一拖（洛陽）福萊格車身有限公司 （河南 471003） 樊瑞峰 韓 濤

鈑金件具有重量輕、易成形及成本低等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，新型產(chǎn)品的鈑金件比例日益增加。鈑金設(shè)計(jì)的兩個(gè)最主要內(nèi)容就是鈑金件折彎展開和排樣下料。如何迅速、正確展開計(jì)算和繪制鈑金件展開圖是提高鈑金加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率的關(guān)鍵，同時(shí)也是后續(xù)排樣下料工藝的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)鈑金件生產(chǎn)中的展開下料方式效率低、誤差大、成本高。為滿足更新?lián)Q代周期日益縮短的要求和增強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，很多三維軟件通過K因子等參數(shù)的設(shè)定將不同情況下鈑金的折彎展開計(jì)算進(jìn)行了大幅的簡(jiǎn)化，提高了展開效率和準(zhǔn)確度，同時(shí)在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)鈑金工藝性能進(jìn)行全面考慮與處理。

1. 展開方式的計(jì)算方法

（1）K因子K因子就是鈑金內(nèi)側(cè)邊到中性層距離和鈑金厚度的比值。通常板料在彎曲過程中，外層會(huì)受到拉應(yīng)力而伸長，內(nèi)層則受到壓應(yīng)力而縮短。在內(nèi)外層之間有一長度保持不變的纖維層，稱中性層。根據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長度應(yīng)等于中性層的展開長度。由于彎曲時(shí)坯料的體積保持不變, 所以在變形較大時(shí)，中性層會(huì)發(fā)生內(nèi)移，這也就是為啥不能僅用截面中心層計(jì)算展開長度的原因。假如中性層位置以P表示, 如圖1所示，則公式為

式中r——零件的內(nèi)彎曲半徑（mm）；

t——材料厚度（mm）；

K——中性層位移系數(shù)。

圖1 中性層位置

如圖2所示，按中性層展開原理，坯料總長度應(yīng)等于彎曲件中性層直線部分和圓弧部分長度之和，計(jì)算公式為：

式中L——零件展開總長度（mm）；

α——彎曲中心角（°）；

L1、L2——零件彎曲部分起點(diǎn)和終點(diǎn)以外的直端長度（mm）。

圖2 鈑金彎曲示意

K因子法在三維設(shè)計(jì)軟件如AUTOCAD、SOLIDWORKS、UG、PRO/E、CATIA等中利用最為廣泛，因?yàn)槠湟?guī)律性和原理性更強(qiáng)，在三維軟件中的利用率最高。

（2）折彎補(bǔ)償 折彎補(bǔ)償算法其實(shí)就是將零件的展開長度描述為零件每段直線長度再加上折彎區(qū)域展平的長度之和。展平的折彎區(qū)域長度則被表示為“折彎補(bǔ)償”值δ。因此整個(gè)零件的長度計(jì)算公式為

如圖3所示，即把折彎零件的直線段切下來平鋪，然后再將折彎區(qū)域展平接在平鋪的直線段中，然后得到的長度就是展開長度。

圖3 折彎展開后圓弧長度

（3）折彎扣除 通常是指回退量，與折彎補(bǔ)償一樣也是一種用來描述鈑金折彎展開的簡(jiǎn)單算法。如圖4所示，折彎扣除法是指零件的展平長度等于理論上的兩段平坦部分延伸至“交點(diǎn)”（兩平坦部分的虛擬交點(diǎn)）的長度之和減去“折彎扣除”（ε）。因此整個(gè)零件的長度計(jì)算公式為：

圖4

在折彎扣除中ε是個(gè)隱性值，不容易直觀理解，但我們通過實(shí)際試驗(yàn)可以看出L1+L2永遠(yuǎn)會(huì)大于L，只是根據(jù)具體情況的值不同而已。

折彎補(bǔ)償和折彎扣除實(shí)際上是同一性質(zhì)的兩種不同折彎展開方式，他們之間存在著一種換算關(guān)系。這個(gè)關(guān)系可由他們的計(jì)算公式推出。

由以上兩個(gè)方程右邊相等，可以演化出方程

我們將折彎補(bǔ)償和折彎扣除體現(xiàn)在同一張圖上并在幾何形狀部分作幾條輔助線，形成兩個(gè)直角三角形，如5圖所示。

圖5 折彎補(bǔ)償與折彎扣除的關(guān)系

2. 公式化簡(jiǎn)與整理

圖5中，角度α表示彎曲角，即零件在折彎過程中掃過的角度。r表示內(nèi)側(cè)彎曲半徑，t表示鈑金厚度。我們用一個(gè)直角三角形來將L1、L2、D1、D2和α、r、t聯(lián)系起來，得出圖5右上角三角形關(guān)系。根據(jù)直角三角形各尺寸及三角函數(shù)原理，很容易得到以下方程：

經(jīng)過變換，可得D2表達(dá)式

同理，得到D1表達(dá)式

可得

化簡(jiǎn)得

當(dāng)彎曲角為90°時(shí)，由于tan（90°/2）=1，此方程進(jìn)一步簡(jiǎn)化得

上式為那些只熟悉一種算法的用戶提供了非常方便的從一種算法轉(zhuǎn)換到另一種算法的計(jì)算公式，而需要的參數(shù)只是材料厚度、折彎角度及折彎半徑等。

3. 結(jié)語

通過以上三種折彎展開方法展開的零件，經(jīng)過折彎成形后，零件的精確度得到很大提高，而且方法簡(jiǎn)單，可以調(diào)入三維軟件進(jìn)行批量折彎展開，減少了工藝人員的工作量，也能保證生產(chǎn)與設(shè)計(jì)的高度一致性。如果能夠使用高精度的數(shù)控設(shè)備和機(jī)械手，就能更大程度地減少人為產(chǎn)生的誤差，保證產(chǎn)品的批量一致性。