基于Solidworks钣金折弯计算分析原创.docx
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基于Solidworks钣金折弯计算分析原创
钣金折弯计算分析及与solidworks配合使用
2022-04-26,ysh
第一章,折弯原理及已推导公式
板料在弯曲过程中外层受到拉应力,内层受到压应力,从拉到压之间有一既不受拉力又不受压力的过渡层--中性层,中性层在弯曲过程中的长度和弯曲前一样,保持不变,所以中性层是计算弯曲件展开长度的基准.中性层位置与变形程度有关,当弯曲半径较大,折弯角度较小时,变形程度较小,中性层位置靠近板料厚度的中心处,当弯曲半径变小,折弯角度增大时,变形程度随之增大,中性层位置逐渐向弯曲中心的内侧移动。
现在通用的展开板料尺寸计算有三种,即折弯系数,折弯扣除和K-因子。
通过学习《SolidWorks的钣金设计技术基础——折弯计算》一文(本文最后附带此文),推导出以下4公式,
1折弯补偿(折弯系数):
bendallowance,即BA
L=各外边长度之和-2n×(R+T)+BA
n为折弯次数,R为折弯半径,T为板料厚度,BA实质上就是发生变形的弧长
(根据下图,可以很好理解上面的公式)
图1
2折弯扣除:
benddeduction,即BD
L=各外边长度之和-n×BD
3BA与BD转换公式:
BA=2(R+T)tan(α/2)-BD,当α=90°时tan(α/2)=1
即,BA=2(R+T)-BD
4K-因子:
为简化表示钣金中性层的定义,同时考虑适用于所有材料厚度,引入k-因子的概念。
具体定义是:
K-因子就是钣金的中性层位置厚度与钣金零件材料整体厚度的比值,即:
K=t/T(t为中性层到折弯内侧的距离)。
因此,K的值总是会在0和1之间。
如果中性钣金层不变形,那么处于折弯区域的中性层圆弧的长度在其弯曲和展平状态下都是相同的。
所以,BA(折弯补偿)就应该等于钣金件的弯曲区域中中性层的圆弧的长度。
因此,中性钣金层圆弧的半径可以表示为(R+t).利用这个表达式和折弯角度,中性层圆弧的长度(BA)就可以表示为:
BA=π(R+t)α/180°=π(R+KT)α/180°
K-因子与BA的转换公式:
BA=π(R+KT)×α/180°,当α=90°时,
即BA=π(R+KT)/2
solidworks系统也是采用上面的公式进行计算。
第二章,验证已有的折弯系数值并确定使用值
一、90°折弯系数
在网上找到一份《冲模中性层位移系数K》的表格,根据公式④可知,当α=90°时,配合此表,即K、T、R为已知,便可求的BA,将BA代入①便可得展开料长。
图2,中性层位移系数K一览表
根据图2可知,曲率半径为ρ=R+KT。
也反映了当R/T≥5时,中性层已经不再发生偏移,所以在用solidworks画大圆弧时,可用K=0.5来计算(此时往往为了方便起见,对于此折弯件的其他折弯也采用K=0.5,因折弯大圆弧的通常为T=1、1.2或1.5所以尺寸不会差别多大)。
当R/T越小时,K-因子越小,表示中性层越往内侧偏移!
根据公式推导折弯系数BA
按照公司的画图习惯,设定参数,即α=90°,R=0.5
T厚度
0.8
1
1.2
1.5
2
2.5
3
4
5
BA(在用)
0.8
1
1.2
1.5
2
2.5
2.5
2.5
2.5
BA(自制)
1.13
1.18
1.23
1.27
1.69
1.53
1.72
1.98
2.28
表一
表一中,BA(在用)表示公司正在solidworks中使用的折弯系数,BA(自制)表示网上找到的网友自制的折弯系数表中,α=90°R=0.5的情况下,对应的折弯系数。
T厚度
0.8
1
1.2
1.5
2
2.5
3
4
5
R/T
0.625
0.5
0.41
0.33
0.25
0.2
0.16
0.125
0.1
K-因子
0.274
0.25
-
0.206
-
-
-
-
-
BA
1.129
1.178
-
1.27
-
-
-
-
-
表二
表二中,T=0.8,1,1.5三个厚度与BA(自制)对应的数值相同,而其他K值,表上无对应数值,无法参与计算。
接下来详细分析笔记,确定适合自己公司使用的折弯系数。
采用计算方法为折弯系数法。
采用公式为solidworks系统的计算公式
L=各外边长度之和-2n×(R+T)+BA
其他参数采用公司习惯使用参数:
角度为α=90°,折弯半径R=0.5mm
验证方法:
根据公式,对每一个常用厚度选用两种或三种外形尺寸(一种为已批量生产的产品所用系数为BA(在用),一种为系数采用BA(自制)所画的图纸)进行测量和计算,求得BA(公式)值,再与BA(在用)和BA(自制)的值进行比对,最终确定适用公司实际用的BA值。
但是因测量数量有限,一般为2、3个,且因材料批次的强度差异、折弯的角度偏差和板料边的毛刺问题等,测量值将会不是很准确,所有测量值仅供参考。
例一:
①T=1.5厚,此图纸所用参数为BA(在用)=1.5
A
B
C
A+B+C
BA(公式)
1
18.8
12.5
22.54
53.84
1.33
2
18.7
12.46
22.7
53.86
1.32
3
18.76
12.44
22.7
53.9
1.3
②T=1.5厚,此图纸所用参数为BA(在用)=1.5
A
B
A+B
BA(公式)
1
20.2
16.6
36.8
1.2
2
20.16
16.52
36.68
1.32
3
20.6
16.2
36.8
1.2
4
20.1
16.6
36.7
1.3
③T=1.5厚,此图纸所用参数为BA(自制)=1.27,V槽=12
A
B
C
D
E
F
G
L
BA(公式)
1
10.2
17.8
19.4
65
17.8
10.4
19.4
160
1.27
2
10.2
17.7
24
55.9
17.8
10.2
24
159.8
1.3
取BA=1.3
例二:
①T=2厚,此图纸所用参数为BA(在用)=2
A
B
C
A+B+C
BA(公式)
1
20.2
42.4
42.1
104.7
1.65
2
20.5
42.3
41.8
104.6
1.7
3
20.3
42.36
41.85
104.51
1.745
②T=2厚,此图纸所用参数为BA(在用)=2
A
B
C
A+B+C
BA(公式)
1
25.2
23.7
18.7
67.6
1.7
2
25.2
23.85
18.76
67381
1.6
取BA=1.7
例三:
①T=3厚,此图纸所用参数为BA(在用)=2.5
A
B
C
A+B+C
BA(公式)
1
20.55
20.55
77
118.1
1.95
2
20.55
20.55
77
118.1
1.95
3
20.55
20.55
77
118.1
1.95
4
20.55
20.55
77
118.1
1.95
②T=3厚,此图纸所用参数为BA(在用)=2.5
A
B
A+B
BA(公式)
1
26.2
45.9
72.1
1.9
2
26.3
45.9
72.2
1.8
3
26.3
45.9
72.2
1.8
③T=3厚,此图纸所用参数为BA(自制)=1.72,V槽=20
取BA=1.9
例四:
T=4厚,此图纸所用参数为BA(在用)=2.5,使用V槽=36,GZEK机头箱,连接板实际厚度为3.8mm。
A
B
A+B
BA(公式)
1
34.8
20.1
54.9
3.1
2
34.7
20
54.7
3.3
3
34.6
20.1
54.7
3.3
取BA=3.1
例五:
T=5厚,GZ-P32脚架横梁安装板,此图纸所用参数为BA(在用)=2.5,使用V槽=36,实际厚度为4.6mm
A
B
A+B
BA(公式)
1
20.2
53.7
73.9
3.1
2
20.2
53.7
73.9
3.1
取BA=3.1
根据公司的实际板材,在3mm以下的板厚一般公差为-0.02至-0.1,而4mm实际厚度为3.8,5mm实际为4.6mm。
所以以上计算所得BA值,只适用于现有公司的实际情况。
由于公司目前最大的V槽为36mm。
已无法折弯6mm以上的板料,折6mm时,板料已经出现崩裂,危险性很大。
综上所得,总结结果如下表,为常用Q235板料系数(其他板厚详细见自制折弯系数表)。
单位:
mm
类型:
折弯系数,材料,SPCC
评论:
适用于90°折弯
T厚度
1
1.2
1.5
2
2.5
3
4
5
R=0.5
1.2
1.2
1.3
1.7
1.8
1.9
3.1
3.1
采用同样的方法,整理出
铝板T=1.5~1.4mm,R=0.5,BA=1.4
不锈钢板T=1.5mm,R=0.5,BA=1.5
二、非90°的折弯系数
根据图2中的《中性层位移系数K一览表》可知,当折弯角度大于90°时,中性层向内偏移少,由表和图1可知折弯角度越大,α就越小,K-因子就越大。
在T固定的情况下,即R越大。
再根据公式④BA=π(R+KT)×α/180°,式中变量R,K变大,但A变小,所以以目前条件,无法确定BA值是变大还是变小!
在根据实际观察中,可以发现大于90°折弯的BA值要小于90°时的BA值。
例如已经批量生产的《GZ-P送纸辊支撑架》其图纸大致如下
此零件在设计时BA值为2,在角度正确的折弯情况,107.14尺寸却变成大致为110,。
由此可得BA=2这个用于折弯90°的折弯系数在用大于90°的折弯时,明显过大,即使用BA=1.7这个数值也是偏大的。
所以可以适当减小BA值的大小,或者可以直接用K因子0.4来计算,因为尺寸的不确定,大于90°折弯最好用于尺寸要求不高的零件。
在实际批量生产的零件中,《GZ-P收、送纸电机护罩》为例,其设计BA=1.2,对于其他135°的折弯也采用BA=1.2,而零件侧边有斜接法兰,所以每一刀的位置都已定好。
根据护罩与侧板的焊接组件看来,此零件每一段折弯都偏大一点。
所以BA值应适当减小。
故先暂定在120°、135°时对应的折弯表,等以后具体实践时来确定修正。
单位:
mm
类型:
折弯系数,材料,SPCC
评论:
适用于135°折弯
T厚度
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
R=0.5
1
1.2
1.5
1.53
1.7
其实现在公司用的这套折弯系数也只比我总结出的大几十丝,也就每一个折弯才多几十丝,正常生产也没多大影响。
对于某些只有个别尺寸要求准的零件,熟悉这套折弯系数的老工人,会把握好重要尺寸,对于其他尺寸也会均匀分料,使每个尺寸合适。
而不习惯新系数,反而容易不好把握尺寸。
最后再附一份由网友根据经验自制的折弯扣除表:
T
1
1.2
1.5
2
3
4
BD
1.5
2
2.5
3.5
5
7
对于钣金展开尺寸的计算心得
钣金展开尺寸影响到的因素太多,如材料的批次,厂家,材质,凹模的选择,折弯机的个体差异等。
因此对于钣金件的展开尺寸,制图人员只能给出一个参考数值,因为展开尺寸最终由R值决定,就像我们平时走路,从A点到B点,走直角路线时距离最远,绕圆弧走比较近,圆弧绕得越大路程就越近,车间工人取折弯刀和折弯槽多数是凭习惯,加上有时也存在“懒得换”的现象,对于不同的折弯刀和折弯槽所加工出来的钣件展开尺寸,车间工人其实也有一定的心得,因为他们有临床试验的经历,假如第一次加工时所用的系数有出入,他们就会有针对性的作出改变来适应机器和折弯刀,所以我们作为制图人员也不适宜过于硬性的规定自已计算出来的尺寸。
第三章,钣金件结构及尺寸问题
一.成型最小折边。
对于部分料厚而折边小的折弯,比如加强侧筋。
例如T=3,而折边宽只有10,原本需要V20槽折的,要改成V14、V16,这样致使折弯R角很小,即折弯的部分变小,而未变形尺寸变大,如果直接套用以上的BA值,势必会使各折弯外边变小,此时可以适当增加些0.3~0.5的BA值,使BA=2~2.2,这样可以避免外形尺寸差太多,具体见下
1、L型折弯
V槽中间距离为悬空段,成型时,折边必须超过此悬空段,具体搭边尺寸按实际设备情况而定(下V槽因使用时间长,R角变大,搭边距离将会随之变大,否则会“滑位”)
换算公式(经验式)L=6T/2+0.5+0.9T(但下V槽因使用时间长,R角变大,搭边距离将会随之变大,否则会“滑位”),所以可以近似取
L=4T+0.5
因V槽尺寸不一定齐全,故需要灵活使用公式,特别情况下,需要更小V槽时,原则上相对V槽减小不能超过2.0mm(但实际上,远远不止超过这个范围)。
附:
折弯V模选择表
以下为公司适用表
V
4
6
8
10
12
14
16
18
20
24
28
32
36
b
2.8
4
5.5
7
8.5
10
11
2.5
14
17
20
25
25
r
0.7
1
1.3
1.6
2
2.3
2.6
3
3.3
3.8
4.5
6
6
S
0.5
☆
☆
0.8
☆
☆
☆
☆
1
☆
☆
☆
☆
☆
1.5
☆
☆
☆
☆
☆
2
☆
☆
☆
☆
☆
☆
2.5
☆
☆
☆
☆
☆
☆
3
☆
☆
☆
☆
☆
☆
3.5
☆
☆
☆
☆
☆
4
☆
☆
☆
☆
4.5
☆
☆
☆
5
☆
☆
☆代表所选厚度板料正常情况下适用的V模
b为相对应的V槽的最短折弯边长
根据此表可得最小边长,如果一个折弯边长比上表边长还有小,则需要小于标准V槽来折弯(同时要保证这个小的尺寸能够折出来)。
在设计时,可以适当减小BA值,一般情况下减0.1~0.3已经差不多了。
以下为根据实际车间情况,指定的表格
L型折弯最小尺寸V=6T
材料厚度
凹模槽宽
估测最小折弯高度
折弯系数
1
6
4.5
1.2
1.2
6或8
5
1.2
1.5
8或10
6
1.3
2
10或12
7.5
1.7
2.5
12或14或16
8.5
1.8
3
16或18
10.5
1.9
4
24
15
3
5
30
19
3
但是往往最小尺寸比上表取的还小,因为V<6T,上表仅做参考
2、U折
决定U折的因素。
上模的形状(如下图)从常规刀具来看,小U折最佳刀具为弯刀(弯刀有很多种型号,具体看实际情况)折边尺寸(见下图,两尺寸呈递增关系)
A越长B就越长。
已用solidworks绘制公司折弯机各上下模及平台尺寸,可以大致模拟折弯各结构的可行性和各尺寸是否干涉。
这个方法是最实用的。
二.与折弯机焊接的筋类,要注意弯角处倒圆角,避免筋与折弯机干涉。
设计焊接钣金组件时,一定要考虑到焊接、打磨的方便性,可行性,有时候要适当增加焊接工艺孔,来焊牢两焊接。
在考虑到焊接件的牢固的同时,要兼顾美观性。
三.
这是常用的定位槽,用来定位竖板与横板的结构。
上下3.5mm的空隙是为了放入工具来撬定位片的,使定位片易于放入定位槽内。
四.对于部分尺寸精度要求高的孔、槽类。
在激光割的情况下,是无法做到精准的,如Φ6孔,在5mm板材下,激光割实际可能只有Φ5.7,所以为了保证尺寸精准,在拷贝图纸到激光车间时,要备份一份图纸,并适当加大尺寸,如Φ6变成Φ6.3,并做好修改记录,以此来达到尺寸的精度。
五.设计钣金件时还要考虑这个零件是要如何下料的,是激光割、数控冲床、还是冲模,以此来相应做出尺寸和结构调整。
如数冲料一般用1~2mm,因要考虑到已有的冲压凸模大小的限制,所以要设定适当的孔,槽,腰孔等是否有相匹配的模具来加工。
因激光成本是数冲的2、3倍,所以,在基本情况下,能满足要求的尽量用数冲。
六.板厚与螺纹大小的关系:
翻边攻丝.翻边又叫抽孔,就是在一个较小的基孔上抽成一个稍大的孔,再在抽孔上攻丝.这样做可增加其强度,避免滑牙.一般用于板厚比较薄的钣金加工.当板厚较大时,如2.0、2.5等以上的板厚,我们便可直接攻丝,无须翻边。
一般来说,钢板上的螺纹孔深度不应小于螺纹公称直径,但如果受力非常小也可以用2~3倍螺距。
如果必须要攻大螺纹孔时,可以在板厚焊接一块厚板,再进行攻丝。
板厚选择参考相应的普通螺母厚度(GB/T41)选择即可,太薄不合适。
第四章,钣金基础
一.钣金所用材料
常用材料有:
冷轧板SPCC、电解板SECC、普通铝板及铝合金板AL3003-H14、AL5052-H32,不锈钢板、花纹板SGEC.镀铝锌钢板.
1.冷轧板.简称SPCC,用于表面处理是电镀五彩锌或烤漆件使用.
2.镀锌板.简称SECC,用于表面处理是烤漆件使用.在无特别要求下,一般选用SPCC,可减少成本.
3.铜板.一般用于镀镍或镀铬件使用,有时不作处理.跟据客户要求而定.
4.铝板.一般用于表面处理是铬酸盐或氧化件使用.
5.不锈钢板.分镜面不锈钢和雾面不锈钢,它不需要做任何处理.
6.铝型材.一般用于表面处理是铬酸盐或氧化件使用.主要起支撑或连接作用,大量用于各种插箱中.
下面是常用板厚使用较多的零件类型。
T=0.5,压纸片等
T=1,箱体外壳类,小支架,筋类(一般用于折弯刀数多,尺寸误差小的零件,易变形校正)
T=1.5,安装板类,底梁托板类。
T=2,垫片,安装板等
T=3,撑架侧筋类,隔板,固定架类
T=4
T=5,支撑板
T=8,侧板
二.钣金加工方法
1.下料方法 下料是将厚材料按需要切成坏料,钣金下料的方法很多.按机床的类型和工作原理可分为剪切、铣切、冲切、氧气切割和激光切割.我们公司主要采用剪板机、数控冲床及激光切割(LASER)。
三.钣金联接方法
钣金联接主工采用焊接、螺纹联接、铆接和粘接.我们公司采用的联接方式:
焊接、螺纹联接
观察钣金件焊接,可以注意到很多钣金件焊接的结构和要注意的尺寸。
1.焊接 是对焊件进行局部或整体加热或使焊件产生塑性变形,或加热与塑性变形同时进行,实现永久连接的工艺方法.可分为:
手工电弧焊、气体保护电弧焊、激光焊、气焊、段焊和接触焊.我们公司主要采用气体保护焊(氩气和二氧化碳保护焊)和点焊。
1.1气体保护电弧焊 在进行气体保护电弧焊时,电极电弧区及焊接熔池都处在保护气体的保护下.采用氩气保护焊缝表面没有氧化物及夹杂物.可以在任何空间位置施焊,可以用肉眼观察焊缝的成形过程并进行调整,生产效率高.
①氩弧焊简介
氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上,利用氩气对金属焊材的保护,通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池,使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术,由于在高温熔融焊接中不断送上氩气,使焊材不能和空气中的氧气接触,从而防止了焊材的氧化,因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。
氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。
1.非熔化极氩弧焊
工作原理及特点:
非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧,在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常用氩气),形成一个保护气罩,使钨极端头,电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触,能防止氧化和吸收有害气体。
从而形成致密的焊接接头,其力学性能非常好。
钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm的工件。
2.熔化极氩弧焊
工作原理及特点:
焊丝通过丝轮送进,导电嘴导电,在母材与焊丝之间产生电弧,使焊丝和母材熔化,并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。
它和钨极氩弧焊的区别:
一个是焊丝作电极,并被不断熔化填入熔池,冷凝后形成焊缝;另一个是采用保护气体,随着熔化极氩弧焊的技术应用,保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用,如以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊(在国际上简称为MIG焊);以惰性气体与氧化性气体(O2,CO2)混合气为保护气体时,或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时,或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时,统称为熔化极活性气体保护电弧焊(在国际上简称为MAG焊)。
从其操作方式看,目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊,其次是自动熔化极氩弧焊。
氩气是最常用的惰性气体是氩气。
它是一种无色无味的气体,在空气的含量为0.935%(按体积计算),氩的沸点为-186℃,介于氧和氦的沸点之间。
氩气是氧气厂分馏液态空气制取氧气时的副产品。
氩焊产生的热量特别大,对工件有很大影响,使工件很容易变形,而薄材则更容易烧坏.
铝材的焊接:
铝及铝合金的溶点低,高温时强度和塑形低,焊接不慎会烧穿且在焊缝面会出现焊瘤.如果两铝材平面焊接,通常在其中一面冲塞焊孔,以增强焊接强度.如果是长缝焊,一般进行分段点固焊,点焊的长度为30mm左右(金属厚度2mm~5mm).
铁材的焊接:
两工件垂直焊接时,可考虑在这两个工件上分别开工艺定位孔及定位口使其自身就能定位.且端口不能超出另一工件的料厚,也可以冲定位点,使工件定位且需用夹具将被焊处夹紧,以免使工件受热影响而导致尺寸不准.
氩弧缺陷:
氩弧焊容易将工件烧坏,导致产生缺口.焊后的工件需要在焊接处进行打磨及抛光.
当工件展开发生干涉或工件太大,可考虑将该工件分成若干部分然后通过氩弧焊来克服,
使其被焊成一体。
co2气体保护焊工艺
以CO2作保护气体,依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊。
这种焊接法采用焊丝自动送丝,敷化金属量大、生产效率高、质量稳定,且成本相当低.。
因此,在国内外获得广泛应用。
一般适用于大于2mm厚的钢材焊接,像低熔点金属如:
铝、锡、锌等不能使用
气体保护焊的特点
1)采用明
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