黄彪
（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100）
钣金折弯是机械制加工常见的加工工序，广泛应用于电子设备、船舶、工程机械等各大领域。钣金折弯尺寸精度主要取决于展开尺寸是否准确，而折弯模具是影响展开尺寸的关键，同一个折弯尺寸，使用不同折弯模具，有不同的展开尺寸。因此，对成形尺寸精度要求高的企业通常会测定自己企业内的展开系数，根据所选用的模具，匹配不同的展开系数进行展开计算。
展开尺寸计算的方法有折弯扣除法、折弯系数法、折弯修正法。从展开的手段来看，可使用CAD 进行作图放样和计算展开，也可使用SolidWorks、Creo、UG 等三维软件进行自动展开。与CAD 展开计算相比，三维软件展开效率高且出错率低，尤其是对于复杂图形的展开。但三维软件在实际使用过程，其默认的展开参数与实际的展开尺寸相差较大，因此不能直接使用。目前介绍三维软件进行展开方法的文章有不少，但结合实际工艺参数进行应用的文献不多。本文通过设计实验，测定展开系数，制定折弯工艺参数表，然后将该计算原理应用于Creo 展开中，来实现折弯零件的快速、精确展开。
由于不同板厚，不同材质折弯时会选用不同的折弯模具，因此需要设计不同的模具进行试验，本文选取了几种典型的材质和板厚进行试验。试验方法为：每种规格下料3 件，样件尺寸为100mm×100mm×板厚T，为保证测量精度，使用激光切割下料样件。然后根据板厚和材质匹配相应折弯模具，沿中间线50尺寸折弯90°，测量折弯后的外包尺寸L1、L2，同时记录折弯模具与设备。实验样件如图1 所示。
图1 实验样件示意图
众所周知，在折弯过程中，沿板厚方向必有一层既不产生拉伸变形，也不产生压缩变形的中性层，中性层位置t 与板厚T 的比值为K，也就是我们所需测定的展开系数。图2～图4 分别为直角、钝角、锐角折弯的展开计算示意图。
图2 直角折弯展开计算示意图
图3 钝角折弯展开计算示意图
图4 锐角折弯展开计算示意图
根据展开计算方法，成形尺寸之和减去展开料尺寸就是折弯拉伸变形的长度。于是有：
式中：X 为扣除值，用游标卡尺测量，测量三组样件取平均值；
L 为展开长度；
L0 为弯曲段中性层长度；
L1、L2 分别为折弯后外包尺寸；
K 为展开系数；
t为中性层位置；
T 为板厚；
R 为折弯内径；
α 为折弯角度。
从公式（4）中可以看出，测量出扣除值X 与折弯内径R 值即可计算出K 值。在实际测量中，折弯内径R 比较难以准确测量。其实R 也可以假定一个数值，同样可计算出对应的K 值，本实验就直接选用板厚做为计算R 值。表1 是几组不同材质钢板测定的折弯工艺参数表。
表1 不同材质的钢板折弯工艺参数表
本实验对这几种板材测定了90°折弯的展开系数，对于非90°折弯，也可采用同样的实验方法测定展开系数。但由于锐角和钝角折弯后的外包角尺寸并不方便测量，因此，存在有一定的测量误差。在实际应用中，若零件成形的钝角或者锐角不多，可直接选用90°的K 值进行展开，成形尺寸误差在可接受的范围内。当然，对于需要精确成形尺寸的，同样也可以参照本文参数表制定不同角度的折弯工艺参数表。
特别地，考虑到折弯时频繁更换模具不利于高效生产，因此通常会在企业内针对某些材质和板厚设定常用的折弯模具，便于模具通用化。同时，对于成形时需用到的非常用模具也应测定展开系数，并在工艺指导文件中注明使用的模具和设备。
以材料为钢板5/Q355B 的折弯零件为例，图5～图8 展示了Creo4.0 软件使用K 因子在Creo 展开出图中的应用。第一步，首先确认模型是否为钣金模型，否则需转换成钣金模型；
第二步，在模型属性中，调整模型折弯半径为板厚（本例中选用5）；
第三步，在模型属性中取消“使用分配材料定义折弯余量参数”，然后输入相应的K 因子值0.414，点击“确定”，返回主页面，点击“展开”；
第四步，点击“快速出图”，使用PI 标注快速出图，标注出折弯线位置及折弯方向。
图5 钣金建模主页面
图6 设置折弯半径
图7 设置K 因子
图8 标注折弯线位置与方向
如图8 所示零件的展开图，其成形尺寸如图9所示，按照本文使用的展开方法，展开后的下料长度L=333.32，根据折弯工艺参数表，选用上模圆角R3，下模V 宽36mm 的模具，按照图8 所示的折弯线位置和方向成形，实测成形尺寸L1=99.84，L2=150.12，L3=50.02，L4=49.78，对比图9 所示尺寸，成形尺寸与理论尺寸相差0.3mm 以内。实测结果表明，本文Creo中所应用的展开计算方法是准确的。在实际生产过程中，可以在激光下料时将折弯位置打标在工件上，方便对线折弯，同时减少操作失误。
图9 示例折弯件尺寸图
如表2 所示为钢铁材料常用的经验K 值。为方便对比，同样使用钢板5/Q355B，折弯上模圆角R3，下模V 宽36mm，折弯成形90°。折弯后用R 规测量实际折弯内径为4，查询表2 可知，R/t=0.8，则取K值=0.3。根据前面推算公式可知，弯曲段中性层长度L0=α/180 π（R+KT），代入得出L0=8.36，根据式（2）推算出展开长L=108.9-2×（4+5）+8.36=99.26（mm）。从上文分析可知，按照本文的计算方法，使用Creo 展开的长度是100mm。可以看出，用经验K 值计算的展开长度与本文Creo 展开方法相比约有0.7mm 的差别，若是多道折弯，成形尺寸的误差会更大。另外，采用经验K 值计算时，需使用R 规测量实际折弯半径，这种测量结果本身也会产生一定误差。因此，对于精度要求不高的零件可采用经验K 值计算，但对于要求精密成形的企业则不适用。
表2 钢铁材料常用经验K值
（1）需特别说明的是，本实验方法所测定的K 值与选定的折弯内径R 是一一对应的，并不一定要求是实际测量的折弯内径。
（2）实际应用过程中，影响展开系数的因素有很多，比如上模圆角、下模的V 宽、上下模角度等等，因此应在工艺指导文件中需注明相应K 值计算时所匹配的折弯模具和设备。
（3）该实验的展开系数是在比较规整的零件上测量的，实际成形精度与原材料本身、工件结构、设备精度、模具精度等因素均有关。
本文通过设计实验测定了几种典型板材的展开系数，并将实验结果应用于Creo 展开计算中，实现了对三维折弯零件的快速展开，得到了精确的展开尺寸。同时，详细介绍了Creo 的应用过程及注意事项，并与采用经验K 值计算的展开尺寸进行了对比。按照本文的实验方法，对企业获取精密成形工艺参数提供了一定的参考。
另外，在实际的应用过程中发现，在使用Creo 展开过程中需按折弯工艺参数表手动输入K 值，此外还需核对图纸设计的折弯半径，这一过程较为繁琐且容易出错。另一方面，在实际的成形过程中，钢板折弯后的应力不同导致的回弹，也是影响成形精度的一个重要因素。因此对Creo 在精密成形中的应用提出以下两点展望。
（1）可将实验测量的K 值与R 值的计算公式导入Creo 中形成参数表，根据图纸材料和折弯半径自动匹配展开系数与模具，能大大提高展开效率，且避免出错，后续还可直接用于三维展开下料。
（2）使用Creo Simulate 模块对不同折弯半径下的成形应力进行模拟分析，分析在何种折弯半径下，应力最低，回弹最小，可用于指导折弯模具的设计。
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