基于SolidWorks 的折彎系數表的二次開發(fā)及應用

劉二恩 程林志 史 航 仝世偉 王 凱 郭向南

(許昌許繼風電科技有限公司，河南 許昌461000)

在目前鈑金制造業(yè)，隨著數控設備的廣泛應用，鈑金加工工藝也有了較大的提高。傳統(tǒng)加工工藝加工效率低、浪費材料，且加工質量不易保證，而新型加工工藝以精確展開加工為特點，先按展開圖全部切割出外形及孔和槽，然后折彎成型。新型加工工藝對展開圖的精度要求較高。目前鈑金制造企業(yè)通常采用2 種方法繪制鈑金件展開圖:第1 種方法是直接人工計算鈑金件外形及內部開孔尺寸;第2 種方法是使用Solid-Works 對鈑金件進行展開，然后在SolidWorks 展開圖基礎上進行人工修正，以上兩種方法在實際生產中均會浪費大量的人力和工時，工作效率非常低，且易出錯誤，從而造成成本增加和生產延期。本文通過對90°角鈑金件展開時中性層尺寸的計算方法進行分析，使用SolidWorks 2012(下文中簡稱SolidWorks)軟件對系統(tǒng)默認折彎表進行二次開發(fā)，使90°角鈑金件通過加載二次開發(fā)折彎系數表實現1 ∶1準確展開。

1 折彎角中性層展開長度計算分析

板材在折彎過程中外層受到拉應力伸長，內層受到壓應力縮短，在內、外層之間有一段在折彎前、后長度保持不變的金屬層，定義為中性層。中性層是計算折彎鈑金件展開長度的基準，中性層的位置與變形程度有關，其與板材的中心層是2 個概念。中心層是指位于1/2 板厚處的一層金屬，其長度在板材折彎前、后會保持不變或伸長。當中心層折彎前后長度保持不變時，中心層與中性層重合，反之則不重合。因90°角鈑金件的中心層在理想狀態(tài)下折彎前后長度不發(fā)生改變，此時90°角鈑金件的中心層與中性層重合。本文僅針對90°折彎角鈑金件展開前后的長度進行計算分析。

1.1 補償系數法

一個已成形的90°折彎角鈑金件，其外形有2 個輪廓尺寸S1、S2 和1 個厚度尺寸δ，詳見圖1 所示，圖2 為SolidWorks 軟件中2 mm 厚90°折彎角鈑金件的三維模型。

以厚度為2 mm 板材為例，圖1 中90°角鈑金件展開長度S的計算公式為:

其中:S為90°角鈑金件的展開長度，即鈑金件折彎前的坯料長度;r為SolidWorks 軟件建模時90°角鈑金件的折彎內圓角半徑，為保證SolidWorks 軟件建模統(tǒng)一，特將內圓角半徑均設定為0.3 mm;K為補償系數，K值根據工藝經驗總結而成，2 mm 厚板材對應的補償系數為0.5。不同料厚對應的補償系數也不同，詳見表1 所示。

1.2 SolidWorks 展開計算法

根據上述鈑金件中性層的分析，圖1 中90°角鈑金件在SolidWorks 軟件中展開長度S的計算公式為:

其中:BA(折彎補償Bend Allowance 簡寫)為圖1 所示中性層圓弧段展開長度。

由上述公式(1)和(2)可推算出:

因上述公式(3)中折彎內圓角半徑r、補償系數K均已知，則BA值可由上述公式(3)計算得出。下面以δ=2 mm 為例計算對應的BA數值:

同樣按照上述公式(3)得出其余料厚對應的BA數值，計算結果詳見表1 所示。表1 中板材厚度規(guī)格為鈑金制造廠家常用的板材厚度。

2 SolidWorks 折彎表的二次開發(fā)及應用

2.1 SolidWorks 折彎表的二次開發(fā)

SolidWorks 軟件中鈑金件展開共有5 種方式，分別為:折彎系數表、K因子、折彎系數、折彎扣除、折彎計算［1］，如圖3 所示。

因SolidWorks 軟件中自帶的折彎系數表、K因子、折彎系數、折彎扣除、折彎計算均無法滿足90°折彎角鈑金件1 ∶1展開的實際需求，現對SolidWorks軟件自帶的折彎表進行二次開發(fā)。

在資源管理器中使用Microsoft Office Excel 2007 程序打開table4-metric bend allowance 文件，如圖4 所示。

將table4-metric bend allowance 文件另存為leemetric bend allowance，將半徑欄中0.4 更改為0.3(即SolidWorks 軟件建模時鈑金件的內圓角半徑0.3 mm)，刪除其余半徑對應厚度的數據;然后將表格中厚度值更改為鈑金制造廠常用的板材厚度，將對應的折彎系數值更改為表1 中所述的BA值。二次開發(fā)的折彎系數表文件的格式及內容如圖5 所示。

圖1 所示圓弧段BA在SolidWorks 軟件中展開后尺寸，詳見圖6 所示。

圖5 中顯示的BA值為SolidWorks 模型中性層圓弧段展開后顯示的長度數值，詳見圖6 所示。

2.2 二次開發(fā)折彎表的應用

將上述lee-metric bend allowance 文件放在* SolidWorks CorpSolidWorkslangchinese-simplified sheetmetal bend tablesend allowance 目錄下，刪除原有table1-bend allowance、table2-bend allowance、table3-bend allowance 和table4-metric bend allowance 折彎表。

SolidWorks 軟件對圖2 所示90°角鈑金件模型的創(chuàng)建、設置及展開操作步驟如下所示:

(1)SolidWorks 軟件中鈑金件有多種建模方式，本文建模時首先生成實體零件，然后將其轉換為鈑金件來進行展開。

(2)90°角鈑金件的料厚必須符合表1 中的規(guī)定。

(3)設置鈑金件的折彎內圓角半徑為0.3 mm，如圖7 所示。

表1 板材厚度δ、補償系數K 與BA 值對應表 單位:mm

(4)在設計樹中左鍵單擊“鈑金1”特征，選擇“編輯特征”，在“折彎系數”欄中選擇“折彎系數表”，點擊“瀏覽”按鈕，在彈出“瀏覽文件夾”對話框中選擇“bend allowance”文件夾，點擊“確定”按鈕確認;然后在“折彎系數表”文件的下拉菜單中選擇二次開發(fā)的折彎表lee-metric bend allowance，點擊“更改鈑金的默認折彎系數表”中的“是”按鍵確認，如圖8、圖9所示。

(5)點擊“展開”按鈕，彈出“展開”對話框，首先選擇展開時的“固定面”，然后選擇“要展開的折彎”，此時可選擇“收集所有折彎”，然后按勾鍵確認，如圖10 所示。

此時圖2 所示90°角鈑金件展開后的長度尺寸與上述使用補償系數法計算的結果一致，從而驗證了SolidWorks 二次開發(fā)折彎系數表的準確性。

對于圖11、圖12、圖13 和擁有多道90°折彎角的復雜鈑金件，SolidWorks 軟件也可實現1 ∶1準確展開，且三維模型的設置與展開操作步驟同上所述。

對前期已建模的90°角鈑金件的SolidWorks 模型，可通過修改鈑金件內圓角數值后加載lee-metric bend allowance 折彎系數表實現1 ∶1準確展開。

2.3 SolidWorks 軟件輸出DXF 文件步驟

SolidWorks 軟件輸出DXF 文件操作步驟如下所示:

(1)將鈑金件FeatureManager 設計樹中的“平板型式1”解除壓縮，如圖14 所示。

(2)左鍵點擊折彎中心線，在彈出菜單中選擇“隱藏”按鈕，實現隱藏折彎中心線，如圖15 所示。

(3)使用空白的工程圖模板出展開工程圖，Solid-Works 工程圖的繪圖比例默認為1 ∶1。

(4)將展開工程圖另存為DXF 文件(或DWG 文件，根據實際情況確定)。

(5)DXF 文件可以通過網絡直接傳輸到數控塔沖或數控激光切割機中進行編程加工。

(6)后續(xù)在鈑金件FeatureManager 設計樹中刪除“展開1”和“平板型式1”特征，保存后按照常規(guī)重新出二維工程圖即可。

3 90°角鈑金件展開時注意事項

建模時必須使SolidWorks 三維模型的單位與數控塔沖或數控激光切割機的單位保持一致。

鈑金件建模過程中應考慮工藝孔等各種加工工藝性問題，例如:螺紋孔建模時直接設計為螺紋底孔，自動切釋放槽等。如有不符合實際加工的工藝性問題，展開工程圖需進行局部修正［2］。

鈑金件模型展開前后均需進行干涉檢查，如有干涉情況則需做相應修改，直至鈑金件展開前后干涉均消除。

上述二次開發(fā)折彎系數表僅適用于料厚符合表1中的規(guī)定，且使用SolidWorks 建模時內圓角半徑為0.3 mm的90°角鈑金件。SolidWorks 建模時鈑金件設定的內圓角與折彎機將鈑金件折彎后的實際內圓角為不同概念。

對于只有1 種非90°角的鈑金件，可結合鈑金設備狀況及工藝狀況將lee-metric bend allowance 折彎系數表再次優(yōu)化，通過加載再次優(yōu)化后的折彎系數表實現上述鈑金件1 ∶1的準確展開。

對于既有90°角又有非90°角的鈑金件，也可以使用SolidWorks 軟件進行展開，然后對非90°角折彎邊展開后的尺寸進行局部修正，此方法也可以達到減小編程工作量，提高勞動效率的目的。

因不銹鋼板、鋁板、敷鋁鋅板、熱鍍鋅板、銅板等其他板材的補償系數與鋼板不同，且每個鈑金制造廠家的制造設備不同，上述二次開發(fā)的折彎系數表不適用于除鋼板外的其他板材，鈑金生產廠家可以結合鈑金制造設備狀況及工藝狀況自行優(yōu)化修改上述二次開發(fā)的折彎系數表。

4 結語

經實踐證明，SolidWorks 軟件通過加載二次開發(fā)的折彎系數表，可以實現90°角鈑金件的1 ∶1準確展開，展開迅速準確、效率高，展開尺寸便于驗證，且輸出的DXF 文件可以方便地與數控設備進行數據交換，可以達到直接輸出編程，實現無紙化辦公的目的。使用SolidWorks 軟件對90°角鈑金件進行展開，可以節(jié)約編程時間，提高工作效率，大大節(jié)約了企業(yè)的人工成本，從而提升了企業(yè)的整體效益和競爭力。

［1］詹友剛. Solidworks 2012 寶典［M］. 北京:機械工業(yè)出版社，2012.

［2］胡仁喜. SolidWorks 2012 中文版從入門到精通［M］. 北京:機械工業(yè)出版社，2012.