鋼板冷彎曲件展開尺寸的計算

摘 要：集裝箱吊具是碼頭港口機械進行集裝箱裝卸作業(yè)的重要搬運設(shè)備，此吊具設(shè)備的安全性是確保碼頭進行安全作業(yè)的重要保障。集裝箱的主體結(jié)構(gòu)是由以鋼板為原材料，通過對鋼板切割、冷彎曲成形、然后采用先進焊接工藝進行組裝而成的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備。由于吊具的結(jié)構(gòu)特點，此產(chǎn)品的好多結(jié)構(gòu)型零件都是鋼板的彎曲成形件，為了保證這些冷彎曲零件的板材下料時的準(zhǔn)確性，非常有必要對這些冷彎曲件展開尺寸的計算進行科學(xué)的研究和分析，以便滿足生產(chǎn)的需要，降低生產(chǎn)成本，充分提高材料的合理利用率。文章詳細(xì)簡述了相關(guān)彎曲零件展開尺寸的計算方法。

關(guān)鍵詞：集裝箱吊具；板材的冷彎曲成形；冷彎鋼板彎曲件展開下料尺寸；冷彎曲半徑R；板材厚度T；冷彎鋼板彎曲件中性層；中性層偏移量；冷彎鋼板彎曲件展開下料尺寸的計算

常熟眾達機械工程有限公司是一家新加坡獨資企業(yè)，其投資人是新加坡眾達公司，新加坡眾達公司創(chuàng)立于1961年，是世界著名的鋼鐵工業(yè)和建筑業(yè)工程材料制造商。2005年，新加坡眾達公司在江蘇常熟沿江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建立了獨資工廠—常熟眾達工程機械有限公司。常熟眾達工程機械有限公司位于江蘇常熟經(jīng)濟開發(fā)區(qū)沿江工業(yè)園出口加工區(qū)，生產(chǎn)各種規(guī)格和噸位的碼頭港口集裝箱運輸?shù)蹙?，產(chǎn)品主要銷往亞太、中東和歐美地區(qū)。集裝箱吊具（見圖1）是碼頭港口機械進行集裝箱裝卸作業(yè)的重要搬運設(shè)備，此吊具設(shè)備的安全性是確保碼頭進行安全作業(yè)的重要保障。集裝箱吊具的主要結(jié)構(gòu)由以下幾大部分組成：（1）集裝箱吊具的箱梁結(jié)構(gòu)（吊具的主體結(jié)構(gòu)）；（2）集裝箱吊具的伸縮梁（臂）結(jié)構(gòu)（以便滿足吊運不同尺寸的集裝箱箱柜）；（3）電氣控制和液壓系統(tǒng)動力裝卸；（4）驅(qū)動伸縮梁（臂）伸縮的牽引裝置；（5）同集裝箱柜連接的旋鎖機構(gòu)；（6）其他相關(guān)的附屬設(shè)施機構(gòu)。

圖1

集裝箱的主體結(jié)構(gòu)是由以鋼板為原材料，通過對鋼板切割、冷彎曲成形、然后采用先進焊接工藝進行組裝而成的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備。由于吊具的結(jié)構(gòu)特點，此產(chǎn)品的好多結(jié)構(gòu)型零件都是鋼板的彎曲成形件，為了保證這些冷彎曲零件的板材下料時的準(zhǔn)確性，非常有必要對這些冷彎曲件展開尺寸的計算進行科學(xué)的研究和分析，以便滿足生產(chǎn)的需要，降低生產(chǎn)成本，充分提高材料的合理利用率。

1 鋼板彎曲時中性層位置的確定

板料彎曲，當(dāng)變形較小時，中性層在板料中間；當(dāng)變形較大時。中性層逐漸向內(nèi)移動。通常當(dāng)彎曲內(nèi)半徑R與鋼板材料厚度T之比小于12，即R/T<12時，就必須考慮中性層向內(nèi)的移動量。該移動量可以用材料力學(xué)的方法計算出來，但是計算比較復(fù)雜。我們通常是借助試驗的方法得到鋼板中性層位置系數(shù)K（見表1）。

設(shè)ρ為彎曲內(nèi)半徑R的圓心到中性層（線）的距離，即中性層（線）的彎曲半徑ρ=R+KT。

2 彎曲90°展開件下料尺寸計算方法

計算彎曲件展開長度的方法，是將彎曲件分成若干直線段和圓弧段的基本幾何單元，分別計算各單元部分的長度，然后求出各單元部分的長度總和。鋼板折彎處展開尺寸的計算公式為：

L=παρ/180°=πα（R+KT）/180° （1）

當(dāng)α=90°時：

L90=π（R+KT）/2 （2）

以圖1為例，鋼板可以分為2個L1、1個L2、2個L3。其中L1和L2為直線部分，只需要加減計算，而L3按公式（2）來計算。

鋼板展開料總長度L為：

L=2L1+L2+2L3

其中：L1=70-R-T=70-6-4=60mm

L2=100-2R-2T=100-2×6-2×4=80mm

L3=π（R+KT）/2=3.14×（6+0.36×4）=11.7mm（當(dāng)R/T=1.5時，查表1，得K=0.36）

因此 L=2L1+L2+2L3=2×60+80+2×11.7=223.4mm

利用公式（2）可以計算出不同的彎曲半徑R和板料厚度T的90°彎曲板料的弧長。

但是，在實際的生產(chǎn)中，鋼板折彎90°，其尺寸標(biāo)注通常不像圖3那樣，而是像圖4那樣。為此，折彎90°的展開料長可以按以下公式計算：

L=L1+L2-X （3）

公式（3）中的X值可以從表（2）中查閱其相關(guān)參數(shù)進行確定其對應(yīng)的數(shù)值。

仍以圖2為例，參照表2的數(shù)據(jù)，可得板料額展開長度為：

L=2（L1+L2-X）=2×（70+100/2-8.3）=223.4mm （當(dāng)T=4，R=6時，查表2，得X=8.3）

3 復(fù)雜折彎件展開下料尺寸的計算

復(fù)雜折彎件，可以看作由多個簡單折彎件組成。以圖5為例，可以將其分成5段：ab、bc、cd、de、ef。其中點b、c、d、e為直線段和弧線段的交點。首先計算出2個R5弧心園O1、O2的水平投影O2K和直線cd之長，圖6為局部放大圖。O1b=O1c=O2e=5+1=6mm （取材料厚度的一半進行計算）。作 cG⊥O1b交于G點，cG=cO1Sin45°=6×Sin45°=4.24mm。作dH⊥O1b，作cH∥O1b交H點，作O2K⊥O1G交O1G延長線上K點。

由圖5及圖6可得：

cH=dH=2O1G+O1K=2cG+O1K=2×4.24+16=24.48mm

Lcd=cH/Sin45°=28.77mm

O2K=2cG+dH=2×4.24+24.48=32.96mm

Lab=30+（100-22-O2K）-X=30+（78-32.96）-4.6=70.44 （查表2，X=4.6）

Lef=22+30-4.6=47.4mm

Lbc=Lde=π45°（R+KT）/180°=3.14×45/（5+0.39×2）/180=4.55mm.

因此：總的展開下料長度L=Lab+Lbc+Lcd+Lde+Lef=70.44+4.55+28.77+4.55+47.4=155.71mm。

參考文獻

[1]機械工程師手冊 第二版[M].機械工業(yè)出版社.

[2]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業(yè)出版社.

[3]柯明楊.機械制造工藝學(xué)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.