì)受到拉應(yīng)力而伸長(zhǎng)，內(nèi)層則受到壓應(yīng)力而縮短，在內(nèi)層和外層之間有一長(zhǎng)度保持不變的纖維層，稱為中性層。2021/5/92根據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長(zhǎng)度應(yīng)等于中性層的展開(kāi)長(zhǎng)度，由于彎曲時(shí)坯料的體積保持不變，所以在變形較大時(shí)，中性層會(huì)發(fā)生內(nèi)移，這也就是不能僅僅用截面中性層計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)度的原因。假如中性層位置以p表示（見(jiàn)圖1），則可以表示為式中，r為零件的內(nèi)彎曲半徑/mm；t為材料厚度/mm；K為中性層位移系數(shù)。鈑金彎曲示意圖如圖2所示。按中性層展開(kāi)的原理，坯料總長(zhǎng)度應(yīng)等于彎曲件中性層直線部分和圓弧部分長(zhǎng)度之和，即：式中，L為零件展開(kāi)總長(zhǎng)度/mm；α為彎曲中心角/(°)；L1和L2分別為零件彎曲部分起點(diǎn)和終點(diǎn)以外的直端長(zhǎng)度/mm。2021/5/93按照上面的公式，就能算出精確的折彎展開(kāi)長(zhǎng)度尺寸，可以看出，只要確定了參數(shù)K，即可計(jì)算出L，參數(shù)K則取決于鈑金厚度t和內(nèi)彎曲半徑r的大小。它們之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般r/t分別為0.1，0.25，0.5，1，2，3，4，5，≥6時(shí)，K因子對(duì)應(yīng)為0.23，0.31，0.37，0.41，0.45，0.46，0.47，0.48，0.5，-般零件的加工，r/t數(shù)值都在1附近，根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系中K因子計(jì)算的鈑金折彎展開(kāi)長(zhǎng)度還是很準(zhǔn)確的。對(duì)于r/t≥6的情況，鈑金折彎時(shí)板料基本不會(huì)再發(fā)生變形，那么中性層也就等于中心層了，K因子也相應(yīng)地變成了0.5，計(jì)算也相對(duì)容易很多，唯一影響的就是折彎過(guò)程中的回彈問(wèn)題，這種繁瑣的計(jì)算最適合計(jì)算機(jī)來(lái)完成，隨后出現(xiàn)的各種三維軟件如AutoCAD，SolidWorks，NX，Pro/E，Catia等也引入了鈑金模塊，而K因子就成為了這些軟件的首選參數(shù)，合理選擇K因子大大降低了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的工作量。2021/5/942、折彎補(bǔ)償法折彎補(bǔ)償算法是將零件的展開(kāi)長(zhǎng)度描述為零件每段直線長(zhǎng)度和折彎區(qū)域展平的長(zhǎng)度之和，展平的折彎區(qū)域的長(zhǎng)度則被稱為折彎補(bǔ)償值（δ），因此整個(gè)零件的長(zhǎng)度計(jì)算公式為其中，D1，D2分別為圓弧以外的2段直線長(zhǎng)度/mm；δ為圓弧段展平后的長(zhǎng)度/mm。折彎補(bǔ)償示意圖如圖3所示，即把折彎零件的直線段切下來(lái)平鋪，然后再將折彎區(qū)域展平接在平鋪的直線段中，得到的長(zhǎng)度就是展開(kāi)長(zhǎng)度。2021/5/953、折彎扣除法折彎扣除，通常是指回退量，和折彎補(bǔ)償一樣，也是一種用來(lái)描述鈑金折彎展開(kāi)的簡(jiǎn)單算法。折彎扣除法是指零件的展平長(zhǎng)度等于理論上的2段平坦部分延伸至交點(diǎn)（兩平坦部分的虛擬交點(diǎn)）的長(zhǎng)度之和減去折彎扣除(ε)，其示意圖如圖4所示。整個(gè)零件的長(zhǎng)度計(jì)算公式為：在折彎扣除中ε是個(gè)隱性值，不容易被直觀地理解，但通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)可以看出L1+L2永遠(yuǎn)會(huì)大于L，只是根據(jù)具體情況大的值不同而已。折彎補(bǔ)償和折彎扣除實(shí)際上是同一性質(zhì)的2種不同折彎展開(kāi)方式，它們之間存在著一種換算關(guān)系。綜合式①②可以演化出方程2021/5/96將折彎補(bǔ)償和折彎扣除體現(xiàn)在同一張圖上并在幾何形狀部分做幾條輔助線，形成2個(gè)直角三角形，如圖5所示。由圖5可知，α表示彎曲角，即零件在折彎過(guò)程中掃過(guò)的角度，r表示內(nèi)側(cè)彎曲半徑，t表示鈑金厚度。用一個(gè)直角三角形將L1，L2，D1，D2和α，r，t聯(lián)系起來(lái)，得出圖5右上角三角形關(guān)系．根據(jù)直角三角形各尺寸及三角函數(shù)原理，很容易得到經(jīng)過(guò)變換，可得利用同樣的方法，通過(guò)另一半直角三角形的關(guān)系，可以得到2021/5/97經(jīng)過(guò)變換，可得將方程④⑤代人方程③可以得到方程化簡(jiǎn)后得到δ與ε之間關(guān)系式：當(dāng)彎曲角度為90°時(shí)，由于tan(90°/2)=1，此方程可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：式⑥⑦為那些只熟悉一種算法的用戶提供了非常方便的從一種算法轉(zhuǎn)換到另一種算法的計(jì)算公式，而需要的參數(shù)只是材料的厚度、折彎角度及折彎半徑等。4、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法：鈑金折彎師傅在工作中根據(jù)實(shí)踐總結(jié)了一套自己的鈑金折彎展開(kāi)計(jì)算方法，下面結(jié)合伊斯丹鈑金常用結(jié)構(gòu)實(shí)例，介紹經(jīng)驗(yàn)計(jì)算鈑金折彎展開(kāi)計(jì)算的方法：2021/5/98如圖所示，現(xiàn)在要采用铇槽，折彎一根20x20的方管，板厚為1mm，铇槽剩余料厚a與客戶對(duì)折彎后的直角圓弧大小有關(guān)，也和料厚t的大小有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，料厚小于等于1mm時(shí)，a=0.4mm，料厚大于1mm時(shí)，a=t/2.圖示實(shí)例的L=2x(L1+L2)=2x((邊長(zhǎng)-1xa-0.2)+(邊長(zhǎng)-2xa))=2x((20-1x0.4-0.2)+(20-2x0.4))=77.2mm注：L1有一端是铇斷了，不管料厚多少，都是扣除0.2mm

2021/5/99下面通過(guò)開(kāi)槽折彎和不開(kāi)槽折彎來(lái)對(duì)比一下計(jì)算折彎展開(kāi)的不同：對(duì)于開(kāi)槽折彎，按照前面介紹的計(jì)算方法，計(jì)算展開(kāi)的總長(zhǎng)為：L=20-0.4+20-2x0.4+20-0.4=58.4mm對(duì)于不開(kāi)槽折彎，計(jì)算總長(zhǎng)的方法為：L=(20-1xt+k)+(20-2xt+2xk)+(20-1xt+1xk)=（20-1+0.2)+(20-2+2x0.2)+(20-1+0.2)=56.8mmt為料厚，k是系數(shù)，k的大小和料厚有關(guān)，一般在0.2-0.25之間，料越厚，K值越大。本例k選0.2.2021/5/910下面結(jié)合一個(gè)Z型的開(kāi)槽和不開(kāi)槽計(jì)算折彎展開(kāi)長(zhǎng)度：對(duì)于2mm的板，铇槽剩余料厚a取t/2=1mm，(如果客戶要求直接圓弧要小一些，a值就要選小于1mm）所以展開(kāi)長(zhǎng)度：L=15-1+20-2x1+15-1=46mm對(duì)于2mm厚的板，不铇槽折彎，系數(shù)k選0.25，所以展開(kāi)長(zhǎng)度：L=（15-2+0.25）+（20-2x2+2x0.25）+（15-2+0.25）=43mm2021/5/911下面結(jié)合一個(gè)多折彎工件開(kāi)槽和不開(kāi)槽示例來(lái)介紹計(jì)算方法：對(duì)于3mm厚的板，假定客戶要求直角的圓弧要小，這時(shí)剩余料厚選0.5mm，展開(kāi)長(zhǎng)度L=（40-0.5）+（30-2x0.5)+(30-2x0.5)+(10-0.5)=107mm；對(duì)于3mm厚的板，系數(shù)k選0.25，所以展開(kāi)長(zhǎng)度：L=（40-3+0.25）+（30-6+2x0.25)+(30-6+2x0.25)+(10-3+0.25)=93.5mm2021/5/912下面通過(guò)一個(gè)铇槽后反向折彎的例子介紹計(jì)算展開(kāi)的方法：對(duì)于如圖所示的铇槽后反折彎計(jì)算展開(kāi)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=(20-2+0.2)+(30-2x2+2x0.2)+(20-2+0.2)=62.8mm本文提出了K因子、折彎補(bǔ)償、折彎扣除、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法4種折彎展開(kāi)方式。K因子方式是基于折彎原理性的一種折彎展開(kāi)方式，不但精確度高，還可以調(diào)入三維軟件進(jìn)行批量折彎展開(kāi)，修改也相對(duì)方便，并可以積累建立自己的經(jīng)驗(yàn)表格