基于側(cè)向折彎零件設(shè)計(jì)的鈑金技術(shù)運(yùn)用探究

薛 飛

（日立樓宇設(shè)備制造（天津）有限公司，天津 301802）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備越來越多地被應(yīng)用，極大地推動了生產(chǎn)加工工藝的發(fā)展。鈑金零件作為機(jī)械零件中的重要組成部分，在機(jī)械行業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。而鈑金零件中的側(cè)向折彎零件，是數(shù)控鈑金加工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，一般的數(shù)控鈑金機(jī)床都不會提供相應(yīng)的側(cè)彎加工模具及加工方法。

1 鈑金技術(shù)的特點(diǎn)

鈑金指針對金屬薄板（一般厚度小于6 mm）的一種綜合冷加工工藝，包括剪切、沖、折、焊接、拼接、鉚接、成型等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控鈑金、激光切割等工藝被廣泛應(yīng)用，使得鈑金零件的生產(chǎn)效率大大提高，甚至實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。

就目前的發(fā)展情況來看，數(shù)控鈑金機(jī)床在設(shè)計(jì)、使用過程中，通常并不會提供適用于本企業(yè)產(chǎn)品的專用的側(cè)向折彎模具以及鈑金加工工藝。因此，生產(chǎn)企業(yè)需要在充分考慮自身工藝技術(shù)和數(shù)控鈑金機(jī)床性能的前提下，對側(cè)向折彎零件以及相應(yīng)的鈑金技術(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，同時(shí)必須對其通用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性進(jìn)行評估，使其能夠更加高效地完成零件的加工工作，同時(shí)便于維護(hù)和管理，并能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行升級和改造，最終實(shí)現(xiàn)零件的批量化生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 基于側(cè)向折彎零件設(shè)計(jì)的鈑金技術(shù)運(yùn)用

一般情況下，鈑金件的加工包含2種工序：（1）先落料，后加工；（2）先完成側(cè)彎角的壓制工作，然后落料。由于加工工序的差異，需要的加工模具也存在較大的不同。根據(jù)相關(guān)工藝分析，側(cè)向折彎零件一般不可能一次成型，其加工的難點(diǎn)在于零件側(cè)面的壓型成角。如果采用第1種加工工序，則后續(xù)工序就無法采用簡單的方法進(jìn)行料的進(jìn)給，從而需要采用復(fù)合模具進(jìn)行加工，其結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。而如果采用第2種加工工序，則可以使用成本相對較低的級進(jìn)模具進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)加工，其基本工序主要包括以下幾個(gè)步驟：對定位基準(zhǔn)孔進(jìn)行沖剪→壓凸位→沖出壓型處位置→壓出兩端彎角→壓出型角→整體落料。

下面結(jié)合某微波爐門體側(cè)向折彎零件的設(shè)計(jì)，對鈑金折彎技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行簡單分析。

2.1 零件工藝分析

該微波爐門體零件采用的是厚度為0.6 mm的薄鋼板，由于是微波爐的外觀元件，直接關(guān)系著其美觀性，因此對于質(zhì)量的要求相對較高，要做到精確設(shè)計(jì)。零件成型后，整體外觀尺寸為366 mm×258 mm，高度為18.8 mm。在加工過程中，零件需要經(jīng)過沖孔、彎曲、側(cè)向折彎以及落料等工序。綜合考慮零件的精準(zhǔn)度、美觀性以及加工的經(jīng)濟(jì)性，決定使用復(fù)合模具來實(shí)現(xiàn)零件的成型過程。這是因?yàn)槭芗夹g(shù)條件的限制，如果盲目追求一次成型，則難度較大，故采用2套復(fù)合模具共同完成零件的設(shè)計(jì)和加工。

2.2 加工參數(shù)計(jì)算

在對模具進(jìn)行設(shè)計(jì)前，需要準(zhǔn)確計(jì)算各種相關(guān)參數(shù)，以確保模具的精準(zhǔn)度。下面對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 彎曲力的計(jì)算

一般來說，常見的加工彎曲力包括直角接觸、V形接觸以及U形接觸等。下面以U形接觸為例，對其彎曲力進(jìn)行計(jì)算。接觸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 U形接觸

可以通過下式計(jì)算彎曲力：

式中，P為工件彎曲時(shí)需要對其施加的壓力（N）；C為與工件彎曲相關(guān)的系數(shù)；B1為彎曲件的寬度（mm）；t為工件的厚度（mm）；σb為工件原料的抗拉強(qiáng)度（N／mm2）；r為工件的彎曲半徑（mm）。

根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在U形接觸彎曲中，C的取值約為1.0～1.3。結(jié)合工件材料自身的機(jī)械性能，取σb＝400 N／mm2。帶入公式，可以得出P的準(zhǔn)確數(shù)值，為工件的加工提供可靠參數(shù)。

2.2.2 彎曲件的展開尺寸

側(cè)向折彎零件的展開尺寸主要包括工件的直線部分以及彎曲部分，直線部分并不需要進(jìn)行計(jì)算，直接使用相應(yīng)的工具進(jìn)行測量即可得出準(zhǔn)確數(shù)值，因此只需要對彎曲部分進(jìn)行計(jì)算即可。一般情況下，計(jì)算彎曲件展開尺寸主要有公式法和計(jì)算機(jī)仿真法2種方法。這里以圖1中的U形件為例，對公式法的相關(guān)計(jì)算進(jìn)行分析。

采用的公式為：式中，A為圓角部分的展開長度（mm）；Kt為中性層系數(shù)；α為彎曲件圓角部分的圓心角。

則根據(jù)公式，結(jié)合實(shí)際情況，彎曲件展開后的整體寬度為：

式中，a2、A1、A2、b1均為圓角區(qū)不同部分的展開寬度（mm）。

而彎曲件展開后的整體長度也可以使用同樣的方法進(jìn)行計(jì)算：

2.2.3 彎曲回彈計(jì)算

彎曲回彈是指卸載后零件的彎曲角形狀以及尺寸會出現(xiàn)相應(yīng)變化的現(xiàn)象。通常情況下，零件回彈的程度可以用彎曲后工件自身的實(shí)際彎曲角與模具彎曲角之間的差值（回彈角）來表示。彎曲件的回彈角如圖2所示。

圖2 彎曲件的回彈角

確定回彈角可以采用以下幾種方法：

（1）公式計(jì)算法。如圖2所示，凸模的圓角半徑以及彎曲角度可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：式中，r凸為凸模的圓角半徑（mm）；r0為工件自身的圓角半徑（mm）；E為材料自身的彈性模數(shù)，這里根據(jù)實(shí)際情況取190 MPa；σs為工件材料的屈服強(qiáng)度，這里取20 MPa；t為材料厚度（mm）；α0為工件的彎曲角度（°）；α為回彈角度（°）。

（2）CAE回彈模擬。指利用Dynaform計(jì)算機(jī)軟件，對工件的回彈進(jìn)行模擬。在實(shí)際操作中，首先要在UG中建立零件的片體數(shù)模，將數(shù)模導(dǎo)入Dynaform軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分、材料定義、數(shù)據(jù)加載等相關(guān)操作，為模擬工作做好前期準(zhǔn)備。然后利用軟件中的LS-Dyna求解器，實(shí)現(xiàn)工件的成型模擬。

3 結(jié)語

側(cè)向折彎零件的整個(gè)加工流程包括拉伸、彎曲、落料等，在實(shí)際操作中，要確保各個(gè)工序之間的正常銜接，精確計(jì)算和控制好各項(xiàng)參數(shù)，以免影響零件加工質(zhì)量。總而言之，對相關(guān)技術(shù)人員而言，基于側(cè)向折彎零件設(shè)計(jì)的鈑金技術(shù)十分重要，其直接關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此要高度重視。

［1］邢薇，張雅杰.側(cè)向折彎零件設(shè)計(jì)中的鈑金技術(shù)分析［J］.科技與企業(yè)，2012（11）

［2］石峰，羅志亮.側(cè)向彎折零件設(shè)計(jì)中的鈑金技術(shù)分析［J］.科技傳播，2013（4）

［3］邢占雨，王陽.機(jī)床鈑金零件基礎(chǔ)構(gòu)造與其工藝［J］.硅谷，2014（1）