關(guān)于K因子在鈑金展開計算中的理論分析

文／衛(wèi)玉·太原暢通致遠鐵路機車車輛電子有限公司

導(dǎo) 語

近年來，鈑金折彎成形工藝作為一種重要的加工方法，在交通軌道領(lǐng)域中得到了迅速發(fā)展。鈑金折彎作為一種綜合冷加工工藝，折彎展開尺寸的精確程度對于鈑金加工企業(yè)非常的重要。本文通過理論分析折彎90°的鈑金零件，推導(dǎo)出K因子的計算方法以及說明此計算方法的適用范圍，為鈑金行業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員提供了理論依據(jù)和實用參考。

鈑金折彎K因子計算

在折彎過程中，折彎外層受到拉應(yīng)力，內(nèi)層受到壓應(yīng)力。外層和內(nèi)層之間存在一種既不受拉應(yīng)力，也不受壓應(yīng)力的過渡層，這個過渡層叫做中性層。中性層在折彎前后長度保持不變，所以在進行鈑金展開尺寸的計算時，就是在計算中性層的長度。圖1是鈑金折彎尺寸的示意圖。

圖1 鈑金折彎尺寸示意圖

如圖1所示，將鈑金展開尺寸設(shè)為L，故有

由式①～④推導(dǎo)能夠得到：

從式⑤的計算結(jié)果中可以看出，K因子的數(shù)值取決于鈑金零件的外形尺寸、折彎內(nèi)徑和材料厚度。

傳統(tǒng)人工鈑金展開計算

在傳統(tǒng)計算中，鈑金技術(shù)人員是通過多年折彎經(jīng)驗總結(jié)出的折彎系數(shù)，進行CAD鈑金展開制圖，繪制出展開的板材外形，導(dǎo)出DXF格式，然后輸入到激光切割機中進行操作，得到零件的板材展開外形。

在傳統(tǒng)的人工鈑金展開計算中，不同的加工廠，折彎系數(shù)有一定的區(qū)別。如圖2中某電力機車電源柜的后蓋，材料為1.5mm厚的冷軋鋼板，某加工廠對其展開尺寸計算方式為：

圖2 某電源柜后蓋尺寸圖

總寬=453+67×2+49.5×2-8×1.5（材料厚度）+4×0.5（折彎系數(shù)）=676mm

總長=860+67-2×1.5（材料厚度）+0.5（折彎系數(shù)）=924.5mm

三維建模軟件K因子法計算鈑金展開及其適用范圍

人工繪制展開圖效率較低，利用三維建模軟件K因子法大大提高了鈑金展開的計算效率。

圖3 某電源柜后蓋三維圖

在對于鈑金展開尺寸經(jīng)過傳統(tǒng)的人工計算出來的基礎(chǔ)上，將其展開尺寸、折彎內(nèi)徑代入式⑤中，可以得到對應(yīng)的K因子。鈑金折彎過程中，折彎內(nèi)徑越小時，材料內(nèi)外側(cè)受到的壓縮和拉伸越嚴重，超過材料的屈服強度時，就會產(chǎn)生裂紋和折斷現(xiàn)象。

對于圖2電力機車某電源柜后蓋，在三維建模軟件中可以選取折彎內(nèi)徑為1.5mm，經(jīng)過式⑤計算K因子為0.486。

對于其他規(guī)格的厚度，K因子同理可以計算得到。表1是某鈑金加工企業(yè)的折彎參數(shù)表。

表1 SolidWorks折彎參數(shù)表

圖4 某數(shù)控折彎機折彎力速查表

K因子計算的數(shù)值可以輸入到三維建模軟件中，在用三維建模軟件直接展開時，展開的圖紙中有時會存在一些缺口，如圖5中局部放大圖I和II。這些缺口需要去掉，修改成滿足激光切割的樣子，如圖6所示。三維建模軟件導(dǎo)出的DXF圖紙中，可以帶有折彎線以方便后續(xù)折彎。

圖5 三維建模軟件直接導(dǎo)出的電源柜后蓋展開圖

圖6 修改后的展開圖

折彎過程淺析

折彎刀具的形式如圖7所示，加工時主要是根據(jù)工件的形狀，選用合適的刀具，一般加工企業(yè)的折彎刀具形狀較多，特別是專業(yè)化程度較高的企業(yè)，為了折彎各種復(fù)雜的鈑金零件，定做了很多形狀、規(guī)格的折彎刀具。

圖7 折彎刀具

影響折彎加工的因素有很多，主要是上模圓弧半徑、材質(zhì)、料厚、下模強度、下模的?？诔叽绲纫蛩亍榱藵M足產(chǎn)品的需求，在保證折彎機使用安全的情況下，鈑金加工企業(yè)已經(jīng)把折彎刀模系列化了，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需對現(xiàn)有折彎刀模有個大致的了解。見圖7，左邊為上模，右邊為下模。

折彎的基本原理就是利用折彎機的折彎刀(上模)、V形槽(下模)，對鈑金件進行折彎和成形。

折彎加工精度：

一折：±0.1mm

二折：±0.2mm

三折：±0.3mm

以此類推。

結(jié)束語

K因子法在三維建模軟件計算鈑金展開中，可以直接導(dǎo)出展開圖紙，精度較高，方便鈑金展開技術(shù)人員不用再重新繪制展開圖紙，提高了鈑金生產(chǎn)企業(yè)的加工效率，縮短了交貨周期。