劉二恩 程林志 史 航 仝世偉 王 凱 郭向南

(許昌許繼風(fēng)電科技有限公司，河南 許昌461000)

在目前鈑金制造業(yè)，隨著數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用，鈑金加工工藝也有了較大的提高。傳統(tǒng)加工工藝加工效率低、浪費(fèi)材料，且加工質(zhì)量不易保證，而新型加工工藝以精確展開加工為特點(diǎn)，先按展開圖全部切割出外形及孔和槽，然后折彎成型。新型加工工藝對(duì)展開圖的精度要求較高。目前鈑金制造企業(yè)通常采用2 種方法繪制鈑金件展開圖:第1 種方法是直接人工計(jì)算鈑金件外形及內(nèi)部開孔尺寸;第2 種方法是使用Solid-Works 對(duì)鈑金件進(jìn)行展開，然后在SolidWorks 展開圖基礎(chǔ)上進(jìn)行人工修正，以上兩種方法在實(shí)際生產(chǎn)中均會(huì)浪費(fèi)大量的人力和工時(shí)，工作效率非常低，且易出錯(cuò)誤，從而造成成本增加和生產(chǎn)延期。本文通過對(duì)90°角鈑金件展開時(shí)中性層尺寸的計(jì)算方法進(jìn)行分析，使用SolidWorks 2012(下文中簡(jiǎn)稱SolidWorks)軟件對(duì)系統(tǒng)默認(rèn)折彎表進(jìn)行二次開發(fā)，使90°角鈑金件通過加載二次開發(fā)折彎系數(shù)表實(shí)現(xiàn)1 ∶1準(zhǔn)確展開。

1 折彎角中性層展開長度計(jì)算分析

板材在折彎過程中外層受到拉應(yīng)力伸長，內(nèi)層受到壓應(yīng)力縮短，在內(nèi)、外層之間有一段在折彎前、后長度保持不變的金屬層，定義為中性層。中性層是計(jì)算折彎鈑金件展開長度的基準(zhǔn)，中性層的位置與變形程度有關(guān)，其與板材的中心層是2 個(gè)概念。中心層是指位于1/2 板厚處的一層金屬，其長度在板材折彎前、后會(huì)保持不變或伸長。當(dāng)中心層折彎前后長度保持不變時(shí)，中心層與中性層重合，反之則不重合。因90°角鈑金件的中心層在理想狀態(tài)下折彎前后長度不發(fā)生改變，此時(shí)90°角鈑金件的中心層與中性層重合。本文僅針對(duì)90°折彎角鈑金件展開前后的長度進(jìn)行計(jì)算分析。

1.1 補(bǔ)償系數(shù)法

一個(gè)已成形的90°折彎角鈑金件，其外形有2 個(gè)輪廓尺寸S1、S2 和1 個(gè)厚度尺寸δ，詳見圖1 所示，圖2 為SolidWorks 軟件中2 mm 厚90°折彎角鈑金件的三維模型。

以厚度為2 mm 板材為例，圖1 中90°角鈑金件展開長度S的計(jì)算公式為:

其中:S為90°角鈑金件的展開長度，即鈑金件折彎前的坯料長度;r為SolidWorks 軟件建模時(shí)90°角鈑金件的折彎內(nèi)圓角半徑，為保證SolidWorks 軟件建模統(tǒng)一，特將內(nèi)圓角半徑均設(shè)定為0.3 mm;K為補(bǔ)償系數(shù)，K值根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而成，2 mm 厚板材對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)為0.5。不同料厚對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)也不同，詳見表1 所示。

1.2 SolidWorks 展開計(jì)算法

根據(jù)上述鈑金件中性層的分析，圖1 中90°角鈑金件在SolidWorks 軟件中展開長度S的計(jì)算公式為:

其中:BA(折彎補(bǔ)償Bend Allowance 簡(jiǎn)寫)為圖1 所示中性層圓弧段展開長度。

由上述公式(1)和(2)可推算出:

因上述公式(3)中折彎內(nèi)圓角半徑r、補(bǔ)償系數(shù)K均已知，則BA值可由上述公式(3)計(jì)算得出。下面以δ=2 mm 為例計(jì)算對(duì)應(yīng)的BA數(shù)值:

同樣按照上述公式(3)得出其余料厚對(duì)應(yīng)的BA數(shù)值，計(jì)算結(jié)果詳見表1 所示。表1 中板材厚度規(guī)格為鈑金制造廠家常用的板材厚度。

2 SolidWorks 折彎表的二次開發(fā)及應(yīng)用

2.1 SolidWorks 折彎表的二次開發(fā)

SolidWorks 軟件中鈑金件展開共有5 種方式，分別為:折彎系數(shù)表、K因子、折彎系數(shù)、折彎扣除、折彎計(jì)算［1］，如圖3 所示。

因SolidWorks 軟件中自帶的折彎系數(shù)表、K因子、折彎系數(shù)、折彎扣除、折彎計(jì)算均無法滿足90°折彎角鈑金件1 ∶1展開的實(shí)際需求，現(xiàn)對(duì)SolidWorks軟件自帶的折彎表進(jìn)行二次開發(fā)。

在資源管理器中使用Microsoft Office Excel 2007 程序打開table4-metric bend allowance 文件，如圖4 所示。

將table4-metric bend allowance 文件另存為leemetric bend allowance，將半徑欄中0.4 更改為0.3(即SolidWorks 軟件建模時(shí)鈑金件的內(nèi)圓角半徑0.3 mm)，刪除其余半徑對(duì)應(yīng)厚度的數(shù)據(jù);然后將表格中厚度值更改為鈑金制造廠常用的板材厚度，將對(duì)應(yīng)的折彎系數(shù)值更改為表1 中所述的BA值。二次開發(fā)的折彎系數(shù)表文件的格式及內(nèi)容如圖5 所示。

圖1 所示圓弧段BA在SolidWorks 軟件中展開后尺寸，詳見圖6 所示。

圖5 中顯示的BA值為SolidWorks 模型中性層圓弧段展開后顯示的長度數(shù)值，詳見圖6 所示。

2.2 二次開發(fā)折彎表的應(yīng)用

將上述lee-metric bend allowance 文件放在* SolidWorks CorpSolidWorkslangchinese-simplified sheetmetal bend tablesend allowance 目錄下，刪除原有table1-bend allowance、table2-bend allowance、table3-bend allowance 和table4-metric bend allowance 折彎表。

SolidWorks 軟件對(duì)圖2 所示90°角鈑金件模型的創(chuàng)建、設(shè)置及展開操作步驟如下所示:

(1)SolidWorks 軟件中鈑金件有多種建模方式，本文建模時(shí)首先生成實(shí)體零件，然后將其轉(zhuǎn)換為鈑金件來進(jìn)行展開。

(2)90°角鈑金件的料厚必須符合表1 中的規(guī)定。

(3)設(shè)置鈑金件的折彎內(nèi)圓角半徑為0.3 mm，如圖7 所示。

表1 板材厚度δ、補(bǔ)償系數(shù)K 與BA 值對(duì)應(yīng)表 單位:mm

(4)在設(shè)計(jì)樹中左鍵單擊“鈑金1”特征，選擇“編輯特征”，在“折彎系數(shù)”欄中選擇“折彎系數(shù)表”，點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，在彈出“瀏覽文件夾”對(duì)話框中選擇“bend allowance”文件夾，點(diǎn)擊“確定”按鈕確認(rèn);然后在“折彎系數(shù)表”文件的下拉菜單中選擇二次開發(fā)的折彎表lee-metric bend allowance，點(diǎn)擊“更改鈑金的默認(rèn)折彎系數(shù)表”中的“是”按鍵確認(rèn)，如圖8、圖9所示。

(5)點(diǎn)擊“展開”按鈕，彈出“展開”對(duì)話框，首先選擇展開時(shí)的“固定面”，然后選擇“要展開的折彎”，此時(shí)可選擇“收集所有折彎”，然后按勾鍵確認(rèn)，如圖10 所示。

此時(shí)圖2 所示90°角鈑金件展開后的長度尺寸與上述使用補(bǔ)償系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了SolidWorks 二次開發(fā)折彎系數(shù)表的準(zhǔn)確性。

對(duì)于圖11、圖12、圖13 和擁有多道90°折彎角的復(fù)雜鈑金件，SolidWorks 軟件也可實(shí)現(xiàn)1 ∶1準(zhǔn)確展開，且三維模型的設(shè)置與展開操作步驟同上所述。

對(duì)前期已建模的90°角鈑金件的SolidWorks 模型，可通過修改鈑金件內(nèi)圓角數(shù)值后加載lee-metric bend allowance 折彎系數(shù)表實(shí)現(xiàn)1 ∶1準(zhǔn)確展開。

2.3 SolidWorks 軟件輸出DXF 文件步驟

SolidWorks 軟件輸出DXF 文件操作步驟如下所示:

(1)將鈑金件FeatureManager 設(shè)計(jì)樹中的“平板型式1”解除壓縮，如圖14 所示。

(2)左鍵點(diǎn)擊折彎中心線，在彈出菜單中選擇“隱藏”按鈕，實(shí)現(xiàn)隱藏折彎中心線，如圖15 所示。

(3)使用空白的工程圖模板出展開工程圖，Solid-Works 工程圖的繪圖比例默認(rèn)為1 ∶1。

(4)將展開工程圖另存為DXF 文件(或DWG 文件，根據(jù)實(shí)際情況確定)。

(5)DXF 文件可以通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)綌?shù)控塔沖或數(shù)控激光切割機(jī)中進(jìn)行編程加工。

(6)后續(xù)在鈑金件FeatureManager 設(shè)計(jì)樹中刪除“展開1”和“平板型式1”特征，保存后按照常規(guī)重新出二維工程圖即可。

3 90°角鈑金件展開時(shí)注意事項(xiàng)

建模時(shí)必須使SolidWorks 三維模型的單位與數(shù)控塔沖或數(shù)控激光切割機(jī)的單位保持一致。

鈑金件建模過程中應(yīng)考慮工藝孔等各種加工工藝性問題，例如:螺紋孔建模時(shí)直接設(shè)計(jì)為螺紋底孔，自動(dòng)切釋放槽等。如有不符合實(shí)際加工的工藝性問題，展開工程圖需進(jìn)行局部修正［2］。

鈑金件模型展開前后均需進(jìn)行干涉檢查，如有干涉情況則需做相應(yīng)修改，直至鈑金件展開前后干涉均消除。

上述二次開發(fā)折彎系數(shù)表僅適用于料厚符合表1中的規(guī)定，且使用SolidWorks 建模時(shí)內(nèi)圓角半徑為0.3 mm的90°角鈑金件。SolidWorks 建模時(shí)鈑金件設(shè)定的內(nèi)圓角與折彎機(jī)將鈑金件折彎后的實(shí)際內(nèi)圓角為不同概念。

對(duì)于只有1 種非90°角的鈑金件，可結(jié)合鈑金設(shè)備狀況及工藝狀況將lee-metric bend allowance 折彎系數(shù)表再次優(yōu)化，通過加載再次優(yōu)化后的折彎系數(shù)表實(shí)現(xiàn)上述鈑金件1 ∶1的準(zhǔn)確展開。

對(duì)于既有90°角又有非90°角的鈑金件，也可以使用SolidWorks 軟件進(jìn)行展開，然后對(duì)非90°角折彎邊展開后的尺寸進(jìn)行局部修正，此方法也可以達(dá)到減小編程工作量，提高勞動(dòng)效率的目的。

因不銹鋼板、鋁板、敷鋁鋅板、熱鍍鋅板、銅板等其他板材的補(bǔ)償系數(shù)與鋼板不同，且每個(gè)鈑金制造廠家的制造設(shè)備不同，上述二次開發(fā)的折彎系數(shù)表不適用于除鋼板外的其他板材，鈑金生產(chǎn)廠家可以結(jié)合鈑金制造設(shè)備狀況及工藝狀況自行優(yōu)化修改上述二次開發(fā)的折彎系數(shù)表。

4 結(jié)語

經(jīng)實(shí)踐證明，SolidWorks 軟件通過加載二次開發(fā)的折彎系數(shù)表，可以實(shí)現(xiàn)90°角鈑金件的1 ∶1準(zhǔn)確展開，展開迅速準(zhǔn)確、效率高，展開尺寸便于驗(yàn)證，且輸出的DXF 文件可以方便地與數(shù)控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以達(dá)到直接輸出編程，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公的目的。使用SolidWorks 軟件對(duì)90°角鈑金件進(jìn)行展開，可以節(jié)約編程時(shí)間，提高工作效率，大大節(jié)約了企業(yè)的人工成本，從而提升了企業(yè)的整體效益和競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］詹友剛. Solidworks 2012 寶典［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］胡仁喜. SolidWorks 2012 中文版從入門到精通［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.