SolidWorks鈑金折彎在生產中的應用

　　摘要：文章介紹了SolidW orks的鈑金折彎算法和實際生產中常用的鈑金折彎算法，論述了折彎修正法與折彎系數法、折彎扣除法以及K-因子法之間的換算關系，提出了利用SolidWorks建立鈑金件三維實體模型的有效方法和注意事項，為業內工程技術人員提供了理論依據和實用參考。

　　1 引言

　　鈑金件是機械工業尤其是輕工業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。隨著現代工業的迅速發展，鈑金件的形狀越來越復雜、精度要求越來越高，由于結構設計是否合理和毛料尺寸是否準確直接決定了鈑金件能否具有良好的外觀、足夠的強度和必需的精度，所以合理設計鈑金件的結構并準確計算其展開尺寸就成為鈑金設計的首要任務。

　　SolidWorks是目前主流的三維機械實體設計軟件之一，它提供了方便易用和功能強大的鈑金解決方案，可以逼真地建立鈑金件的三維實體模型并以此為基礎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確，按展開尺寸成型后的零件與實際要求不符，甚至造成了不少經濟損失等。因此，只有正確掌握SolidWorks的鈑金設計方法才能最大限度地發揮其應有的生產力。

　　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和不同的鈑金材料銷售商都可能有基于各自經驗的鈑金折彎算法，而作為一個通用的三維機械設計軟件，SolidWorks采用的鈑金折彎算法有三種：折彎系數法、折彎扣除法和K因子法。

　　1.折彎系數法

　　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，兩平直段的長度分別為A、B，彎曲段的展開長度(亦即折彎系數)為BA。

　　于是鈑金件的展開長度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度Lt的，在式(1)中BA如同一個折彎補償值，故折彎系數通常也叫折彎補償。

　　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的長度分別為A、B。

　　圖2中A、B之和總是大于鈑金件的展開長度Lt的，所以用A、B之和來描述的鈑金件展開長度值就需要減去(扣除)一個值BD，這個值BD就叫折彎扣除。

　　于是鈑金件的展開長度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材料纖維既不伸長也不縮短的中性層，因此中性層的長度就是鈑金件的展開長度，即

　　設中性層距鈑金件彎曲內側表面的距離為t，再引入描述t與T之間關系的系數K，代表中性層相對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，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為

　　將式(5)代入式(3)得到中性層的長度亦即鈑金件的展開長度Lt為

　　當a=90°時，式(6)可簡化為

　　這就是最常見的在90°折彎時鈑金件的展開長度算式。

　　3 實際生產中的鈑金折彎算法——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的長度分別為A'、B'。

　　于是鈑金件的展開長度Lt可以描述為

　　因為圖4中A'、B'之和可能大于、小于或等于鈑金件的展開長度Lt，所以用A'、B'之和來描述的鈑金件展開長度值就需要用一個值δ來進行修正，這個值δ就叫折彎修正。

　　在實際生產中，鈑金工程師需要繪制鈑金展開圖并標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。可以看出，折彎修正法的優點是折彎計算基準與工藝基準統一，尺寸不需要換算，所以這種算法在生產中得到了廣泛應用。

　　4 折彎修正法與SoIidWorks鈑金折彎算法之間的關系

　　一方面，折彎修正法在生產中得到廣泛應用，另一方面，我們利用SolidWorks進行鈑金設計、分析和計算，那么折彎修正法與SolidWorks鈑金折彎算法之問存在什么樣的關系呢?

　　1.折彎修正與折彎系數之間的關系

　　為推導出折彎修正與折彎系數之問的關系，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之間的關系式為

　　當a=90°時，式(12)可簡化為

　　這就是最常用的鈑金件在90°折彎時折彎修正與折彎系數之間的關系式。

　　2.折彎修正與折彎扣除之間的關系

　　為推導出折彎修正與折彎扣除之間的關系，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系式為

　　當a=90°時，式(17)可簡化為

　　這就是最常用的鈑金件在90°折彎時折彎修正與折彎扣除之間的關系式。

　　3.折彎修正與K-因子之間的關系

　　為推導出折彎修正與K因子之間的關系，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因子之問的關系式為

　　當a=90°時，式(20)可簡化為

　　這就是最常用的鈑金件在90°折彎時折彎修正與K因子之間的關系式。

　　5 SolidWorks鈑金建模

　　在鈑金折彎過程中，板料的彎曲變形極為復雜，不管是折彎系數、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。SolidWorks雖然提供了默認的折彎系數表、折彎扣除表和K因子表，但需要注意的是，表中的數據是摘錄于國外機械手冊中的一些經驗數據，在建立鈑金件的三維實體模型時是不能直接照搬照用的。

　　在生產中，我們可以將不同種類的材料在不同的折彎條件下進行彎曲試驗，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、折彎扣除或K因子，最后按照SolidWorks的表格模板建立起相應的折彎表，這樣既可以按照SolidWorks的默認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注符合加工要求的直觀的尺寸，兩者就有機結合起來了。

　　從式(6)可以看出，鈑金展開長度與材料厚度、折彎半徑、折彎角度直接相關，所以值得特別注意的是，在利用SolidWorks建立三維模型時，不同半徑、不同角度的折彎是不能放在同一個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確的原因所在。

　　6 結束語

　　SolidWorks給廣大從事鈑金設計和加工的工程技術人員提供了方便直觀的設計手段，它已成為工程技術人員進行鈑金設計、分析和計算的得力助手，但是SolidWorks僅僅是一個工具，它提供的折彎數據也僅僅是一個參考，工程技術人員需要根據實際生產情況靈活處理，甚至同一品種不同批次的材料有時都需要重新進行折彎試驗以對折彎數據進行實時修正。