Pro/E折彎系數(shù)表的建立與應(yīng)用

■ 劉幫平，肖迪智

鈑金折彎成形零件具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕巧、承載能力大、加工簡(jiǎn)單及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其在家電產(chǎn)品、3C產(chǎn)品，汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域都起著重要作用，在軌道交通行業(yè)機(jī)車(chē)車(chē)體、轉(zhuǎn)向架等上也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在鈑金件加工的眾多影響因素中，展開(kāi)尺寸正確與否是制作合格折彎產(chǎn)品的一個(gè)極其重要環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，鈑金件展開(kāi)一般采用公式近似計(jì)算，很多廠家尤其是規(guī)模不大的小鈑金廠，甚至依賴(lài)于個(gè)別操作人員的經(jīng)驗(yàn)估算。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異和三維軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展及推廣，三維軟件在鈑金產(chǎn)品的制造全生命周期起到越來(lái)越重要的作用。Pro/E軟件是美國(guó)PTC公司基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、特征、全相及工程數(shù)據(jù)再利用等概念基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大CAD/CAE/CAM軟件。

對(duì)于復(fù)雜折彎零件，尤其是對(duì)于多道折彎件、多折彎半徑件或三維空間折彎件，用簡(jiǎn)單補(bǔ)償或扣除法已很難滿足新常態(tài)下高效、快捷的要求。鈑金設(shè)計(jì)是Pro/E眾多功能模塊中十分強(qiáng)大的一塊，隨著Pro/E三維軟件的普及應(yīng)用，利用Pro/E折彎系數(shù)表準(zhǔn)確、快速計(jì)算展開(kāi)尺寸的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。本文即介紹株洲聯(lián)誠(chéng)集團(tuán)控股股份有限公司備料中心利用現(xiàn)有折彎中性層半徑表，建立適用于本單位的Pro/E鈑金件折彎系數(shù)表，并成功應(yīng)用于機(jī)車(chē)產(chǎn)品準(zhǔn)確快捷展開(kāi)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)。

1. Pro/E軟件系統(tǒng)折彎系數(shù)表介紹

在鈑金彎曲過(guò)程中，外層受到拉應(yīng)力延伸，內(nèi)層受到壓應(yīng)力收縮，在延伸層與收縮層間總有既不受拉力又不受壓力的過(guò)渡層，即中性層（見(jiàn)圖1）。中性層在彎曲過(guò)程中的長(zhǎng)度和彎曲前一樣，所以中性層是計(jì)算折彎件展開(kāi)長(zhǎng)度的基準(zhǔn)。折彎產(chǎn)品展開(kāi)計(jì)算方式有很多種，導(dǎo)致不同單位或工藝人員對(duì)折彎系數(shù)定義不統(tǒng)一，有的指補(bǔ)償系數(shù)，有的指扣除系數(shù)，或者采用K/Y系數(shù)（也有叫K因子和Y因子）。Pro/E軟件有兩種展開(kāi)計(jì)算方式：一是使用K系數(shù)或Y系數(shù)，另一是使用折彎系數(shù)表（本文使用的為Pro/E 4.0版本，不同版本操作過(guò)程可能會(huì)有細(xì)微區(qū)別）。

K系數(shù)是指鈑金中性層位置厚度t與鈑金件材料厚度T的比值，即K=t/T，如圖2所示，此圖中K=1.2/3=0.4，而Y系數(shù)是根據(jù)折彎中線相對(duì)于鈑金厚度計(jì)算出來(lái)的比值，Y=（π/2）K，K/Y系數(shù)能方便地計(jì)算簡(jiǎn)單折彎件的展開(kāi)尺寸。

Pro/E軟件默認(rèn)的有3個(gè)折彎系數(shù)表：table1.bnd，table2.bnd，table3.bnd，存放在軟件安裝目錄的“proe4.0 extend_tables”文件里，用戶也可以增添新的折彎系數(shù)表。折彎系數(shù)表可以直接用記事本或在Pro/E軟件中打開(kāi)，并查看編輯，其中table3.bnd在軟件中打開(kāi)的界面如圖3所示。折彎系數(shù)表中3個(gè)參數(shù)分別為：折彎件材料板厚T，折彎內(nèi)徑R和折彎許可值A(chǔ)，其中A即中性層圓弧長(zhǎng)度值（在Pro/E鈑金三維中顯示為DEV.L值，見(jiàn)圖4）。

折彎系數(shù)表中的折彎許可值A(chǔ)對(duì)應(yīng)于板厚T和折彎內(nèi)徑R在折彎90°的中性層圓弧長(zhǎng)度。如果R或T處在折彎系數(shù)表中兩個(gè)特定的數(shù)值之間時(shí)，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)以線性的方式來(lái)預(yù)估，折彎表劃分越細(xì)密，展開(kāi)計(jì)算越精確；如果折彎處的角度不是90°時(shí)，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索出相應(yīng)的T和R在90°折彎時(shí)的A值，然后這些值再乘以θ/90°，其中θ為實(shí)際的折彎角度（見(jiàn)圖5），θ是以度為單位。如果R或T值超出了表的范圍，軟件系統(tǒng)將利用表中定義好的計(jì)算公式來(lái)求出展平長(zhǎng)度（此計(jì)算公式也可編輯設(shè)定）。

Pro/E軟件系統(tǒng)默認(rèn)的這些折彎系數(shù)是以英寸為單位，即使轉(zhuǎn)化為公制單位，一般情況下與實(shí)際生產(chǎn)也并不相符。因此，在應(yīng)用Pro/E折彎系數(shù)表進(jìn)行鈑金展開(kāi)計(jì)算前，一定要根據(jù)實(shí)際情況修正折彎許可值A(chǔ)，以保證折彎許可值A(chǔ)與本企業(yè)材料、折彎模具等實(shí)際情況相符，這樣才能生成與實(shí)際生產(chǎn)一致的精確展開(kāi)尺寸。

2. Pro/E折彎系數(shù)表建立

圖1 中性層示意

圖2 K/Y系數(shù)示意

圖4 折彎許可值A(chǔ)

圖5 實(shí)際折彎角度θ

本單位以前折彎件展開(kāi)計(jì)算的依據(jù)是中性層半徑表（見(jiàn)圖6），此表是公司結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備、模具及產(chǎn)品特點(diǎn)，在多年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及反復(fù)試驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的，展開(kāi)計(jì)算準(zhǔn)確。將此表中的中性層半徑轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)板厚T和折彎內(nèi)徑R所對(duì)應(yīng)的折彎許可值A(chǔ)，則能充分利用Pro/E軟件鈑金模塊的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確、高效展開(kāi)各種折彎件，尤其是多道折彎或三維空間折彎件。

（1）中性層半徑表的轉(zhuǎn)化中性層半徑表是以折彎件材料厚度T和折彎內(nèi)徑R為基礎(chǔ)，確定折彎中性層半徑r，從而計(jì)算出展開(kāi)尺寸。而Pro/E折彎系數(shù)表中折彎許可值A(chǔ)即是中性層圓弧長(zhǎng)度，通過(guò)中性層半徑表分別計(jì)算不同材料厚度T和折彎內(nèi)徑R所對(duì)應(yīng)的折彎許可值A(chǔ)，即完成了Pro/E折彎系數(shù)表數(shù)據(jù)。以板厚T=6mm為例，對(duì)應(yīng)R6、R8、R10、R11、R12的中性層半徑分別為：r7.95、r10.14、r12.28、r13.3、r14.4，依照公式A=2π（90/360）r計(jì)算90°時(shí)各對(duì)應(yīng)折彎許可值A(chǔ)（見(jiàn)圖7）。以此方法完善不同T、R值下的A值，則可得到Pro/E軟件折彎系數(shù)表所需求的折彎許可值。

折彎系數(shù)表的建立 通過(guò)中性層半徑表轉(zhuǎn)化計(jì)算得到折彎許可值A(chǔ)后，開(kāi)始編輯制作Pro/E折彎系數(shù)表。打開(kāi)Pro/E軟件進(jìn)入鈑金模塊，單擊主菜單欄中的“編輯”→“設(shè)置”命令，在彈出的“鈑金件設(shè)置”下拉菜單中單擊“折彎許可”→“折彎表”→“設(shè)置”“自文件”→“table1”（此處彈出是系統(tǒng)默認(rèn)的3個(gè)折彎系數(shù)表，可隨機(jī)選擇其中任何一個(gè)）→“完成返回”→“編輯”→”確認(rèn)”→”自文件”→“table1”（對(duì)應(yīng)上一操作過(guò)程中選中的table1），然后彈出折彎系數(shù)表，輸入計(jì)算所得的指定材料厚度T和折彎內(nèi)徑R下的折彎許可值A(chǔ)，沒(méi)有值的地方為空（不要填“0”，見(jiàn)圖7），編輯后單擊表格菜單中“文件”→“儲(chǔ)存”，關(guān)閉折彎表，單擊下拉菜單中的“完成返回”即完成了新折彎系數(shù)表的編輯建立。

折彎系數(shù)表的修改 因不同材料或模具選用變化，甚至折彎時(shí)墊板與否等原因，同樣的材料厚度T和折彎內(nèi)徑R所對(duì)應(yīng)的折彎許可值可能會(huì)變化，這時(shí)就需對(duì)已有折彎系數(shù)表進(jìn)行修正，或者改后建立對(duì)應(yīng)不同材料的折彎系數(shù)表。進(jìn)入鈑金模塊，單擊菜單欄中的“編輯”→“設(shè)置”命令，在彈出的“鈑金件設(shè)置”下拉菜單中單擊“折彎許可”→“折彎表”→（“設(shè)置”→“確認(rèn)”→“自文件”→“確認(rèn)”→“table1”→“完成返回”）→“編輯”→“確認(rèn)”→“自文件”→“table1”，后續(xù)操作與建立折彎系數(shù)表的過(guò)程一樣。也可以直接在折彎系數(shù)表的文件夾中打開(kāi)，然后另存為其他名字的.bnd文件再編輯。

注：如果是首次打開(kāi)Pro/E軟件，則操作過(guò)程包含括號(hào)中步驟，如果是在同一次軟件打開(kāi)情況下已編輯過(guò)折彎系數(shù)表table1,則操作過(guò)程不包含括號(hào)中步驟。

3. Pro/e折彎系數(shù)表的應(yīng)用

某型雙層動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架零件下蓋板（左），材料為12mm厚低溫壓力容器鋼板，為兩道不同折彎半徑的三維空間異形零件（見(jiàn)圖8）。對(duì)于同種材料和折彎角度的折彎，由于中性層位置與變形程度有關(guān)，當(dāng)彎曲半徑較大，變形程度較小，中性層位置靠近板料厚度的中心處；當(dāng)彎曲半徑變小，變形程度隨之增大，中性層位置逐漸向彎曲中心的內(nèi)側(cè)移動(dòng)。下蓋板（左）兩道折彎角度均為90°，但折彎半徑相差大，所以中性層有差別。按常規(guī)中性層半徑表單獨(dú)計(jì)算每道折彎的二維展開(kāi)尺寸，然后合并圖形，但由于此零件為三維空間異形零件，展開(kāi)及合并復(fù)雜。

依據(jù)中性層折彎半徑表，R30、R68對(duì)應(yīng)的中性層半徑分別為r35.1、r73.85，故對(duì)應(yīng)的折彎許可值分別為：55.135mm，116.003m m。按上文描述的方法建立折彎系數(shù)表如圖9所示。打開(kāi)此零件三維圖，由于各種原因零件三維圖是實(shí)體件或i g s格式，先導(dǎo)入轉(zhuǎn)為實(shí)體部件，再轉(zhuǎn)化為鈑金件。進(jìn)入鈑金模塊，單擊主菜單欄中的“編輯”→“設(shè)置”命令，在彈出的“鈑金件設(shè)置”下拉菜單中單擊“折彎許可”→“折彎表”→“設(shè)置”→“確認(rèn)”→“自文件”→“確認(rèn)”→“table1”→“完成返回”→“寫(xiě)入”→“table1”→“完成返回”。在模型樹(shù)中右鍵單擊特征零件，在彈出菜單中單擊“編輯”命令，在視圖界面顯示零件的相應(yīng)數(shù)值，其中包含各折彎處的折彎許可值，從圖10中可知與折彎系數(shù)表中設(shè)置的一致，說(shuō)明此折彎系數(shù)表應(yīng)用到了下蓋板（左）；同時(shí)，右鍵菜單中點(diǎn)選“資訊”→“模型”，可以查看零件應(yīng)用的折彎表及折彎許可值。折彎參數(shù)正確，然后利用Pro/E展開(kāi)功能即可快速得到精準(zhǔn)的展開(kāi)圖，并利用工程圖模塊轉(zhuǎn)化為尺寸比為1∶1的通用.dxf格式下料圖。圖11為折彎后的組裝實(shí)物效果，經(jīng)檢測(cè)樣板測(cè)量，折彎產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。

圖6 本單位折彎中性層半徑表部分?jǐn)?shù)據(jù)截圖

圖7 折彎半徑表轉(zhuǎn)化折彎許可值示意

圖8 下蓋板（左）零件

圖9 對(duì)應(yīng)折彎許可值

圖10 三維顯示的折彎許可值

圖11 下蓋板（左）組裝圖

從應(yīng)用效果看，只要折彎系數(shù)表準(zhǔn)確，Pro/E可非?？旖莸赜?jì)算出正確的展開(kāi)尺寸，較以往分別通過(guò)折彎中性層半徑計(jì)算的效率及準(zhǔn)確性都要高，尤其是通用性強(qiáng)：一個(gè)折彎系數(shù)表可以應(yīng)用于多種材料厚度及折彎半徑、角度的折彎展開(kāi)尺寸計(jì)算。同時(shí)，Pro/E三維造型直觀明了，便于修改分析及折彎模擬。目前，Pro/E折彎系數(shù)表已應(yīng)用于本單位多種車(chē)型車(chē)體、轉(zhuǎn)向架折彎產(chǎn)品的展開(kāi)計(jì)算中。

4. 結(jié)語(yǔ)

利用折彎中性層半徑表建立Pro/E軟件適用的折彎展開(kāi)系數(shù)表，效果有效、準(zhǔn)確，熟練應(yīng)用Pro/E折彎系數(shù)表，可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行折彎件的展開(kāi)計(jì)算，與傳統(tǒng)的手工計(jì)算展開(kāi)相比，更趨于智能化，減少人為的錯(cuò)誤，提高效率。展開(kāi)前后，產(chǎn)品的特征數(shù)據(jù)不會(huì)失去，并有Pro/E強(qiáng)大的建模及修改功能，方便對(duì)其進(jìn)行修改和處理。Pro/E折彎系數(shù)表的正確應(yīng)用能夠大幅縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)制造業(yè)的快速發(fā)展需求。

后續(xù)公司將根據(jù)折彎產(chǎn)品特點(diǎn)建立典型零件模型庫(kù)，運(yùn)用族表、參數(shù)、關(guān)系等工具，方便得到所需模型，從而進(jìn)一步發(fā)揮Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到快速建模及展開(kāi)的目的；針對(duì)新設(shè)計(jì)思想、新車(chē)型的快速開(kāi)發(fā)，材料種類(lèi)越來(lái)越廣泛，將對(duì)于特性區(qū)別較大的材料，以試驗(yàn)為依據(jù)，逐漸豐富折彎數(shù)據(jù)并建立不同的折彎系數(shù)表。