鋼板冷彎曲件展開尺寸的計算

摘 要：集裝箱吊具是碼頭港口機械進行集裝箱裝卸作業的重要搬運設備，此吊具設備的安全性是確保碼頭進行安全作業的重要保障。集裝箱的主體結構是由以鋼板為原材料，通過對鋼板切割、冷彎曲成形、然后采用先進焊接工藝進行組裝而成的鋼結構設備。由于吊具的結構特點，此產品的好多結構型零件都是鋼板的彎曲成形件，為了保證這些冷彎曲零件的板材下料時的準確性，非常有必要對這些冷彎曲件展開尺寸的計算進行科學的研究和分析，以便滿足生產的需要，降低生產成本，充分提高材料的合理利用率。文章詳細簡述了相關彎曲零件展開尺寸的計算方法。

關鍵詞：集裝箱吊具；板材的冷彎曲成形；冷彎鋼板彎曲件展開下料尺寸；冷彎曲半徑R；板材厚度T；冷彎鋼板彎曲件中性層；中性層偏移量；冷彎鋼板彎曲件展開下料尺寸的計算

常熟眾達機械工程有限公司是一家新加坡獨資企業，其投資人是新加坡眾達公司，新加坡眾達公司創立于1961年，是世界著名的鋼鐵工業和建筑業工程材料制造商。2005年，新加坡眾達公司在江蘇常熟沿江經濟開發區建立了獨資工廠—常熟眾達工程機械有限公司。常熟眾達工程機械有限公司位于江蘇常熟經濟開發區沿江工業園出口加工區，生產各種規格和噸位的碼頭港口集裝箱運輸吊具，產品主要銷往亞太、中東和歐美地區。集裝箱吊具（見圖1）是碼頭港口機械進行集裝箱裝卸作業的重要搬運設備，此吊具設備的安全性是確保碼頭進行安全作業的重要保障。集裝箱吊具的主要結構由以下幾大部分組成：（1）集裝箱吊具的箱梁結構（吊具的主體結構）；（2）集裝箱吊具的伸縮梁（臂）結構（以便滿足吊運不同尺寸的集裝箱箱柜）；（3）電氣控制和液壓系統動力裝卸；（4）驅動伸縮梁（臂）伸縮的牽引裝置；（5）同集裝箱柜連接的旋鎖機構；（6）其他相關的附屬設施機構。

圖1

集裝箱的主體結構是由以鋼板為原材料，通過對鋼板切割、冷彎曲成形、然后采用先進焊接工藝進行組裝而成的鋼結構設備。由于吊具的結構特點，此產品的好多結構型零件都是鋼板的彎曲成形件，為了保證這些冷彎曲零件的板材下料時的準確性，非常有必要對這些冷彎曲件展開尺寸的計算進行科學的研究和分析，以便滿足生產的需要，降低生產成本，充分提高材料的合理利用率。

1 鋼板彎曲時中性層位置的確定

板料彎曲，當變形較小時，中性層在板料中間；當變形較大時。中性層逐漸向內移動。通常當彎曲內半徑R與鋼板材料厚度T之比小于12，即R/T<12時，就必須考慮中性層向內的移動量。該移動量可以用材料力學的方法計算出來，但是計算比較復雜。我們通常是借助試驗的方法得到鋼板中性層位置系數K（見表1）。

設ρ為彎曲內半徑R的圓心到中性層（線）的距離，即中性層（線）的彎曲半徑ρ=R+KT。

2 彎曲90°展開件下料尺寸計算方法

計算彎曲件展開長度的方法，是將彎曲件分成若干直線段和圓弧段的基本幾何單元，分別計算各單元部分的長度，然后求出各單元部分的長度總和。鋼板折彎處展開尺寸的計算公式為：

L=παρ/180°=πα（R+KT）/180° （1）

當α=90°時：

L90=π（R+KT）/2 （2）

以圖1為例，鋼板可以分為2個L1、1個L2、2個L3。其中L1和L2為直線部分，只需要加減計算，而L3按公式（2）來計算。

鋼板展開料總長度L為：

L=2L1+L2+2L3

其中：L1=70-R-T=70-6-4=60mm

L2=100-2R-2T=100-2×6-2×4=80mm

L3=π（R+KT）/2=3.14×（6+0.36×4）=11.7mm（當R/T=1.5時，查表1，得K=0.36）

因此 L=2L1+L2+2L3=2×60+80+2×11.7=223.4mm

利用公式（2）可以計算出不同的彎曲半徑R和板料厚度T的90°彎曲板料的弧長。

但是，在實際的生產中，鋼板折彎90°，其尺寸標注通常不像圖3那樣，而是像圖4那樣。為此，折彎90°的展開料長可以按以下公式計算：

L=L1+L2-X （3）

公式（3）中的X值可以從表（2）中查閱其相關參數進行確定其對應的數值。

仍以圖2為例，參照表2的數據，可得板料額展開長度為：

L=2（L1+L2-X）=2×（70+100/2-8.3）=223.4mm （當T=4，R=6時，查表2，得X=8.3）

3 復雜折彎件展開下料尺寸的計算

復雜折彎件，可以看作由多個簡單折彎件組成。以圖5為例，可以將其分成5段：ab、bc、cd、de、ef。其中點b、c、d、e為直線段和弧線段的交點。首先計算出2個R5弧心園O1、O2的水平投影O2K和直線cd之長，圖6為局部放大圖。O1b=O1c=O2e=5+1=6mm （取材料厚度的一半進行計算）。作 cG⊥O1b交于G點，cG=cO1Sin45°=6×Sin45°=4.24mm。作dH⊥O1b，作cH∥O1b交H點，作O2K⊥O1G交O1G延長線上K點。

由圖5及圖6可得：

cH=dH=2O1G+O1K=2cG+O1K=2×4.24+16=24.48mm

Lcd=cH/Sin45°=28.77mm

O2K=2cG+dH=2×4.24+24.48=32.96mm

Lab=30+（100-22-O2K）-X=30+（78-32.96）-4.6=70.44 （查表2，X=4.6）

Lef=22+30-4.6=47.4mm

Lbc=Lde=π45°（R+KT）/180°=3.14×45/（5+0.39×2）/180=4.55mm.

因此：總的展開下料長度L=Lab+Lbc+Lcd+Lde+Lef=70.44+4.55+28.77+4.55+47.4=155.71mm。

參考文獻

[1]機械工程師手冊 第二版[M].機械工業出版社.

[2]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業出版社.

[3]柯明楊.機械制造工藝學[M].北京航空航天大學出版社.