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1 引言 鈑金件是機(jī)械工業(yè)尤其是輕工業(yè)的主要零件類型之一，而折彎是鈑金件最典型最主要的成型工序,。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展,，鈑金件的形狀越來越復(fù)雜、精度要求越來越高,，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理和毛料尺寸是否準(zhǔn)確直接決定了鈑金件能否具有良好的外觀,、足夠的強(qiáng)度和必需的精度，所以合理設(shè)計(jì)鈑金件的結(jié)構(gòu)并準(zhǔn)確計(jì)算其展開尺寸就成為鈑金設(shè)計(jì)的首要任務(wù),。 SolidWorks是目前主流的三維機(jī)械實(shí)體設(shè)計(jì)軟件之一,，它提供了方便易用和功能強(qiáng)大的鈑金解決方案，可以逼真地建立鈑金件的三維實(shí)體模型并以此為基礎(chǔ)模擬鈑金的折彎和展開過程,。但是,，有一些工程師抱怨SolidWorks的鈑金展開尺寸不準(zhǔn)確，按展開尺寸成型后的零件與實(shí)際要求不符,，甚至造成了不少經(jīng)濟(jì)損失等,。因此，只有正確掌握SolidWorks的鈑金設(shè)計(jì)方法才能最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的生產(chǎn)力,。 2 SolidWorks的鈑金折彎算法 不同的鈑金工程師,、不同的鈑金加工企業(yè)和不同的鈑金材料銷售商都可能有基于各自經(jīng)驗(yàn)的鈑金折彎算法,，而作為一個(gè)通用的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，SolidWorks采用的鈑金折彎算法有三種：折彎系數(shù)法,、折彎扣除法和K因子法,。 1.折彎系數(shù)法 如圖1所示的鈑金件，材料厚度為T,，折彎角為a,，折彎半徑為R，兩平直段的長(zhǎng)度分別為A,、B,，彎曲段的展開長(zhǎng)度(亦即折彎系數(shù))為BA。  于是鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt就可以描述為  圖1中A,、B之和總是小于鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt的,，在式(1)中BA如同一個(gè)折彎補(bǔ)償值，故折彎系數(shù)通常也叫折彎補(bǔ)償,。 2.折彎扣除法 如圖2所示的鈑金件,，材料厚度為T，折彎角為a,，折彎半徑為R,，兩平直段延伸相交后到交點(diǎn)的長(zhǎng)度分別為A、B,。 圖2中A,、B之和總是大于鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt的，所以用A,、B之和來描述的鈑金件展開長(zhǎng)度值就需要減去(扣除)一個(gè)值BD,，這個(gè)值BD就叫折彎扣除。 于是鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt可以描述為  3.K-因子法 如圖3所示的鈑金件,，材料厚度為T,，折彎角為a，折彎半徑為R,，中性層兩平直段的長(zhǎng)度分別為A、B,，中性層彎曲段圓弧的夾角為θ,。 在彎曲過程中，材料厚度中存在著一個(gè)材料纖維既不伸長(zhǎng)也不縮短的中性層,，因此中性層的長(zhǎng)度就是鈑金件的展開長(zhǎng)度,，即   設(shè)中性層距鈑金件彎曲內(nèi)側(cè)表面的距離為t，再引入描述t與T之間關(guān)系的系數(shù)K,，代表中性層相對(duì)于鈑金件厚度的位置的比率,，稱為K因子，通常也稱之為中性層位移系數(shù)，令 K=t/T 中性層的曲率半徑ρ=R+t=R+KT,，而θ=180°-a,，則中性層彎曲段的弧長(zhǎng)為  將式(5)代入式(3)得到中性層的長(zhǎng)度亦即鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt為  當(dāng)a=90°時(shí)，式(6)可簡(jiǎn)化為  這就是最常見的在90°折彎時(shí)鈑金件的展開長(zhǎng)度算式,。 3 實(shí)際生產(chǎn)中的鈑金折彎算法——折彎修正法 如圖4所示的鈑金件,，材料厚度為T，折彎角為a,，折彎半徑為R,，與凸模接觸的兩平直段延伸相交后到交點(diǎn)的長(zhǎng)度分別為A'、B',。  于是鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt可以描述為  因?yàn)閳D4中A',、B'之和可能大于、小于或等于鈑金件的展開長(zhǎng)度Lt,，所以用A',、B'之和來描述的鈑金件展開長(zhǎng)度值就需要用一個(gè)值δ來進(jìn)行修正，這個(gè)值δ就叫折彎修正,。 在實(shí)際生產(chǎn)中,，鈑金工程師需要繪制鈑金展開圖并標(biāo)注折彎線的位置尺寸，而圖4中與凸模接觸的兩平直段延伸相交后的交線就是折彎線,，A',、B'也就是折彎線的位置尺寸?？梢钥闯?，折彎修正法的優(yōu)點(diǎn)是折彎計(jì)算基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一，尺寸不需要換算,，所以這種算法在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,。 4 折彎修正法與SoIidWorks鈑金折彎算法之間的關(guān)系 一方面，折彎修正法在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,，另一方面,，我們利用SolidWorks進(jìn)行鈑金設(shè)計(jì)、分析和計(jì)算,，那么折彎修正法與SolidWorks鈑金折彎算法之問存在什么樣的關(guān)系呢? 1.折彎修正與折彎系數(shù)之間的關(guān)系 為推導(dǎo)出折彎修正與折彎系數(shù)之問的關(guān)系,，將圖1與圖4合并后得到圖5。  在圖5所示的三角形中 同理得到 式(1),、式(8)右邊相等,，整理得 將式(9)和式(10)代入式(11)，整理得到折彎修正與折彎系數(shù)之間的關(guān)系式為 當(dāng)a=90°時(shí),，式(12)可簡(jiǎn)化為 這就是最常用的鈑金件在90°折彎時(shí)折彎修正與折彎系數(shù)之間的關(guān)系式,。 2.折彎修正與折彎扣除之間的關(guān)系 為推導(dǎo)出折彎修正與折彎扣除之間的關(guān)系,，將圖2與圖4合并后得到圖6。 在圖6所示的三角形中 同理得到 式(2),、式(8)右邊相等,，整理得 將式(14)和式(15)代入式(16)，整理得到折彎修正與折彎扣除之間的關(guān)系式為 當(dāng)a=90°時(shí),，式(17)可簡(jiǎn)化為 這就是最常用的鈑金件在90°折彎時(shí)折彎修正與折彎扣除之間的關(guān)系式,。 3.折彎修正與K-因子之間的關(guān)系 為推導(dǎo)出折彎修正與K因子之間的關(guān)系，將圖3與圖4合并后得到圖7,。 在圖7所示的三角形中,，同樣可以推導(dǎo)出式(9)和式(10)。 式(3)和式(8)右邊相等,，整理得 將式(5),、式(9)和式(10)代入式(19)，整理得到折彎修正與K因子之問的關(guān)系式為 當(dāng)a=90°時(shí),，式(20)可簡(jiǎn)化為 這就是最常用的鈑金件在90°折彎時(shí)折彎修正與K因子之間的關(guān)系式,。 5 SolidWorks鈑金建模 在鈑金折彎過程中，板料的彎曲變形極為復(fù)雜,，不管是折彎系數(shù),、折彎扣除、K因子還是折彎修正,，它們都與鈑金件的材料種類,、材料力學(xué)性能、材料厚度,、折彎半徑,、折彎角度、加工成型速度等因素密切相關(guān),。SolidWorks雖然提供了默認(rèn)的折彎系數(shù)表,、折彎扣除表和K因子表，但需要注意的是,，表中的數(shù)據(jù)是摘錄于國(guó)外機(jī)械手冊(cè)中的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),，在建立鈑金件的三維實(shí)體模型時(shí)是不能直接照搬照用的。 在生產(chǎn)中,，我們可以將不同種類的材料在不同的折彎條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn),，記錄折彎修正值并形成表格(如表1所示的是鋁合金在90°折彎時(shí)的部分折彎修正值)，再利用Microsoft Ecxel將折彎修正值換算成折彎系數(shù),、折彎扣除或K因子，最后按照SolidWorks的表格模板建立起相應(yīng)的折彎表,，這樣既可以按照SolidWorks的默認(rèn)三種鈑金折彎算法建模,，又可以在展開圖上按折彎修正法標(biāo)注符合加工要求的直觀的尺寸,，兩者就有機(jī)結(jié)合起來了。 從式(6)可以看出,，鈑金展開長(zhǎng)度與材料厚度,、折彎半徑、折彎角度直接相關(guān),，所以值得特別注意的是,，在利用SolidWorks建立三維模型時(shí)，不同半徑,、不同角度的折彎是不能放在同一個(gè)鈑金折彎特征里建模的,，這正是有一些工程師抱怨SolidWorks的鈑金展開尺寸不準(zhǔn)確的原因所在。 6 結(jié)束語 SolidWorks給廣大從事鈑金設(shè)計(jì)和加工的工程技術(shù)人員提供了方便直觀的設(shè)計(jì)手段,，它已成為工程技術(shù)人員進(jìn)行鈑金設(shè)計(jì),、分析和計(jì)算的得力助手，但是SolidWorks僅僅是一個(gè)工具,，它提供的折彎數(shù)據(jù)也僅僅是一個(gè)參考,，工程技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況靈活處理，甚至同一品種不同批次的材料有時(shí)都需要重新進(jìn)行折彎試驗(yàn)以對(duì)折彎數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正,。 |
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