钣金非90折弯展开料长度的计算方法.docx

钣金非90折弯展开料长度的 计算方法孙战雄钣金件由于具有结构紧凑、 外形美观、牢固可靠、周期短、 成本低，以及便于使用模具加工 等特点，在电子产品的机箱、机 柜及操作台等领域中，得到了极 为广泛的应用。折弯是钣金件最 典型和最主要的成形工序。展开 料长度是否准确直接关系到钣金 折弯件的尺寸精度。准确计算展 开料长度是钣金设计的首要任务 之一，是制订钣金折弯件加工工 艺方案的前提。随着产品的外观造型愈加受 到重视，以及空间、位置等因素 的限制，简单的直角折弯已无法 满足结构设计的需求，非90折 弯已经越来越多地出现在科研及 生产项目之中。因此，有必要研 究一种钣金非90折弯展开长度 的计算方法，并制作出相应的计 算工具，供钣金工艺师使用。度不变。这一层就是我们所定义 的变形中性层。计算钣金折弯展 开料的长度就是计算变形中性层 的长度。但变形中性层的位置受材料 种类、材料厚度、折弯半径，以 及加工方式等诸多因素影响， 而且隐藏在折弯的断面里，无法 直接进行测量。所以钣金折弯展 开料长度需通过其他方法进行计 算。2. 钣金直角折弯展开料长 度的计算方法对于直角折弯这一特殊情 况，不同的钣金工艺师都有基于 各自经验的算法，一般可以归纳 为3种：折弯扣除法、折弯修正 法和折弯补偿法。（ 1 ）折弯扣除法图 1 中1、B1之和总是大于展开长度， 所以用 1、B1之和来描述展开长也可能是0）来进行修正。展开 长度L可以描述为：L= 2+B2- 2（2）（ 3 ）折弯补偿法图 3 中3、B3之和总是小于展开长度， 所以用 3、B3之和来描述展开长 度时需要加上折弯补偿系数 3。 展开长度L可以描述为：L= 3+B3- 3（3）因为折弯前后两平直段的长 度A3和B3没有发生变化，所以，1. 钣金折弯展开料长度的计算原理钣金折弯展开料长度是根据 折弯件的变形中性层在折弯前后 长度不变的原则求得的。板料被 折弯后，断面的外层纤维被拉伸 变长，内层纤维被压缩变短，所 以，必然有一层纤维折弯前后长度时需要减去折弯扣除系数 1。 展开长度L可以描述为：rB1tA1图1 折弯扣除法rB2tA2图2 折弯修正法rB3tA3图3 折弯补偿法L= 1+B1- 1（1）（ 2 ）折弯修正法图 2 中2、B2之和可能大于、小于或等 于展开长度，所以用 2、B2之和 来描述展开长度时需要折弯修正系数 2（可能是正数或者负数，Fabricating钣金折弯变形部分的展开长度就是折 弯补偿系数 3的数值。（ 4 ）折弯系数的推导虽然国内外的很多钣金工具书和三 维机械造型软件都提供了默认的 折弯扣除、修正和补偿系数表， 但在实际生产中无法照搬照用。 因为板料的弯曲变形极为复杂，了自己需要的钣金直角折弯的折 弯系数。3. 钣金非90折弯展开料 长度的计算方法那么非90折弯的折弯系数 是否也可以通过上述方法来获 取呢？显然是不现实的。首先，如图 4 所示，根据两边垂直 夹角相等可知，折弯角 a 等 于折弯变形部分对应的圆心角 b 。由上文的折弯补偿法可 知，直角折弯的折弯变形部分 的展开长度L0等于折弯补偿系数3 ，所以，非 90 折弯的折弯 变形部分的展开长度L0可以描述折弯系数与钣金件的材料种类 和力学性能、材料厚度、折弯半90只是一个值，而非90则是为：一系列的值，理论上是无限的，L0=3 a/90（6）径、折弯角度，以及加工设备和 加工成形速度等因素密切相关。 那么，如何才能得出实际生产中 需要的折弯系数呢？不可能逐一试验测量；其次，直角折弯的两直边长度可以很方便 地准确测量，而非90折弯的两 直边长度则很难直接测量，且易由于折弯修正法在实际生产 中应用最为广泛，大部分钣金工 艺师和钣金企业拥有的都是适 合自身设备和材料的折弯修正 综上折弯扣除法、折弯修 产生较大的偏差。所以，如果有系数 2。为扩大应用范围，将式正法和折弯补偿法的式（1）、一种方法能够将直角折弯的折弯（4）代入式（5），即可用折弯式（ 2 ）、式（ 3 ），因为 2 = 1 - t ， B 2 = B 1 - t ， 3 = 1 - t - r ， B3=B1-t-r，所以折弯修正系数 2系数转换成非90折弯的折弯系数，那么计算非90折弯的展开 长度将非常方便。如图 4 所示，钣金折弯件的 修正系数3：2来描述折弯补偿系数L0= 2+2r（7）和折弯补偿系数 3都可以用折弯再将式（7）代入式（6），扣除系数 1来描述：三种折弯角类型（锐角、直角和钝角），由于三者的两平直段长即可用折弯修正系数2来描述非2 =22t- 1（4）3 =2t+2r- 1（5）度在折弯前后没有变化，所以计90折弯的折弯变形部分展开长度L0：只要能够得到折弯扣除系数算展开料长度，其实就是计算折弯变形部分的展开长度L0。L0=(2+2r)a/90 （8）1，就可以得出其他两种折弯系数。现今折弯机加工过程的速度综上各式，钣金非90折弯展开料长度L可以描述为：在实际生产中，一般都是通和压力都是均匀的，所以可以认L= 3+B3+(2+2r)a/90 （9）过逆向倒推的方法来推导折弯扣 除系数 1的。首先采用一致的折 弯内圆角r对若干件厚度为t、长度为L的标准板料试件进行直角 折弯加工，得到若干个折弯工 件。然后测量每个工件两条直角 边的长度A1和B1，将L、A1和B1的 数值代入式（1）中，计算出若 干个 1的数值，其平均值即为折 弯扣除系数。再通过式（4）、 式（5）计算出折弯修正系数与 折弯补偿系数。一般的钣金工艺师和钣金加 工企业都已经通过上述方法获得为折弯变形部分的成形过程是均匀的，即折弯变形部分成形后的 尺寸和其展开长度L0成正比。而 折弯变形部分的尺寸又与其对应图4 钣金折弯的弯曲变形的圆心角成正比。在推导出计算式后，通过若 干组试验进行验证，式（9）的 计算结果与试验数据完全相符， 可以应用于实际生产中。热处理/锻压/铸造 2014年 第11期热加工674. 钣金非90折弯展开料 长度计算工具为方便实际生产使用，还需 要以式（9）为基础制作出方便 快捷的计算工具。将式（ 9 ）代入到办公软件 Microsoft Excel的公式计算中， 不同材料种类和料厚可以制作 成系列的工作表，并输入已有折 弯修正系数。为方便输入折弯修 正系数和折弯内圆角，可以进行 “数据有效性”中“序列”的设 置，输入时可直接从下拉列表中 选取，避免手工输入可能产生的 错误。如图5所示，以厚度1.5mm的 冷轧钢板进行多角度和多折弯内 圆角的展开料长度计算为例，只 需输入各平直段的长度尺寸，以 及选择每道折弯的内圆角和相应 的折弯修正系数，即可直接得出 的展开料长度尺寸L。如果实际加工中还需要钣金 工艺师标注折弯线的位置尺寸， 只需将平直段的长度尺寸均输入 为0，所得数值L即为折弯变形部 分的展开长度，该数值的一半即 为该道折弯的折弯线与平直段端 点之间的距离。必须绘制辅助线才可以测量。尤 其是对于三维机械造型软件，绘 制辅助线并测量的难度较大。如 果折弯方向不同则难度更大。办公软件Microsoft Excel应 用广泛，使用简单，开放的公式 编辑和数据源均可以根据设备的 实际加工数据和折弯系数类型方 便地进行编辑。三 维 机 械 造 型 软 件 SolidWorks的钣金模块虽然给广 大从事钣金设计与加工的工程技 术人员提供了直观的设计手段， 但其钣金模块对使用者要求较 高。且在进行钣金“展开”操作 时，还经常出现因为“数据超出 范围”而无法生成折弯模型或者 展开视图的情况，对自带折弯系 数表的编辑也不方便。而且Solid Works钣金展开操作在设定折弯 内圆角和相应的折弯系数后，折 弯角度不对展开料的长度产生影响，这与实际加工完全不符。也 就是说SolidWorks钣金的展开功 能对非90折弯实际加工只起大 致的参考作用，对展开料实际长 度的计算没有意义。6. 结语通过对钣金折弯展开料长度 计算原理和直角折弯系数的分析 与研究，推导出非90折弯系数 的计算式并加以验证，并为钣金 工艺师和钣金加工企业提供了一 种方便实用的计算工具。该工具 直接利用已有数据进行计算，大 幅减少了钣金工艺师前期的数据 准备工作，而且所需数据都可以 方便地准确测量，有效提高了计 算钣金折弯尤其是非90折弯展 开料长度的效率。5. 与其他计算方法、工具 比较使用上述工具需输入的数据 是平直段的长度尺寸，而一般其 他计算工具需要输入的是每两段 相邻两平直段内表面或者外表面 延伸相交后的长度尺寸。所有的 计算机辅助机械制图软件均可以 直接测量出平直段的尺寸，而如 果要测量两平直段内表面或者外 表面延伸相交后的长度尺寸，则图5 钣金非90折弯展开料长度计算