鈑金展開計算方法研究及應用

茅 杰，馬春華，錢宏輝，劉仁飛，王 杰

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

加工與制造

鈑金展開計算方法研究及應用

茅 杰，馬春華，錢宏輝，劉仁飛，王 杰

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

針對鈑金展開計算情況，分別對鈑金中性層展開計算、板料扣除計算、可視化窗口計算以及Creo自動展開計算進行研究，將四者相融合，結合鈑金中性層展開和板料扣除計算出鈑金折彎Y因子，得出精確的鈑金展開計算方法，再通過設置折彎特征Y因子和重新定義鈑金折彎表，利用Creo軟件進行自動展開。其計算結果精確，過程簡單便捷，效率較高，在實際生產過程中有較好的應用。

鈑金；展開；中性層；Creo；Y因子；折彎表

0　引言

隨著工業智能化的快速發展，電氣智能控制柜需求日益劇增。鈑金機柜具有承受較重載荷，結構剛性好，造型美觀等優點，在電力設備中的應用越來越廣泛。對于鈑金件來說，計算其毛坯展開尺寸是制定彎曲件加工工藝方案的前提，鈑金件毛坯展開尺寸正確與否，直接關系到鈑金件的尺寸精度和產品質量，有時毛坯計算不準確還會造成廢品的風險［1］。因此，折彎鈑金件展開圖的準確繪制尤其重要。本文結合中性層理論展開計算、板料扣除計算兩個方面，利用VB6.0開發鈑金折彎展開軟件，同時采用Creo三維軟件實現鈑金件的自動展開，大大提升了折彎鈑金件的展開效率和精度。

1　鈑金折彎展開理論計算

1.1中性層理論計算

鈑金毛坯在折彎過程中外層受到拉應力而拉長，內層受到壓應力而縮短。在內、外層之間有一段長度保持不變的纖維層稱為中性層［2］。因此在展開過程中可以中性層為基準進行理論展開計算。如圖1所示為利用中性層計算折彎成型后的鈑金件，虛線為中性層位置。

圖1　中性層計算成型后鈑金件

式中：L為鈑金坯料中性層展開總長度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內側半徑；

λ為中性層距板料內側距離。

因此，根據中性層定義，折彎鈑金件的展開長度等于中性層長度L。

1.2板料扣除計算

折彎扣除又稱折彎變形區的修正。其計算公式為：

根據圖2所示為利用板料扣除計算成型后鈑金件，其展開長度如式（3）所示。

圖2　板料扣除計算成型后鈑金件

式中：L為鈑金坯料展開總長度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內側半徑；

x為折彎扣除值。

對于一臺折彎機而言，折彎扣除數據的獲取，一般根據生產量的大小采用經驗法或試驗法，現采用經驗法，即選用大量試驗樣板，折出不同的角度，測量折彎前后的數據，求其算數平均數［3］。

現采用Sanfan折彎機，型號為150-3100，對板厚1.5mm，材料為Q235A，尺寸為200×100mm的鋼板進行折彎（拍平除外），折彎上模刀尖半徑為1mm，測得15組折彎試驗數據，如表1所示。

計算其算數平均數X=2.396。

同理，使用控制變量法，計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折彎數據

表2　不同板厚的折彎扣除值

令：

聯立式（1）與式（3），可得：

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

2　可視化窗口計算

鈑金折彎展開在進行手動展開計算時由于計算工作量較大，需要進行多次運算，效率較低，且容易出現錯誤。在板料扣除計算的基礎上，利用VB6.0進行編程操作，設計可視化窗口，分別對90°折彎、非90°折彎、拍平以及圓弧折彎進行展開計算，如圖3所示。

圖3　可視化窗口計算

圖4　零件折彎尺寸

折彎展開人員僅需將每道折彎的外尺寸輸入相應位置，即可計算出折彎展開長度。例如，計算一零件的展開長度，板厚為1.5mm，內折彎半徑為1mm，其折彎尺寸圖4所示。展開計算時，將零件的各個折彎邊按90°折彎、非90°折彎和拍平進行分類填入窗口中，計算出其展開尺寸，結果為685.37mm，如圖5所示。

圖5　可視化窗口計算結果

3　三維軟件直接展開

隨著制造業信息化的不斷發展，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計中的應用越來越廣泛。Creo作為PTC公司最新推出的一款參數化三維軟件系統，在鈑金設計方面有較大的優勢。此處利用Creo軟件對復雜鈑金零件實現直接展開［4］。鈑金件的Creo展開方法是一種參數化、智能化的設計過程，是在程序模擬鈑金件加工過程的基礎上，進行折彎展開的。首先對設計人員的三維模型進行鈑金環境加載定義，然后直接通過展開命令進行展開，再導出，設置為dxf的展開圖即可。

3.1設置Y因子直接展開

Creo軟件直接展開，計算鈑金展開長度的公式為：

式中：L為鈑金坯料折彎處展開長度；

θ為彎曲中心角；

r為折彎內側半徑；

Y為鈑金折彎Y因子。

代入式（4）可得：

結合表2中不同板厚的扣除值，即可計算出鈑金展開長度。因此，在Creo中進行鈑金展開，僅需將在此零件的鈑金環境設置其Y因子值，即可實現展開。

3.2設置鈑金折彎表直接展開

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

由于結構設計人員在設計時，對于折彎內R角度不夠重視，其值范圍在0.1～3mm之間，在工藝人員展開過程中設置較多，較為繁瑣。因此，在基于折彎扣除的研究上，對Creo中折彎表重新編輯定義，在折彎表中列有300多種折彎內徑r和材料板厚的組合，忽略了折彎內R值對鈑金展開的影響，如圖6所示。

在電氣柜的設計加工過程中，直角折彎占有較大的比重，工藝人員在展開計算時僅需直接加載新定義的折彎表，即可直接展開。對于一些非直角折彎，需以折彎表的計算公式乘以（θ/90），或者對非直角折彎特征進行折彎系數定義，可得到折彎區的展開長度。

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，因此在進行拍平處進行展開計算時，需在零件繪制界面，定義其折彎系數，然后再加載折彎表進行展開計算。

同樣，以圖4中的零件為例，其利用Creo軟件直接展開計算步驟如下：

1）在零件三維圖編輯界面，選取其拍平邊進行重新編輯，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）直接對其進行展開，通過測量其展開長度為685.4mm；

4）經可視化窗口計算進行驗算；

5）新建繪圖，導出1：1展開圖。

按照上述步驟，對圖4零件通過Creo自動展開，其計算結果較為精確，可直接用于生產加工。

4　結束語

本文分別利用理論方法、可視化窗口計算方法和Creo自動展開對鈑金零件進行展開計算，相較于可視化窗口計算和理論計算，Creo自動展開計算能夠直接反映鈑金零件板料開孔特征，效率較高。理論計算和可視化窗口計算是對Creo自動展開計算的輔助支撐，得出精確的展開，且效率較高。

［1］ 李英杰.鈑金壓彎技術［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［2］ 劉二恩，史航，程林志，王凱，趙東峰.Pro/E軟件實現90°角鈑金件1：1展開的二次開發及應用［J］.新技術新工藝，2013，06：42-45.

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

［4］ 詹友剛.Creo1.0 鈑金設計教程［M］.北京：機械工業出版社，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，主要從事鈑金生產加工研究。