国家职业资格鉴定 冷作钣金技师 （国家职业资格二级） 文章类型：试验研究性论文……………….. （15） 折弯机成型展开尺寸的快速计算 杭州杨明斯金属制品有限公司 付明 内容摘要：通过实验得到了一个新的钣金展开的计算公式。使得计算结果更准确，计算更方便快速。同时将此计算结果作为标准去调整CATIA钣金自动展开参数的设置，使得其计算结果和此公式的计算结果保持一致，最终让计算机代替繁琐的人工计算，大大的提高了工作效率。 关键词：展开尺寸 方便快速 准确 CATIA钣金自动展开 前言 钣金展开料的计算很多教材上都讲解了通过材料中性层的计算来确定展开尺寸。中性层的计算却要知道弯曲半径的大小。但是我们在使用折弯机折弯时却很难知道弯曲半径究竟有多大。原因很简单，因为一般折弯机成型大多数都是弯曲半径很小的。折弯机的上模的刀口大多数都是尖角。而板料在被上模压制后弯曲的内壁并没有完全贴合上模，依然会有一个较小的弯曲半径。如（图1）所以弯曲半径根本就不能去参考上模的R角。如果去测量弯曲半径的大小，测量的误差很大。要是多道折弯其累计误差会相当大。所以为了让展开尺寸的计算来的更准确，计算更方便快速。做了一些实验，并将实验的数据整理成公式和图表。最终通过此计算公式去调整计算机自动展开参数的设置。使得此计算方法在计算机设计和手工计算上都能得到应用。 折弯机弯曲后弯曲面的实际形状： 折弯机弯曲后弯曲面实际并非是一个标准的圆弧，就拿一个90度折弯的实例来说，仔仔细细地观察弯曲后的曲线非常类似于一条抛物线比较接近。同时还能发现弯曲的位置材料有少量的变薄现象。由于折弯机折弯有这些现象的存在使得用中性层来计算展开尺寸，或用体积法来计算展开尺寸，误差都比较大。特别是多道折弯，累计误差会很明显。 图1 由于折弯机折弯有上述现象，所以一些理想化的公式在这里就变得不怎么精确。为了能得到更精确的计算公式只可以通过实验来得到一些规律，最后再从这些规律中得到公式。 弯曲半径和折弯机下模宽度的关系，以及对展开尺寸的影响 在相同的材料下，折弯机的下模V形槽宽度的不同所弯曲的半径也会随即改变。弯曲的半径的改变同时又使展开尺寸发生明显的变化。如（图2）这是两件同样厚度同样材质的钢板，左边的是在30mm 图2 宽的V形槽成的型，右边的是在8mm宽的V形槽成的型。能够准确的看出V形槽宽度不同，折弯后弯曲的半径有较大的差别。 由于弯曲半径有差异其展开尺寸也肯定不同。所以在使用折弯机时，对V形槽宽度的选择必须要有一个规范。否则这个人拿着料用8mm的V形槽，那个人用12甚至20mm的V形槽。同样的展开料两个人折出来的成型尺寸也各不相同。没这个规范给设计人员对零件的展开计算也带来非常大的麻烦。所以这个V形槽宽度该如何定。可以看一下折弯机右侧有一块铭牌，上面有着各种板厚对应V形槽宽度可选择的范围。不难发现所有的折弯机的铭牌上都是V形槽宽度=钢板厚度6倍为最小槽宽的选用值。目前大多数钣金厂在常规零件的设计时都希望折弯半径尽可能的小，这样出来的产品比较有线条感，外观好看些。所以下面将介绍V形槽宽度=钢板厚度6倍时展开料的计算。 V形槽宽度=钢板厚度6倍时各个料厚90度折弯后的实测尺寸 实验材料:分别采取了不同厚度的钢板，钢板厚度从1到10mm不等。将其长度都落料成100mm.为了能够更好的保证钢板厚度的精确，对每块钢板都用千分卡做测量，3mm以下的采用冷板，剔除厚度误差超过± 图3 0.02mm的。3mm以上的都用磨床将材料磨到标准尺寸，每块钢板厚度误差同样小于±0.02mm。为保证长度的精确，将所有料用502胶水粘合然后用线mm的长度。最后用游标卡尺对每块料的长度测量，确定长度误差小于±0.02mm。以上料的材质全部是Q235B。测量数据如下： L1 L2 V形槽宽度（mm） 钢板厚度（mm） ） ） 45.84 55.92 6 90 1 101.77 1.76 1.7600 34.64 68.82 12 90 2 103.46 3.46 1.7300 43.52 61.72 18 90 3 105.24 5.24 1.7467 59.8 47.24 24 90 4 107.04 7.04 1.7600 25.64 83.14 30 90 5 108.78 8.78 1.7560 68.98 41.48 36 90 6 110.46 10.46 1.7433 36.38 81.12 60 90 10 117.5 17.5 1.7500 从上面的实验中能够准确的看出L1+L2大于原来的料长。、这里把这个多出来的长度称为余料长度。由此能够得出一个90度折弯公式：L1+L2-余料长度=展开长度。在上面的实验中又能够准确的看出余料长度是有规律的基本上等于钢板厚度的1.75倍。由此能够得到一个可以适用于10mm以下所有厚度的90度折弯公式：L1+L2-1.75T=展开长度。但是此公式成立的前提是V形槽宽度=6T。这里的T为钢板厚度。用上述同样的方法发现当槽宽度=8T时。90度折弯公式为：L1+L2-1.85T=展开长度。 由于钢板的厚度规格有很多。实际在用的模具并不能满足所有钢板厚度的6倍关系。所以在使用此公式时需掌握一个原则就是V形槽宽度尽可能的选用大于6倍钢板厚度同时又最接近于6倍钢板厚度的槽宽。如果实在不行可选用最接近于8倍钢板厚度的V形槽宽，套用第2条公式。 0到180度折弯的实测尺寸 实验材料:2mm厚的Q235B冷板，长度都落料成100mm。厚度和长度误差均小于±0.02mm。 为了符合平时的测量习惯，大于90度和小于90度的折弯分为下面两种。 1）大于90度的折弯，L1和L2的长度为每条边的端点测量到两条边的虚交点的长度。如图4 图4 图5 2）小于90度的折弯，L1和L2的长度为每条边的端点测量到圆角切点的长度。如图5 大于90度的折弯实测数据， L1 L2 V形槽宽度 折弯角度 钢板厚度 外形总长 余料长度 S=余料/厚度 6 90 2 1.75 51.38 51.42 6 100 2 102.8 2.8 1.40 51.14 51.08 6 110 2 102.22 2.22 1.11 50.9 50.86 6 120 2 101.76 1.76 0.88 50.6 50.76 6 130 2 101.36 1.36 0.68 50.72 50.32 6 140 2 101.04 1.04 0.52 50.28 50.46 6 150 2 100.74 0.74 0.37 50.02 50.46 6 160 2 100.48 0.48 0.24 50.1 50.14 6 170 2 100.24 0.24 0.12 6 180 2 100 0 0 注：上面表格中90度的折弯是借用前一个实验的数据，这里没有再做测试。180度等于没有折弯，所以也不用做测试。 将实测数据中的余料/厚度和折弯角度画成曲线 根据上面的曲线图，能够获得S在不同折弯角度的值。 注：S为折弯系数=余料/厚度。 小于90度的折弯实测数据 L1 L2 V形槽宽度 折弯角度 钢板厚度 外形总长 余料长度 K=余料/厚度 6 90 2 1.7500 50.6 52.58 6 80 2 103.18 3.18 1.5900 50.44 52.42 6 70 2 102.86 2.86 1.4300 50.26 52.28 6 60 2 102.54 2.54 1.2700 50.12 52.08 6 50 2 102.2 2.2 1.1000 49.32 51.28 6 0 2 100.6 0.6 0.3000 本次实验模具最小只能折弯到50度。0度是将材料先折弯到50度，然后在内侧垫上一块2.5的钢板压平至两条边平行。 将实测数据中的折弯系数S和折弯角度画成曲线 根据上面的曲线度的折弯系数S基本上可以用一条从0.3到1.75的直线来代替。 展开尺寸的计算公式 展开公式为： L1+L2-ST=展开长度。 公式中S为折弯系数，具体值能够准确的通过图6和图7的曲线来确定。T为钢板厚度。 多道折弯时此公式的应用 定义：当产品有多道折弯时，展开长度等于所有外包尺寸的总和减去所有折弯角所对应的余料长度之总和。如下图 注：外包尺寸就是在钢板厚度外侧做测量的尺寸。 此定义成立的原理是，假如一个产品有n个折弯角，可将此产品分割成n个只有 图8 单个角折弯的小段（分割位置在两头各有折弯角中间的直线段，位置可以任意）。将每个小段的展开长度相加实际就等于总展开长度。如图8。展开长度=26+32+70+40+51+30-（1.75*6*3+0.88*6+1.27*6）=204.6 计算公式的应用场景范围 虽然此次实验只做了材料为Q235B的实验，但是大多数塑性比较好的金属，他们在弯曲时中性层的偏移差异非常小，几乎能忽略不计。因此又将此公式推广到其他的一些材质。比如像碳素结构钢类：Q 159、Q 215、Q345、08F，铝板5020、6061，不锈钢304、316等。在生产的实际应用中都验证了其计算的准确性。其中钢板Q345和铝板6061的塑性稍差些，在弯曲时只要不产生细微裂纹计算结果还是很准确的。 计算机辅助设计----CATIA钣金模块参数的设置 近些年随机械设计软件的快速的提升，用电脑代替人工来计算板料的展开将是一种趋势。特别是一些形状特别复杂的零件，用计算机计算来展开只需2到3秒钟。不但提高了效率还减少差错率。但是每个机械设计软件的钣金设计模块中默认的参数都需要调整。否则计算结果是不正确的。下面讲一下CATIA在钣金设计模块中系统默认参数的调整。 1）板料厚度和弯曲内径的设置： 如（图9）假设有一块料厚度为6mm。弯曲半径设置成材料厚度的0.6倍。在弯曲半径栏输入6*0.6。前面所讲的折弯机下模宽度为料厚的6倍时。从前面的实验中又顺便观测到弯 图9 曲半径基本上接近于0.6倍的材料厚度。这个数值虽然只是一个大致接近于实物的数值。但是计算结果能通过纠正后面折弯因子的数值来矫正其计算结果。 2）折弯因子的设置： 图10中灰色的数值0.2697…是折弯因子。现在这个数值的大小是系统默认公式计算的结果，如果对这数值不做调整其计算结果是不正确的。 图10 下面先看一下系统默认折弯因子得到的展开结果。 上图为钢板厚度为6mm，边长各为50mm的折弯。系统默认参数展开长度为88.998。而这个90度折弯用公式计算的结果是：50+50-6*1.75=89.5所以默认的折弯因子肯定是不对的，需要调整。点击折弯因子数值右边的按钮。进入软件自带的折弯因子计算公式，如（图11） 图11 将公式中默认的数值20改为32.67，如（图12） 图12 改完后点击右下角确定，回到参数编辑器发现折弯因子的数值已经变为0.3230….如（图13） 点击确定退出参数编辑器后再点击零件展开按钮测量展开结果后发现其计算结果已经和公式的结果相同。（如图14） 图13 图14 小于90度的折弯： 用同样的折弯因子作一个6mm厚，边长各为50的60度折弯。如（图15），测量展开后的尺寸为92.4. 如（图16） 图15 图16 展开公式为：L1+L2-ST=展开长度 根据图7，当折弯为60度时，查出对应的S=1.27, 展开长度=50+50-1.27*6=92.38。与电脑计算的结果仅差0.02mm。 大于90度的折弯： 用同样的折弯因子作一个6mm厚，边长各为50的120度折弯。如（图17），测量展开后的尺寸为94.715. 如（图18） 图17 图18 根据图7，当折弯为120度时，查出对应的S=0.88。展开长度=50+50-0.88*6=94.72。与电脑计算的结果仅差0.005mm。 由上面的3个例子可已看出，只要参数设置正确可完全由计算机来代替人工计算。 结束语 利用实验得到了非常精确的计算公式，再由此公式去调整CATIA钣金参数编辑器中的参数，使得此实验结果在计算机设计和手工计算上都能得到应用。给生产和设计都带来极大的方便。此数据还能应用到别的三维机械设计软件。比如像Solid Work和ug还有plo/e等。都能够最终靠类似的方法去调整钣金参数从而得到一个和实验数据非常吻合的计算结果。 技师评审论文 第6页

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