Creo 在鈑金精密展開中的應(yīng)用研究

黃彪

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

0 引言

鈑金折彎是機械制加工常見的加工工序，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、船舶、工程機械等各大領(lǐng)域。鈑金折彎尺寸精度主要取決于展開尺寸是否準(zhǔn)確，而折彎模具是影響展開尺寸的關(guān)鍵，同一個折彎尺寸，使用不同折彎模具，有不同的展開尺寸。因此，對成形尺寸精度要求高的企業(yè)通常會測定自己企業(yè)內(nèi)的展開系數(shù)，根據(jù)所選用的模具，匹配不同的展開系數(shù)進行展開計算。

展開尺寸計算的方法有折彎扣除法、折彎系數(shù)法、折彎修正法。從展開的手段來看，可使用CAD 進行作圖放樣和計算展開，也可使用SolidWorks、Creo、UG 等三維軟件進行自動展開。與CAD 展開計算相比，三維軟件展開效率高且出錯率低，尤其是對于復(fù)雜圖形的展開。但三維軟件在實際使用過程，其默認(rèn)的展開參數(shù)與實際的展開尺寸相差較大，因此不能直接使用。目前介紹三維軟件進行展開方法的文章有不少，但結(jié)合實際工藝參數(shù)進行應(yīng)用的文獻不多。本文通過設(shè)計實驗，測定展開系數(shù)，制定折彎工藝參數(shù)表，然后將該計算原理應(yīng)用于Creo 展開中，來實現(xiàn)折彎零件的快速、精確展開。

1 實驗方法與測量結(jié)果

由于不同板厚，不同材質(zhì)折彎時會選用不同的折彎模具，因此需要設(shè)計不同的模具進行試驗，本文選取了幾種典型的材質(zhì)和板厚進行試驗。試驗方法為：每種規(guī)格下料3 件，樣件尺寸為100mm×100mm×板厚T，為保證測量精度，使用激光切割下料樣件。然后根據(jù)板厚和材質(zhì)匹配相應(yīng)折彎模具，沿中間線50尺寸折彎90°，測量折彎后的外包尺寸L1、L2，同時記錄折彎模具與設(shè)備。實驗樣件如圖1 所示。

圖1 實驗樣件示意圖

眾所周知，在折彎過程中，沿板厚方向必有一層既不產(chǎn)生拉伸變形，也不產(chǎn)生壓縮變形的中性層，中性層位置t 與板厚T 的比值為K，也就是我們所需測定的展開系數(shù)。圖2～圖4 分別為直角、鈍角、銳角折彎的展開計算示意圖。

圖2 直角折彎展開計算示意圖

圖3 鈍角折彎展開計算示意圖

圖4 銳角折彎展開計算示意圖

根據(jù)展開計算方法，成形尺寸之和減去展開料尺寸就是折彎拉伸變形的長度。于是有：

式中：X 為扣除值，用游標(biāo)卡尺測量，測量三組樣件取平均值；L 為展開長度；L0 為彎曲段中性層長度；L1、L2 分別為折彎后外包尺寸；K 為展開系數(shù)；t為中性層位置；T 為板厚；R 為折彎內(nèi)徑；α 為折彎角度。

從公式（4）中可以看出，測量出扣除值X 與折彎內(nèi)徑R 值即可計算出K 值。在實際測量中，折彎內(nèi)徑R 比較難以準(zhǔn)確測量。其實R 也可以假定一個數(shù)值，同樣可計算出對應(yīng)的K 值，本實驗就直接選用板厚做為計算R 值。表1 是幾組不同材質(zhì)鋼板測定的折彎工藝參數(shù)表。

表1 不同材質(zhì)的鋼板折彎工藝參數(shù)表

本實驗對這幾種板材測定了90°折彎的展開系數(shù)，對于非90°折彎，也可采用同樣的實驗方法測定展開系數(shù)。但由于銳角和鈍角折彎后的外包角尺寸并不方便測量，因此，存在有一定的測量誤差。在實際應(yīng)用中，若零件成形的鈍角或者銳角不多，可直接選用90°的K 值進行展開，成形尺寸誤差在可接受的范圍內(nèi)。當(dāng)然，對于需要精確成形尺寸的，同樣也可以參照本文參數(shù)表制定不同角度的折彎工藝參數(shù)表。

特別地，考慮到折彎時頻繁更換模具不利于高效生產(chǎn)，因此通常會在企業(yè)內(nèi)針對某些材質(zhì)和板厚設(shè)定常用的折彎模具，便于模具通用化。同時，對于成形時需用到的非常用模具也應(yīng)測定展開系數(shù)，并在工藝指導(dǎo)文件中注明使用的模具和設(shè)備。

2 K 因子在Creo 中的應(yīng)用

以材料為鋼板5/Q355B 的折彎零件為例，圖5～圖8 展示了Creo4.0 軟件使用K 因子在Creo 展開出圖中的應(yīng)用。第一步，首先確認(rèn)模型是否為鈑金模型，否則需轉(zhuǎn)換成鈑金模型；第二步，在模型屬性中，調(diào)整模型折彎半徑為板厚（本例中選用5）；第三步，在模型屬性中取消“使用分配材料定義折彎余量參數(shù)”，然后輸入相應(yīng)的K 因子值0.414，點擊“確定”，返回主頁面，點擊“展開”；第四步，點擊“快速出圖”，使用PI 標(biāo)注快速出圖，標(biāo)注出折彎線位置及折彎方向。

圖5 鈑金建模主頁面

圖6 設(shè)置折彎半徑

圖7 設(shè)置K 因子

圖8 標(biāo)注折彎線位置與方向

如圖8 所示零件的展開圖，其成形尺寸如圖9所示，按照本文使用的展開方法，展開后的下料長度L=333.32，根據(jù)折彎工藝參數(shù)表，選用上模圓角R3，下模V 寬36mm 的模具，按照圖8 所示的折彎線位置和方向成形，實測成形尺寸L1=99.84，L2=150.12，L3=50.02，L4=49.78，對比圖9 所示尺寸，成形尺寸與理論尺寸相差0.3mm 以內(nèi)。實測結(jié)果表明，本文Creo中所應(yīng)用的展開計算方法是準(zhǔn)確的。在實際生產(chǎn)過程中，可以在激光下料時將折彎位置打標(biāo)在工件上，方便對線折彎，同時減少操作失誤。

圖9 示例折彎件尺寸圖

3 Creo 展開與傳統(tǒng)經(jīng)驗K 值展開的對比

如表2 所示為鋼鐵材料常用的經(jīng)驗K 值。為方便對比，同樣使用鋼板5/Q355B，折彎上模圓角R3，下模V 寬36mm，折彎成形90°。折彎后用R 規(guī)測量實際折彎內(nèi)徑為4，查詢表2 可知，R/t=0.8，則取K值=0.3。根據(jù)前面推算公式可知，彎曲段中性層長度L0=α/180 π（R+KT），代入得出L0=8.36，根據(jù)式（2）推算出展開長L=108.9-2×（4+5）+8.36=99.26（mm）。從上文分析可知，按照本文的計算方法，使用Creo 展開的長度是100mm。可以看出，用經(jīng)驗K 值計算的展開長度與本文Creo 展開方法相比約有0.7mm 的差別，若是多道折彎，成形尺寸的誤差會更大。另外，采用經(jīng)驗K 值計算時，需使用R 規(guī)測量實際折彎半徑，這種測量結(jié)果本身也會產(chǎn)生一定誤差。因此，對于精度要求不高的零件可采用經(jīng)驗K 值計算，但對于要求精密成形的企業(yè)則不適用。

表2 鋼鐵材料常用經(jīng)驗K值

4 Creo 應(yīng)用過程一些注意事項

（1）需特別說明的是，本實驗方法所測定的K 值與選定的折彎內(nèi)徑R 是一一對應(yīng)的，并不一定要求是實際測量的折彎內(nèi)徑。

（2）實際應(yīng)用過程中，影響展開系數(shù)的因素有很多，比如上模圓角、下模的V 寬、上下模角度等等，因此應(yīng)在工藝指導(dǎo)文件中需注明相應(yīng)K 值計算時所匹配的折彎模具和設(shè)備。

（3）該實驗的展開系數(shù)是在比較規(guī)整的零件上測量的，實際成形精度與原材料本身、工件結(jié)構(gòu)、設(shè)備精度、模具精度等因素均有關(guān)。

5 總結(jié)與展望

本文通過設(shè)計實驗測定了幾種典型板材的展開系數(shù)，并將實驗結(jié)果應(yīng)用于Creo 展開計算中，實現(xiàn)了對三維折彎零件的快速展開，得到了精確的展開尺寸。同時，詳細介紹了Creo 的應(yīng)用過程及注意事項，并與采用經(jīng)驗K 值計算的展開尺寸進行了對比。按照本文的實驗方法，對企業(yè)獲取精密成形工藝參數(shù)提供了一定的參考。

另外，在實際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，在使用Creo 展開過程中需按折彎工藝參數(shù)表手動輸入K 值，此外還需核對圖紙設(shè)計的折彎半徑，這一過程較為繁瑣且容易出錯。另一方面，在實際的成形過程中，鋼板折彎后的應(yīng)力不同導(dǎo)致的回彈，也是影響成形精度的一個重要因素。因此對Creo 在精密成形中的應(yīng)用提出以下兩點展望。

（1）可將實驗測量的K 值與R 值的計算公式導(dǎo)入Creo 中形成參數(shù)表，根據(jù)圖紙材料和折彎半徑自動匹配展開系數(shù)與模具，能大大提高展開效率，且避免出錯，后續(xù)還可直接用于三維展開下料。

（2）使用Creo Simulate 模塊對不同折彎半徑下的成形應(yīng)力進行模擬分析，分析在何種折彎半徑下，應(yīng)力最低，回彈最小，可用于指導(dǎo)折彎模具的設(shè)計。