史海波

（安普科技有限公司，常州 213200）

基于力學(xué)模型的鈑金折彎結(jié)構(gòu)研究

史海波

（安普科技有限公司，常州 213200）

作為行業(yè)中的技術(shù)支撐，鈑金制造工藝與時(shí)俱進(jìn)，吸收先進(jìn)技術(shù)，完善力學(xué)結(jié)構(gòu)，改善相應(yīng)操作，以達(dá)到當(dāng)今產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)的需求。本文主要從鈑金折彎加工中的難點(diǎn)出發(fā)，提出一類(lèi)力學(xué)模型在鈑金加工中的應(yīng)用，并提出相應(yīng)的加工方案。

力學(xué)模型 鈑金折彎 結(jié)構(gòu)

引言

鈑金加工技術(shù)是一類(lèi)等厚度金屬板材的剪沖折焊粘等加工工藝，主要包括剪板、沖壓、切板、復(fù)合、折板、焊接、拼接、成型等加工技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，鈑金加工工廠必備的設(shè)備有剪板機(jī)、沖壓機(jī)床、折彎?rùn)C(jī)床等機(jī)床。其中，折彎工藝是對(duì)鈑金加工的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)完善，為設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的五金工序提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。折彎工藝必須考慮折彎件材料的強(qiáng)度以及材料的塑性，在保證折彎件不損壞的前提下，完成相應(yīng)的折彎變形，最后形成所需要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的形狀，滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度、力學(xué)性能等需要。復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鈑金加工在電子電路、儀器儀表、精密儀器等結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。

日前，政府發(fā)布了相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展計(jì)劃。作為行業(yè)中的技術(shù)支撐，鈑金制造工藝與時(shí)俱進(jìn)，吸收先進(jìn)技術(shù)，完善力學(xué)結(jié)構(gòu)，改善相應(yīng)操作，以期達(dá)到當(dāng)今產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)的需求。本文主要以鈑金折彎加工中的難點(diǎn)出發(fā)，提出一類(lèi)力學(xué)模型在鈑金加工中的應(yīng)用，隨后提出相應(yīng)的加工方案。

1 鈑金折彎加工難點(diǎn)

在鈑金加工中，當(dāng)折彎加工材料強(qiáng)度大時(shí)，板材的塑性性能較強(qiáng)，折彎時(shí)必須考慮材料受到的各種力。此外，材料導(dǎo)熱性差，會(huì)導(dǎo)致板材折彎過(guò)程中折彎區(qū)域受熱集中導(dǎo)致的材料發(fā)生塑性形變，且高溫往往集中折彎受力方向，從而影響板材的后續(xù)使用。由于不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼為奧氏體組織，快速折彎會(huì)使部分硬化現(xiàn)象明顯，導(dǎo)致材料發(fā)生嚴(yán)重的缺陷。

一般，還會(huì)出現(xiàn)下列情況。

（1）帶斜邊的折彎邊應(yīng)避開(kāi)變形區(qū)。當(dāng)對(duì)帶斜邊的板材進(jìn)行鈑金加工時(shí)，首先明確板材對(duì)應(yīng)斜邊的變形區(qū)域，劃定變形范圍。隨后對(duì)板材進(jìn)行折彎加工時(shí)，操作人員需要適當(dāng)避開(kāi)變形區(qū)域。如遇到無(wú)法避開(kāi)的情況，需要當(dāng)即避開(kāi)斜邊部位，以免加工出無(wú)法使用的板材。

（2）當(dāng)遇到打死邊的設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)材料的厚度計(jì)算打死邊的死邊長(zhǎng)度。一般死邊最小長(zhǎng)度滿(mǎn)足：L≥3.5t+R。其中，t為材料厚度，R為打死邊前道工序的最小內(nèi)折彎半徑，L為死邊的最小長(zhǎng)度。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)需要添加的工藝定位孔。為保證毛坯在模具中準(zhǔn)確定位，防止彎曲時(shí)毛坯偏移而產(chǎn)生廢品，應(yīng)預(yù)先在設(shè)計(jì)時(shí)添加工藝定位孔。特別是多次彎曲成形的零件，均必須以工藝孔為定位基準(zhǔn)，以減少累計(jì)誤差，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）標(biāo)注彎曲件相關(guān)尺寸時(shí)，要考慮工藝性。換句話來(lái)說(shuō)，需要考慮加工工藝的順序。當(dāng)材料先沖孔后折彎時(shí)，折彎容易保證尺寸精度，而且加工十分簡(jiǎn)單。若是尺寸精度要求十分高，則需要先折彎后加工孔。這種工序較為麻煩，無(wú)法達(dá)到高效簡(jiǎn)單的加工過(guò)程。

（5）適當(dāng)規(guī)避彎曲件的回彈。影響回彈的因素有材料的機(jī)械性能、壁厚、彎曲半徑以及彎曲時(shí)的正壓力等多種因素。其中，折彎件的內(nèi)圓角半徑與板厚之比越大，回彈就越大。一般從設(shè)計(jì)上就可以抑制回彈，如利用改進(jìn)結(jié)構(gòu)讓回彈角變小，在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋，不僅可以提高工件的剛度，也有利于抑制回彈。

2 折彎技術(shù)模型

2.1 折彎技術(shù)的應(yīng)用

折彎技術(shù)目前被普遍用于復(fù)雜機(jī)械構(gòu)件的加工領(lǐng)域，為技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)支撐。折彎技術(shù)是機(jī)械制造中的一項(xiàng)重要技術(shù)，是許多精密復(fù)雜產(chǎn)品制造不可缺少的加工方法。折彎是鈑金加工復(fù)雜零部件中常見(jiàn)的技術(shù)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鈑金加工在電子電路、儀器儀表、精密儀器等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的使用。為了進(jìn)一步減少配合工序，考慮組件受力問(wèn)題，彎折部位通常采用相應(yīng)的模型達(dá)到一定的通用性能。本文將提出一種力學(xué)模型來(lái)解決折彎過(guò)程中的一些精度問(wèn)題。

2.2 力學(xué)模型

折彎?rùn)C(jī)床在進(jìn)行鈑金折彎工藝時(shí)，受到來(lái)自各個(gè)方向的力以及力矩的作用。但是，在進(jìn)行理論計(jì)算的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員僅僅考慮到單一的彎曲應(yīng)力或是力矩作用，導(dǎo)致實(shí)際加工出來(lái)的折彎結(jié)構(gòu)誤差大，不滿(mǎn)足精密裝配的要求，對(duì)一些領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了阻礙。所以，提出一種模型來(lái)解決復(fù)合應(yīng)力情況。

模型構(gòu)想如圖1所示。找到折彎過(guò)程中的各處應(yīng)力，類(lèi)比千斤頂?shù)睦碚摿W(xué)模型，將各處應(yīng)力垂直擬合到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)方向或是一個(gè)方向，其中可以忽略一些微小的理論應(yīng)力或是變形。

圖1 構(gòu)想的模型

所提到的最終的兩個(gè)復(fù)合應(yīng)力方向可以如圖呈90°垂直，也可以呈任意的一個(gè)角度，最終形成兩個(gè)垂向的力。當(dāng)結(jié)構(gòu)彎折還需要相應(yīng)的力矩時(shí)，利用右手螺旋定則，以x向或是y向?yàn)榛鶞?zhǔn)，存在有一定的復(fù)合力矩。

最后，可以采用Mises屈服準(zhǔn)則，得到正應(yīng)力x與剪應(yīng)力y滿(mǎn)足的塑性方程：

要達(dá)到以上模型的擬合，必須達(dá)到以下要求：

假設(shè)折彎材料是理想情況下的彈性材料，才能保證得到這類(lèi)基礎(chǔ)模型。

必須保證折彎材料處于相對(duì)靜力學(xué)的條件下，才能得到與理論相差無(wú)幾的實(shí)際應(yīng)用，并保證折彎過(guò)程中各方面誤差的精密計(jì)算。

誤差相較于彎折應(yīng)力以及力矩而言十分小，才能保證在中性層的應(yīng)力分析中有較為理想的結(jié)果。

綜上所述，此模型的應(yīng)用可以保證折彎?rùn)C(jī)床在進(jìn)行鈑金折彎工藝時(shí)受到的多種力以及力矩，使得理論計(jì)算以及實(shí)際加工匹配度達(dá)到較小的誤差范圍，滿(mǎn)足精密裝配的要求，為在電子電路、儀器儀表、精密儀器等結(jié)構(gòu)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鈑金加工技術(shù)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。

3 總結(jié)

本文主要以鈑金折彎加工中的難點(diǎn)出發(fā)，提出了一類(lèi)力學(xué)模型在鈑金加工中的應(yīng)用，并提出相應(yīng)的加工方案。作為行業(yè)中的技術(shù)支撐，鈑金制造工藝與時(shí)俱進(jìn)，吸收先進(jìn)技術(shù)，完善力學(xué)結(jié)構(gòu)，改善相應(yīng)操作，達(dá)到了當(dāng)今產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)的需求，更為國(guó)家制造業(yè)的飛速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

Research on Bending Structure of Sheet Metal based on Mechanical Model

SHI Haibo
(amp Technology Co. Ltd, Changzhou 213200)

As the industry's technical support, sheet metal manufacturing process with the times, absorb advanced technology, improve the mechanical structure, improve the corresponding operation, in order to achieve the needs of today's industries and industries. In this paper, from the point of the sheet metal bending process, this paper puts forward a kind of mechanical model in sheet metal processing, and puts forward the corresponding processing program.

mechanical model, sheet metal bending, structure