鈑金零件的數(shù)控加工工藝性分析

摘 要：本文主要介紹了鈑金零件數(shù)控加工（剪、沖、折）的加工過程、工藝分析及加工過程中所出現(xiàn)的一些問題。

關(guān)鍵詞：鈑金零件 數(shù)控加工 展開尺寸計算 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床

中圖分類號：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）0116-02

金屬板材是現(xiàn)代工業(yè)的一個重要組成部分，應(yīng)用廣泛。近年來，隨著需求的增加，鈑金加工發(fā)展迅猛，涵蓋從原材料到成品加工的各個過程：剪、沖、折、焊、鉚接、表面處理、裝配等，以“沖”為例，經(jīng)歷了普通沖床配合模具、連續(xù)模具沖壓、多工位沖壓、數(shù)控沖壓、激光切割機(jī)等的發(fā)展歷程。目前，數(shù)控剪、沖、折設(shè)備仍是鈑金行業(yè)的首選設(shè)備，當(dāng)需求向多品種、小批量轉(zhuǎn)移后，原來普通的沖壓模式就不能滿足行業(yè)的發(fā)展需要了，而數(shù)控剪沖折正是以其靈活的優(yōu)勢，順應(yīng)了這一趨勢。本文結(jié)合作者多年來的鈑金加工經(jīng)驗，著重對數(shù)控鈑金的剪、沖、折加工做工藝性分析，希望對鈑金加工人員和技術(shù)人員有所幫助。

1 板料展開長度計算

鈑金零件的展開長度計算是鈑金零件加工的首要步驟，展開長度計算的精確程度，直接影響著零件成型后的尺寸精度，所以，展開長度計算是整個鈑金零件加工的基礎(chǔ)。

（1）彎曲過程。彎曲前，板料斷面上三條線相等（如圖1所示），即ab=a`b`=a"b"。彎曲后，板料內(nèi)層縮短，外層伸長。即ab

在近似計算中可認(rèn)為中性層在材料厚度的二分之一位置。另外，對于窄的板條料（寬度小于三倍板厚時）在壓縮部位寬度將有所增加；對于寬度大于三倍板厚的板料，其寬度可視為不變。

（2）展開長度計算。在進(jìn)行數(shù)控鈑金零件的加工中經(jīng)常遇到零件展開長度的計算，零件的展開長度與板料的厚度、板材的彎曲半徑、折彎型槽的大小等因素有關(guān)，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。下面給出了兩種鈑金零件展開長度的計算方法。

①彎曲零件展開長度的一般計算法，如圖2所示。

L=L1+L2+（R+X0δ）

其中L1、L2為平直部分長度；

ψ=180°-α；α為彎曲角，X0為中性層系數(shù)，一般小于0.5，該系數(shù)隨料厚及彎曲半徑R的改變而改變。

②簡便計算法。

在實際加工中，由于我們使用折彎機(jī)的模具都是固定的，對于不同材料和厚度的板材，其折彎半徑都是固定的。所以我們通常使用簡便計算法。

L=A+B-α

式中：L為展開尺寸，A、B為 單直角彎曲時零件外形尺寸，α為折彎系數(shù)（圖3）。這種方法對于數(shù)控沖經(jīng)常加工的各種薄板彎成的零件當(dāng)其彎曲半徑R=1～2 mm，板厚δ<2.5 mm時使用非常方便。

**α—— 折彎系數(shù)的計算：

實際加工中，如果不知道折彎系數(shù)，可通過試折彎的方法獲得。利用數(shù)控剪板板機(jī)剪下兩塊100 mm×100 mm的正方形，用卡尺精確測量兩方向尺寸，并在數(shù)控折彎機(jī)上分別沿平行和垂直于軋制方向折彎90度，折彎尺寸為50 mm，測出折彎后兩邊尺寸A和B，根據(jù)折彎系數(shù)公式α=A+B-L，即可得出各方向的折彎系數(shù)。

2 數(shù)控剪板機(jī)下料

計算出零件的展開尺寸后，就可以采用數(shù)控剪板機(jī)進(jìn)行下料工作了。數(shù)控剪板機(jī)不僅具有互成90度的上下兩組刀片，可以在一次行程中完成板材垂直方向的切斷加工，而且具有防止板料下垂的托板機(jī)構(gòu)，可以將剪切長度、刀口的間隙、刀口角度、加工尺寸等參數(shù)編制成程序進(jìn)行加工。

數(shù)控剪板機(jī)的選用，是數(shù)控加工工藝首先考慮的問題。一般情況下根據(jù)機(jī)床的加工范圍和加工能力以及零件的材質(zhì)、厚度、加工尺寸、加工精度等要求來選定。

（1）加工力的確定。剪板機(jī)的剪切加工力的計算可采用下面公式計算：

P=57.29t2K

式中：P為切斷力（N）；

t為被剪切板材厚度（mm）；

K為板材剪切阻力（Mpa）。

通常冷軋鋼板的剪切阻力300～350 MPa，不銹鋼板的剪切阻力520～560 MPa，鋁板的剪切阻力70～180 MPa。

（2）刀口間隙和刀口角度的確定。正確選擇上下刀口之間的間隙和角度，是獲得良好切斷面和提高刀口使用壽命的保證也是必須考慮的工藝因素之一。剪切間隙主要由材料和料厚來決定，普通鋼板約為料厚的10%，熱軋鋼板和不銹鋼鈑約料厚的12%，鋁鈑約為料厚的8%～9%。剪切角度一般為2.5度，對于下料尺寸窄長的薄料來說，剪切角度要小一些，否則，剪出的料會扭曲的很厲害。

（3）加工中常見問題及解決方法。

①剪板機(jī)下料兩邊不垂直，對角線不好。調(diào)整剪板機(jī)角尺為直角。對整張板料裁剪時，首先要將板料的一邊靠緊直角尺剪去毛邊。②剪板機(jī)下料毛刺太大。刀口鈍，更換刀口；刀口間隙大，調(diào)整刀口間隙合適。③剪板機(jī)下料兩端尺寸不一樣。刀口與后擋料兩端距離不一樣，調(diào)整后擋料相對刀口平行；下料太寬，后端下垂，需適當(dāng)托一下。④剪板機(jī)下料扭曲變形。下料較窄較長，上下刀口角度不合適。⑤剪板機(jī)下料具有撓度。上下刀口不平行，調(diào)整刀口平行。⑥剪板機(jī)下料具有劃傷。料本身具有劃傷；加工過程中劃傷。選用好料并在加工中注意表面保護(hù)。

3 數(shù)控沖床沖壓加工

數(shù)控沖床主要用于加工鈑金零件上的圓孔、方孔、缺口及一些異形孔。最常見的結(jié)構(gòu)形式為數(shù)控的轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)。板材經(jīng)過裝夾定位后，控制系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)先編制好的程序，控制機(jī)床在X、Y方向定位和更換模具沖孔，并能自動改變沖孔次數(shù)、其他工藝參數(shù)和輔助功能。

（1）沖床模具的選擇。沖床模具的選擇是否得當(dāng)直接影響工藝實施質(zhì)量的好壞和機(jī)床的使用壽命。其中，沖床模具間隙是影響沖切質(zhì)量的最重要工藝因素，如果間隙選則不合適，會使模具壽命縮短或出現(xiàn)毛刺，引起二次剪斷等，使得切口形狀不規(guī)則，脫模力增大而帶料。間隙受材料和材質(zhì)的影響很大，它與加工的板厚和材質(zhì)有關(guān)，鋼板一般為板厚的10%～15%，鋁板8%～12%，不繡鋼板15%～20%。凸模和凹模的間隙用總差值來表示，例如：使用φ10的凸模和φ10.3的凹模時，間隙為10.3-10= 0.3mm。

模具在使用過程中應(yīng)經(jīng)常研磨，這樣可以延長模具的使用壽命。模具的磨損程度可以從模具邊緣判斷：邊緣部分變圓或下了霜一樣發(fā)白，光澤消失，這時需要研磨，否則模具刃口更鈍，需要的沖壓噸位會更大，模具會急劇磨損。研磨后的凸凹模邊遠(yuǎn)應(yīng)呈直角，并用油石處理。

模具的壽命與下列因素有關(guān)：

板料越厚 壽命越短

板料越硬 壽命越短

步?jīng)_加工 壽命變短

（2）沖孔力的計算。選擇模具時，要求每個模具的沖孔力不得超過沖床最大公稱力。沖孔力P可由下式計算：

P=KLtτ

式中：P為沖孔力的大?。∟）；

L為模具刃口的周長（mm）；

t為板料厚度（mm）；

τ為材料的剪切強(qiáng)度（MPa）；

K為系數(shù)。考慮到刃口鈍化、間隙不均勻、材料。

厚度波動而增加的安全系數(shù)。K值常取1.3。

如果知道機(jī)床噸位和沖裁的板料厚度、材質(zhì)則可計算出能加工的最大孔徑。最小加工孔徑與材質(zhì)和料厚有關(guān)，鋼板和鋁板應(yīng)大于或等于料厚，不銹鋼板應(yīng)大于或等于兩倍料厚。

（3）編制沖床程序。編程需要根據(jù)鈑金零件圖，計算零件的展開尺寸，繪制零件的展開圖，并將零件上的孔、缺口的位置重新定位。繪制零件的展開圖是數(shù)控鈑金加工工藝的重點所在。然后根據(jù)展開圖并參考工藝要求，合理的選用模具、加工方法和加工路線進(jìn)行程序編制。

數(shù)控沖床的加工步驟如下。

①審核圖紙。首先參考工藝和折彎系數(shù)，將圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)檎归_圖，并詳細(xì)檢查尺寸，合理的考慮夾鉗禁區(qū)而確定下料尺寸和加工方法。

②確定坐標(biāo)系編程（FANUC系統(tǒng)）。可以以板材一角為零點，一般以加工元素不多的一邊為X軸，X向以定位塊為基準(zhǔn)，Y向以夾鉗為基準(zhǔn)。使用編程軟件編程或手工編程。

③選擇安裝模具。根據(jù)加工要求合理的選擇模具并將模具安裝到?jīng)_床模座，此時應(yīng)注意模具間隙與板厚相適應(yīng)。

④輸入程序。

⑤沖床沖壓鎖定空運行。

⑥沖床加工?？紤]到程序的準(zhǔn)確性，首件加工后，應(yīng)根據(jù)圖紙仔細(xì)檢查，如有錯誤及時修改程序，直到工件合格再生產(chǎn)。

（4）加工中常見問題及解決方法

①加工零件的尺寸不合圖紙要求。程序錯誤；模具安裝錯誤；機(jī)床未回參考點；機(jī)床操作錯誤等。修改程序，選用合適的模具，機(jī)床重新回參考點或重新開機(jī)。②加工中模具帶料、毛刺大或沖不下料來。壓料套不合適；模具鈍；模具總程短。調(diào)整或更換壓料套，研磨模具，加長模具總程。③零件加工兩點距離與機(jī)床精度誤差相差太大。沖床加工中模具帶料或板材不平引起碰撞；加工中夾鉗口板材移動；長時間使用機(jī)械有較大反向間隙。修調(diào)模具并且校平板材，更換夾鉗齒板，重新夾好板材，修改參數(shù)。④加工好零件邊上尺寸誤差較大。板材兩邊垂直度引起定位誤差；板材加工中脫離夾鉗基準(zhǔn)邊；X方向定位基準(zhǔn)邊磨損；板料裝夾方向不當(dāng)。修剪板材基準(zhǔn)邊，排除引起板材相對夾鉗移動原因，調(diào)整參數(shù)，更換裝夾方向。

4 數(shù)控折彎加工

數(shù)控折彎機(jī)用于鈑金零件的折彎成型，它利用機(jī)床所配備的通用模具或?qū)Ｓ媚＞撸瑢⒔饘侔宀恼蹚澇筛鞣N幾何截面形狀的工件?，F(xiàn)在的數(shù)控折彎機(jī)利用數(shù)控系統(tǒng)對滑快行程（凸模進(jìn)入凹模深度）和后擋料位置進(jìn)行自動控制，實現(xiàn)對折彎工件的不同角度和折彎尺寸的折彎成型。

（1）折彎機(jī)模具。折彎機(jī)模具是折彎工藝中必須要考慮的問題。上模主要有直刀形和鵝頸形，下模則有不同寬度的V形槽，各V形槽口角度為88度，由于鋼板折彎后存在回彈現(xiàn)象，折彎90度時，V形槽口應(yīng)小于90度。凹模開口尺寸是重要的折彎參數(shù)，它與折彎板厚和折彎力有關(guān)。在相同的板厚前提下，開口尺寸越大，所需折彎力越小，板厚越厚，所需開口尺寸越大。折彎時V形槽的寬度應(yīng)是料厚的6～8倍。假如凹模開口距過小，則由于彎曲半徑減小，可能會使折彎層斷裂。折彎加工應(yīng)根據(jù)需要合理的選用模具的種類及模具長度，采用合理的加工順序，防止干涉。

（2）折彎半徑（內(nèi)半徑）和最小折彎尺寸。 折彎半徑（內(nèi)半徑）和最小折彎尺寸也是折彎工藝中要考慮的問題。在自由折彎時，不管板料厚度如何，最適宜的折彎半徑約等于凹模開口距的0.156倍。折彎半徑小于或等于板料厚度時，彎曲層很容易斷裂。

（3）折彎工藝力的計算。折彎加工需要用到折彎工藝力參數(shù)，折彎工藝力計算公式：

P=650SL2V（kN）；

式中：P為壓力（kN）；

S為所折板料厚度（mm）；

L為所折板料長度（m）；

V為下模開口尺寸（mm）。

計算出的壓力是根據(jù)普通鋼板的抗張力δb=450 N/mm2為計算依據(jù)，鋁板需乘以0.8的系數(shù)，不銹鋼乘以1.5～2.0的系數(shù)。具體工作中可查看機(jī)床上的壓力表格。折彎時嚴(yán)禁超出模具耐壓值。

（4）加工中常見問題及解決方法。

①折彎尺寸不符合圖紙要求。程序錯誤；未回參考點；更改程序，回參考點。②折彎角度過大或過小。下模型槽不合適；角度補(bǔ)償值參數(shù)不合適；壓力不合適。選用合適的下模，調(diào)整角度補(bǔ)償值，調(diào)整壓力。③折彎角度兩端不一致。模具磨損不一致；機(jī)床上下模具不平行。調(diào)整模具一致或修磨模具。調(diào)整機(jī)床上下模具之間距離相同。④折彎尺寸兩端不一致。兩個（或多個）后定位擋料指距離模具中心不一致；材料扭曲變形。調(diào)整后定位擋料指并靠齊重新折彎。校正材料變形。⑤零件加工中發(fā)生干涉，不能完全折彎。折彎時模具配制不合適；折彎順序不合理；結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。重新配置合適的模具，更改折彎順序，更改結(jié)構(gòu)設(shè)計。

5 結(jié)語

數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機(jī)所組成的小型自動化數(shù)控鈑金生產(chǎn)加工系統(tǒng)，能夠完成鈑金零件的下料、沖孔和折彎工作，大大縮短了工件的加工周期，提高了勞動生產(chǎn)率和加工精度，降低了加工成本，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，而且具有比激光切割相對較低的加工成本，所以其在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)仍將是鈑金加工的主流手段。

參考文獻(xiàn)

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