1、钣金加工中折弯系数的探讨张永军张永军 1966 年生 , 1989年毕业于兰州铁道学院机械系机械制造工艺与设备专业 , 现任北京铁路信号工厂工艺科科长 , 工程师。内容提要 针对钣金加工中折弯系数确定的重要性 , 对普通钢板(SPCC)、折弯角度为 90的加工件的展开料进行理论计算 , 分析折弯系数的有关影响因素 , 根据试验数据 , 建立数学模型 , 经过计算机的优化组合 , 确定了折弯系数计算的基本规律 (折弯系数的计算公式 )。关键词 钣金 加工 折弯系数1 折弯系数确定的重要性在钣金加工中 , 对零件展开料计算时 , 工艺人员是凭经验确定折弯系数 (即消耗量 ) 的 , 不同工艺人员编
2、制的工艺文件 , 其确定的折弯系数也不相同。通过查阅大量的有关钣金加工手册 , 也没有查到明确的公式来计算折弯系数 , 只能查到不同折弯内圆弧的折弯系数 , 而内圆弧与加工工艺方案有关 , 使用不同的折弯下模槽宽 , 内圆弧也不相同 , 从而导致工艺文件上无法确定折弯系数的准确值。这不仅影响工艺文件的标准化、合理化 , 而且给车间生产带来困难 , 并导致产品质量的不稳定。随着科学技术的不断进步 , 计算机应用逐步向C IM S 系统发展。必须首先解决计算机自动计算展开料 , 也就是必须首先解决折弯系数的自动确定 , 才能谈论计算机辅助编制工艺 , 包括工艺文件的自动编制、展开料的自动计算 ,
3、材料消耗定额的自动计算等等。北京地区正在推行 C IM S 系统的一些厂家 , 其软件也没有解决这一问题 : 而作为数控机床的生产厂家 , 折弯系数的确定是专利产品 , 对使用机床的用户是保密的。因此必须自行解决折弯系数确定的计算方法。2 展开料的理论计算钣金折弯加工时 , 其内侧产生压缩 , 外侧产生拉伸 , 内侧的压缩由内往外逐渐缩小 , 外侧的拉伸也由外往里逐渐缩小 , 在接近板厚的中心处 , 压缩与拉伸接近于零 , 板厚中间的这个面叫中性层。下面以中性层为基准对展开料进行理论计算。2. 1 折弯内圆弧半径 R 5t (t 为材料厚度 )当折弯内圆弧半径大于或等于材料厚度尺寸的5 倍时
4、, 材料折弯处无厚度变化 , 即折弯后中性层在材料厚度的中心线上 , 如图 1- a。图 1- a展开料长度 :L = a+ b+ x (x 为中性层圆弧长度 )因为 折弯半径 R = R + t 2圆周长 l= 2PR = 2P(R + t 2)x= (A 360 ) 2P(R + t 2)所以 L = a+ b+ (A 360 ) 2P(R + t 2)53质量管理 1999 年第 7 期 铁道技术监督 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.值 , 对折弯系数的影响很小 , 可以忽略不计
5、 , 在此不再加以讨论。回弹的大小由折弯的压力 P 大小有关 , 而压力又取决于折弯下模的槽宽 V 与材料的厚度 t, 所以回弹的大小与折弯下模槽宽 V 和材料厚度 t 有关。槽宽 V 变大 , 压力 P 变小 , 回弹就变大 ,否则相反 ; 料厚 t 变大 , 压力 P 变大 , 回弹变小 , 否则也相反。因此如果折弯上模刀尖圆弧半径 R 0 相同或圆弧半径 R 0 相近时 , 折弯后内圆弧半径 R 的大小 ,影响最大的因素是折弯下模槽宽 V 及材料的厚度t。折弯后弯角处材料的厚度 t0, 取决于材料本身的厚度 t 及折弯的压力 P, 折弯的压力 P 也同样取决于折弯下模的槽宽 V 及材料的
6、厚度 t。如果材料的厚度 t 不变时 , 折弯下模槽宽 V 越大 , 压力 P 越小 (即成反比关系 ) ; 如折弯下模槽宽 V 不变时 , 材料厚度 t 越大 , 压力 P 越大 (即成正比关系 )。所以折弯后弯角处材料的厚度 t0 的大小取决于折弯下模槽宽 V 及材料的厚度 t。因此 , 对于普通钢板 (SPCC)、折弯角度为 90的加工件 , 其折弯系数的影响因素主要取决于折弯下模槽宽 V 及材料的厚度 t。3. 2 折弯系数 C 的确定由上面分析可知 , 折弯系数 C 与折弯下模的槽宽 V 及被加工件材料的厚度 t 有关。经过多次反复的试验 , 得出如下表 1 的试验数据。试验条件 设
7、备 : PG- 100;上模刀尖的圆弧半径 : R 0. 5;材料 : 普通钢板 (SPCC) ;折弯角度 : 90。表 1折弯系数 C (mm ) 材料的厚度 t (mm )0. 80 1. 00 1. 20 1. 50槽宽V(mm )6810120. 12- 0. 04- 0. 20- 0. 340. 260. 10- 0. 06- 0. 200. 400. 240. 10- 0. 060. 640. 500. 340. 20为此 , 根据数学方法 , 建立两个数学模型模型 1: C= AV + B t+ E (5)模型 2: C= AV P+ B t D + E (6)其中 : C折弯系
8、数 ;V 下模槽宽 ;t材料厚度 ;A、 B、 P、 D、 E为未知数。根据 C 语言数值算法程序大全中的 C 语言模块 , 将表 1 中的数据分别代入 (5)、 (6) 式 , 由计算机对其求解 , 得出最优的方案为 (5)式。其中A = - 0. 075;B = 0. 72;C = - 0. 01, 最大偏差 $m ax = 0. 06 (即 $ = 0. 03)时为最优。分别将 A、 B、 C 的值代入 (5) 式 , 得到折弯系数最优的计算公式 :C= - 0. 075V + 0. 72t- 0. 01 (7)3. 3 折弯系数 C 的验证根据折弯系数的计算公式 : C = - 0.
9、075V +0. 72t- 0. 01, 任意求出几组数据与试验数据进行验证 , 偏差值大部分在 0. 01 之内 , 最大的不超过 0. 03。 如下表 2。表 2折弯系数 C 槽宽 V (mm )(mm ) 6V 8V 10V 12V 20V材料的厚度t(mm )0. 81. 22. 02. 5试验值计算值偏 差试验值计算值偏 差试验值计算值偏 差试验值计算值偏 差0. 1200. 116- 0. 0040. 4000. 4040. 004- 0. 040- 0. 0340. 0060. 2400. 2540. 014- 0. 200- 0. 184- 0. 0160. 1000. 104
10、0. 0040. 7000. 680- 0. 020- 0. 060- 0. 0470. 0130. 5600. 530- 0. 0300. 8600. 8900. 030- 0. 040- 0. 070- 0. 0300. 2800. 2900. 010综上所述 , 对于普通钢板 (SPCC)、折弯角度为90的加工件其折弯系数的影响因素主要取决于折弯下模槽宽 V 及材料的厚度 t, 基计算公式 : C =- 0. 075V + 0. 72t- 0. 01, 经过验证 , 在允许误差范围内 , 满足钣金加工工艺。参考文献1. W. H. P ress: C 语言数值算法程序大全 , 电子工业出
11、版社 ,北京 , 1995。2. 钣金冲压工艺手册编委会 :钣金冲压工艺手册 , 国际工业出版社 , 北京 , 1989。3. 天田培训部 :油压机基础 , AM ADA SCHOOL , 北京 , 1995。(收稿日期 1999- 05- 08)73质量管理 1999 年第 7 期 铁道技术监督 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.将 A = 90代入上式L = a+ b+ (90 360 ) 2P(R + t 2)所以 L = a+ b+ 1. 57 (R + t 2) (1)2. 2
12、 折弯内圆弧半径 R 5t当折弯内圆弧半径小于原材料厚度尺寸的 5 倍时 , 由于受到折弯压力的作用 , 材料折弯处的厚度 t0变薄 , 中性层也渐渐偏向于内侧 , 如图 1- b。图 1- b因为 折弯半径 R = R + t0 2x= (A 360 ) 2P(R + t0 2)所以 L = a+ b+ (A 360 ) 2P(R + t0 2)将 A = 90代入上式L = a+ b+ (90 360 ) 2P(R + t。 2)所以 L = a+ b+ 1. 57 (R + t 2) (2)以上 (1) 式是用来计算折弯内圆弧半径 R 5t时的展开料 , 在这种情况下 , 图纸上是明确规
13、定 R值的 , 所以使用以上 (1)式计算展开料非常方便。而对于 R 5t 时 , 采用以上 (2)式 , 其中 a、 b 为常数 , 只要确定 R 与 t0, 就能计算展开料 , 但 R 与 t0 的影响因素很多 , 无法确定。因此 (2)式只不过是一个理论计算公式 , 在实际加工过程中 , 用途并不是很大。但实际加工中大部分的零件 , 其折弯内圆弧半径 R 5t, 要计算其展开料 , 以上 (2) 式又不能计算 ,因此必须作为一个新的问题 , 提出一个新的解决方法。下面介绍 , 在实际加工过程中 , 折弯内圆弧半径R 5t 时的展开料计算所采用的另一种计算方法内侧尺寸计算法。3 展开料的内
14、侧尺寸计算法内侧尺寸计算法指将内侧尺寸全部加起来求的和 , 加上由材料厚度 t 和折弯内圆弧 R 两个因素所决定的折弯系数 , 如图 2 所示。首先将 l1、 l2 ln 内侧尺寸全部加起来求出其总和 , 再加上每一弯角的折弯系数 , 用一般公式计算 :L = l1+ l2 + ln+ (n- 1)C (3)其中 : C折弯系数。图 2图 3如果是图 2- a 的话 , 有两个弯角 , 就加 2C; 如果是图 2- b 的话 , 也同样加上 2C; 如果是图 2- c的话 , 就加上 4C。如果是如图 3 所示的外侧标注尺寸 , 将外侧尺寸转换成内侧尺寸 , 即把外侧尺寸全部加起来求得其和 ,
15、 然后减去外侧尺寸中所包含的所有料厚 , 再加上每一弯角的折弯系数 , 用一般公式表示如下 :L = l1+ l2+ + ln- 2 (n- 1) t+ (n- 1)C (4)如果是图 3- a 的话 , 有两个弯角 , 减去 4t, 加2C; 如果是图 3- b 的话 , 同样减去 4t, 加 2C, 如果是图 3- c 的话 , 应减去 8t, 加上 4C。3. 1 折弯系数 C 与其影响因素之间的关系上面已经分析 , 对于 R 5t, 用 (1) 式可以准确计算展开料的长度 L , 而在实际加工过程中 , 大部分的零件是 R 5t, 根据展开料的内外侧尺寸计算法(3)式、 (4)式及展开料的理论计算公式 (2)式可以看出 , 折弯系数 C 的大小 , 一方面取决于折弯后内圆弧的半径 R , 另一方面又取决于折弯后弯角处材料的厚度 t0。内圆弧半径 R 的大小 , 是由折弯用上模的刀尖圆弧 R 0 和回弹的大小决定的 (即 R = R 0+ 回弹 )。在实际加工过程中 , 所使用上模刀尖的圆弧半径 R 0,大多数情况下都小于或等于 0. 5 mm , 可视为一定63铁道技术监督 1999 年第 7 期 质量管理 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
