鈑金展開(kāi)計(jì)算方法研究及應(yīng)用

茅 杰，馬春華，錢(qián)宏輝，劉仁飛，王 杰

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

加工與制造

鈑金展開(kāi)計(jì)算方法研究及應(yīng)用

茅 杰，馬春華，錢(qián)宏輝，劉仁飛，王 杰

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

針對(duì)鈑金展開(kāi)計(jì)算情況，分別對(duì)鈑金中性層展開(kāi)計(jì)算、板料扣除計(jì)算、可視化窗口計(jì)算以及Creo自動(dòng)展開(kāi)計(jì)算進(jìn)行研究，將四者相融合，結(jié)合鈑金中性層展開(kāi)和板料扣除計(jì)算出鈑金折彎Y因子，得出精確的鈑金展開(kāi)計(jì)算方法，再通過(guò)設(shè)置折彎特征Y因子和重新定義鈑金折彎表，利用Creo軟件進(jìn)行自動(dòng)展開(kāi)。其計(jì)算結(jié)果精確，過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，效率較高，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有較好的應(yīng)用。

鈑金；展開(kāi)；中性層；Creo；Y因子；折彎表

0　引言

隨著工業(yè)智能化的快速發(fā)展，電氣智能控制柜需求日益劇增。鈑金機(jī)柜具有承受較重載荷，結(jié)構(gòu)剛性好，造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，在電力設(shè)備中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于鈑金件來(lái)說(shuō)，計(jì)算其毛坯展開(kāi)尺寸是制定彎曲件加工工藝方案的前提，鈑金件毛坯展開(kāi)尺寸正確與否，直接關(guān)系到鈑金件的尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量，有時(shí)毛坯計(jì)算不準(zhǔn)確還會(huì)造成廢品的風(fēng)險(xiǎn)［1］。因此，折彎鈑金件展開(kāi)圖的準(zhǔn)確繪制尤其重要。本文結(jié)合中性層理論展開(kāi)計(jì)算、板料扣除計(jì)算兩個(gè)方面，利用VB6.0開(kāi)發(fā)鈑金折彎展開(kāi)軟件，同時(shí)采用Creo三維軟件實(shí)現(xiàn)鈑金件的自動(dòng)展開(kāi)，大大提升了折彎鈑金件的展開(kāi)效率和精度。

1　鈑金折彎展開(kāi)理論計(jì)算

1.1中性層理論計(jì)算

鈑金毛坯在折彎過(guò)程中外層受到拉應(yīng)力而拉長(zhǎng)，內(nèi)層受到壓應(yīng)力而縮短。在內(nèi)、外層之間有一段長(zhǎng)度保持不變的纖維層稱為中性層［2］。因此在展開(kāi)過(guò)程中可以中性層為基準(zhǔn)進(jìn)行理論展開(kāi)計(jì)算。如圖1所示為利用中性層計(jì)算折彎成型后的鈑金件，虛線為中性層位置。

圖1　中性層計(jì)算成型后鈑金件

式中：L為鈑金坯料中性層展開(kāi)總長(zhǎng)度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內(nèi)側(cè)半徑；

λ為中性層距板料內(nèi)側(cè)距離。

因此，根據(jù)中性層定義，折彎鈑金件的展開(kāi)長(zhǎng)度等于中性層長(zhǎng)度L。

1.2板料扣除計(jì)算

折彎扣除又稱折彎變形區(qū)的修正。其計(jì)算公式為：

根據(jù)圖2所示為利用板料扣除計(jì)算成型后鈑金件，其展開(kāi)長(zhǎng)度如式（3）所示。

圖2　板料扣除計(jì)算成型后鈑金件

式中：L為鈑金坯料展開(kāi)總長(zhǎng)度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內(nèi)側(cè)半徑；

x為折彎扣除值。

對(duì)于一臺(tái)折彎?rùn)C(jī)而言，折彎扣除數(shù)據(jù)的獲取，一般根據(jù)生產(chǎn)量的大小采用經(jīng)驗(yàn)法或試驗(yàn)法，現(xiàn)采用經(jīng)驗(yàn)法，即選用大量試驗(yàn)樣板，折出不同的角度，測(cè)量折彎前后的數(shù)據(jù)，求其算數(shù)平均數(shù)［3］。

現(xiàn)采用Sanfan折彎?rùn)C(jī)，型號(hào)為150-3100，對(duì)板厚1.5mm，材料為Q235A，尺寸為200×100mm的鋼板進(jìn)行折彎（拍平除外），折彎上模刀尖半徑為1mm，測(cè)得15組折彎試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示。

計(jì)算其算數(shù)平均數(shù)X=2.396。

同理，使用控制變量法，計(jì)算出不同板厚在折彎和拍平情況下的扣除值，如表2所示。

表1　板厚1.5mm，Q235A折彎數(shù)據(jù)

表2　不同板厚的折彎扣除值

令：

聯(lián)立式（1）與式（3），可得：

式中Y即為鈑金折彎Y因子，根據(jù)式（4），可對(duì)不同板厚，不同的折彎角度計(jì)算出其折彎K因子值。

2　可視化窗口計(jì)算

鈑金折彎展開(kāi)在進(jìn)行手動(dòng)展開(kāi)計(jì)算時(shí)由于計(jì)算工作量較大，需要進(jìn)行多次運(yùn)算，效率較低，且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。在板料扣除計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用VB6.0進(jìn)行編程操作，設(shè)計(jì)可視化窗口，分別對(duì)90°折彎、非90°折彎、拍平以及圓弧折彎進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算，如圖3所示。

圖3　可視化窗口計(jì)算

圖4　零件折彎尺寸

折彎展開(kāi)人員僅需將每道折彎的外尺寸輸入相應(yīng)位置，即可計(jì)算出折彎展開(kāi)長(zhǎng)度。例如，計(jì)算一零件的展開(kāi)長(zhǎng)度，板厚為1.5mm，內(nèi)折彎半徑為1mm，其折彎尺寸圖4所示。展開(kāi)計(jì)算時(shí)，將零件的各個(gè)折彎邊按90°折彎、非90°折彎和拍平進(jìn)行分類填入窗口中，計(jì)算出其展開(kāi)尺寸，結(jié)果為685.37mm，如圖5所示。

圖5　可視化窗口計(jì)算結(jié)果

3　三維軟件直接展開(kāi)

隨著制造業(yè)信息化的不斷發(fā)展，CAD/CAM/CAE等軟件的交互和信息的逐漸順暢，三維建模軟件在鈑金設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。Creo作為PTC公司最新推出的一款參數(shù)化三維軟件系統(tǒng)，在鈑金設(shè)計(jì)方面有較大的優(yōu)勢(shì)。此處利用Creo軟件對(duì)復(fù)雜鈑金零件實(shí)現(xiàn)直接展開(kāi)［4］。鈑金件的Creo展開(kāi)方法是一種參數(shù)化、智能化的設(shè)計(jì)過(guò)程，是在程序模擬鈑金件加工過(guò)程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行折彎展開(kāi)的。首先對(duì)設(shè)計(jì)人員的三維模型進(jìn)行鈑金環(huán)境加載定義，然后直接通過(guò)展開(kāi)命令進(jìn)行展開(kāi)，再導(dǎo)出，設(shè)置為dxf的展開(kāi)圖即可。

3.1設(shè)置Y因子直接展開(kāi)

Creo軟件直接展開(kāi)，計(jì)算鈑金展開(kāi)長(zhǎng)度的公式為：

式中：L為鈑金坯料折彎處展開(kāi)長(zhǎng)度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內(nèi)側(cè)半徑；

Y為鈑金折彎Y因子。

代入式（4）可得：

結(jié)合表2中不同板厚的扣除值，即可計(jì)算出鈑金展開(kāi)長(zhǎng)度。因此，在Creo中進(jìn)行鈑金展開(kāi)，僅需將在此零件的鈑金環(huán)境設(shè)置其Y因子值，即可實(shí)現(xiàn)展開(kāi)。

3.2設(shè)置鈑金折彎表直接展開(kāi)

利用Y因子展開(kāi)計(jì)算，前提需要結(jié)合式（4）和表2計(jì)算出Y因子的值，才能夠精確計(jì)算出鈑金零件的展開(kāi)長(zhǎng)度，較為繁瑣。Creo軟件中帶有鈑金折彎表可用于精確計(jì)算具有特定半徑及角度的鈑金折彎的展開(kāi)長(zhǎng)度。

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于折彎內(nèi)R角度不夠重視，其值范圍在0.1～3mm之間，在工藝人員展開(kāi)過(guò)程中設(shè)置較多，較為繁瑣。因此，在基于折彎扣除的研究上，對(duì)Creo中折彎表重新編輯定義，在折彎表中列有300多種折彎內(nèi)徑r和材料板厚的組合，忽略了折彎內(nèi)R值對(duì)鈑金展開(kāi)的影響，如圖6所示。

在電氣柜的設(shè)計(jì)加工過(guò)程中，直角折彎占有較大的比重，工藝人員在展開(kāi)計(jì)算時(shí)僅需直接加載新定義的折彎表，即可直接展開(kāi)。對(duì)于一些非直角折彎，需以折彎表的計(jì)算公式乘以（θ/90），或者對(duì)非直角折彎特征進(jìn)行折彎系數(shù)定義，可得到折彎區(qū)的展開(kāi)長(zhǎng)度。

圖6　重新定義的折彎表

以上折彎表并不適用于鈑金件的拍平折彎，因此在進(jìn)行拍平處進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算時(shí)，需在零件繪制界面，定義其折彎系數(shù)，然后再加載折彎表進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算。

同樣，以圖4中的零件為例，其利用Creo軟件直接展開(kāi)計(jì)算步驟如下：

1）在零件三維圖編輯界面，選取其拍平邊進(jìn)行重新編輯，定義其折彎余量中的Y因子值為0.8；

2）加載鈑金折彎表；

3）直接對(duì)其進(jìn)行展開(kāi)，通過(guò)測(cè)量其展開(kāi)長(zhǎng)度為685.4mm；

4）經(jīng)可視化窗口計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算；

5）新建繪圖，導(dǎo)出1：1展開(kāi)圖。

按照上述步驟，對(duì)圖4零件通過(guò)Creo自動(dòng)展開(kāi)，其計(jì)算結(jié)果較為精確，可直接用于生產(chǎn)加工。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文分別利用理論方法、可視化窗口計(jì)算方法和Creo自動(dòng)展開(kāi)對(duì)鈑金零件進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算，相較于可視化窗口計(jì)算和理論計(jì)算，Creo自動(dòng)展開(kāi)計(jì)算能夠直接反映鈑金零件板料開(kāi)孔特征，效率較高。理論計(jì)算和可視化窗口計(jì)算是對(duì)Creo自動(dòng)展開(kāi)計(jì)算的輔助支撐，得出精確的展開(kāi)，且效率較高。

［1］ 李英杰.鈑金壓彎技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］ 劉二恩，史航，程林志，王凱，趙東峰.Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)90°角鈑金件1：1展開(kāi)的二次開(kāi)發(fā)及應(yīng)用［J］.新技術(shù)新工藝，2013，06：42-45.

［3］ 宋一祥，孟憲禮，耿亞琳.折彎因子K、折彎扣除對(duì)鈑金折彎的影響及轉(zhuǎn)換［J］.金屬加工（熱加工），2015，21：15-16.

［4］ 詹友剛.Creo1.0 鈑金設(shè)計(jì)教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Research and application of sheet metal unfolding calculation method

MAO Jie， MA Chun-hua， QIAN Hong-hui， LIU Ren-fei， WANG Jie

TG386

A

1009-0134（2016）10-0070-04

2016-04-12

茅杰（1989 -），男，江蘇泰州人，工程師，碩士，主要從事鈑金生產(chǎn)加工研究。