基于SolidWorks 的折弯系数表的二次开发及应用

刘二恩 程林志 史 航 仝世伟 王 凯 郭向南

(许昌许继风电科技有限公司，河南 许昌461000)

在目前钣金制造业，随着数控设备的广泛应用，钣金加工工艺也有了较大的提高。传统加工工艺加工效率低、浪费材料，且加工质量不易保证，而新型加工工艺以精确展开加工为特点，先按展开图全部切割出外形及孔和槽，然后折弯成型。新型加工工艺对展开图的精度要求较高。目前钣金制造企业通常采用2 种方法绘制钣金件展开图:第1 种方法是直接人工计算钣金件外形及内部开孔尺寸;第2 种方法是使用Solid-Works 对钣金件进行展开，然后在SolidWorks 展开图基础上进行人工修正，以上两种方法在实际生产中均会浪费大量的人力和工时，工作效率非常低，且易出错误，从而造成成本增加和生产延期。本文通过对90°角钣金件展开时中性层尺寸的计算方法进行分析，使用SolidWorks 2012(下文中简称SolidWorks)软件对系统默认折弯表进行二次开发，使90°角钣金件通过加载二次开发折弯系数表实现1 ∶1准确展开。

1 折弯角中性层展开长度计算分析

板材在折弯过程中外层受到拉应力伸长，内层受到压应力缩短，在内、外层之间有一段在折弯前、后长度保持不变的金属层，定义为中性层。中性层是计算折弯钣金件展开长度的基准，中性层的位置与变形程度有关，其与板材的中心层是2 个概念。中心层是指位于1/2 板厚处的一层金属，其长度在板材折弯前、后会保持不变或伸长。当中心层折弯前后长度保持不变时，中心层与中性层重合，反之则不重合。因90°角钣金件的中心层在理想状态下折弯前后长度不发生改变，此时90°角钣金件的中心层与中性层重合。本文仅针对90°折弯角钣金件展开前后的长度进行计算分析。

1.1 补偿系数法

一个已成形的90°折弯角钣金件，其外形有2 个轮廓尺寸S1、S2 和1 个厚度尺寸δ，详见图1 所示，图2 为SolidWorks 软件中2 mm 厚90°折弯角钣金件的三维模型。

以厚度为2 mm 板材为例，图1 中90°角钣金件展开长度S的计算公式为:

其中:S为90°角钣金件的展开长度，即钣金件折弯前的坯料长度;r为SolidWorks 软件建模时90°角钣金件的折弯内圆角半径，为保证SolidWorks 软件建模统一，特将内圆角半径均设定为0.3 mm;K为补偿系数，K值根据工艺经验总结而成，2 mm 厚板材对应的补偿系数为0.5。不同料厚对应的补偿系数也不同，详见表1 所示。

1.2 SolidWorks 展开计算法

根据上述钣金件中性层的分析，图1 中90°角钣金件在SolidWorks 软件中展开长度S的计算公式为:

其中:BA(折弯补偿Bend Allowance 简写)为图1 所示中性层圆弧段展开长度。

由上述公式(1)和(2)可推算出:

因上述公式(3)中折弯内圆角半径r、补偿系数K均已知，则BA值可由上述公式(3)计算得出。下面以δ=2 mm 为例计算对应的BA数值:

同样按照上述公式(3)得出其余料厚对应的BA数值，计算结果详见表1 所示。表1 中板材厚度规格为钣金制造厂家常用的板材厚度。

2 SolidWorks 折弯表的二次开发及应用

2.1 SolidWorks 折弯表的二次开发

SolidWorks 软件中钣金件展开共有5 种方式，分别为:折弯系数表、K因子、折弯系数、折弯扣除、折弯计算［1］，如图3 所示。

因SolidWorks 软件中自带的折弯系数表、K因子、折弯系数、折弯扣除、折弯计算均无法满足90°折弯角钣金件1 ∶1展开的实际需求，现对SolidWorks软件自带的折弯表进行二次开发。

在资源管理器中使用Microsoft Office Excel 2007 程序打开table4-metric bend allowance 文件，如图4 所示。

将table4-metric bend allowance 文件另存为leemetric bend allowance，将半径栏中0.4 更改为0.3(即SolidWorks 软件建模时钣金件的内圆角半径0.3 mm)，删除其余半径对应厚度的数据;然后将表格中厚度值更改为钣金制造厂常用的板材厚度，将对应的折弯系数值更改为表1 中所述的BA值。二次开发的折弯系数表文件的格式及内容如图5 所示。

图1 所示圆弧段BA在SolidWorks 软件中展开后尺寸，详见图6 所示。

图5 中显示的BA值为SolidWorks 模型中性层圆弧段展开后显示的长度数值，详见图6 所示。

2.2 二次开发折弯表的应用

将上述lee-metric bend allowance 文件放在* SolidWorks CorpSolidWorkslangchinese-simplified sheetmetal bend tablesend allowance 目录下，删除原有table1-bend allowance、table2-bend allowance、table3-bend allowance 和table4-metric bend allowance 折弯表。

SolidWorks 软件对图2 所示90°角钣金件模型的创建、设置及展开操作步骤如下所示:

(1)SolidWorks 软件中钣金件有多种建模方式，本文建模时首先生成实体零件，然后将其转换为钣金件来进行展开。

(2)90°角钣金件的料厚必须符合表1 中的规定。

(3)设置钣金件的折弯内圆角半径为0.3 mm，如图7 所示。

表1 板材厚度δ、补偿系数K 与BA 值对应表 单位:mm

(4)在设计树中左键单击“钣金1”特征，选择“编辑特征”，在“折弯系数”栏中选择“折弯系数表”，点击“浏览”按钮，在弹出“浏览文件夹”对话框中选择“bend allowance”文件夹，点击“确定”按钮确认;然后在“折弯系数表”文件的下拉菜单中选择二次开发的折弯表lee-metric bend allowance，点击“更改钣金的默认折弯系数表”中的“是”按键确认，如图8、图9所示。

(5)点击“展开”按钮，弹出“展开”对话框，首先选择展开时的“固定面”，然后选择“要展开的折弯”，此时可选择“收集所有折弯”，然后按勾键确认，如图10 所示。

此时图2 所示90°角钣金件展开后的长度尺寸与上述使用补偿系数法计算的结果一致，从而验证了SolidWorks 二次开发折弯系数表的准确性。

对于图11、图12、图13 和拥有多道90°折弯角的复杂钣金件，SolidWorks 软件也可实现1 ∶1准确展开，且三维模型的设置与展开操作步骤同上所述。

对前期已建模的90°角钣金件的SolidWorks 模型，可通过修改钣金件内圆角数值后加载lee-metric bend allowance 折弯系数表实现1 ∶1准确展开。

2.3 SolidWorks 软件输出DXF 文件步骤

SolidWorks 软件输出DXF 文件操作步骤如下所示:

(1)将钣金件FeatureManager 设计树中的“平板型式1”解除压缩，如图14 所示。

(2)左键点击折弯中心线，在弹出菜单中选择“隐藏”按钮，实现隐藏折弯中心线，如图15 所示。

(3)使用空白的工程图模板出展开工程图，Solid-Works 工程图的绘图比例默认为1 ∶1。

(4)将展开工程图另存为DXF 文件(或DWG 文件，根据实际情况确定)。

(5)DXF 文件可以通过网络直接传输到数控塔冲或数控激光切割机中进行编程加工。

(6)后续在钣金件FeatureManager 设计树中删除“展开1”和“平板型式1”特征，保存后按照常规重新出二维工程图即可。

3 90°角钣金件展开时注意事项

建模时必须使SolidWorks 三维模型的单位与数控塔冲或数控激光切割机的单位保持一致。

钣金件建模过程中应考虑工艺孔等各种加工工艺性问题，例如:螺纹孔建模时直接设计为螺纹底孔，自动切释放槽等。如有不符合实际加工的工艺性问题，展开工程图需进行局部修正［2］。

钣金件模型展开前后均需进行干涉检查，如有干涉情况则需做相应修改，直至钣金件展开前后干涉均消除。

上述二次开发折弯系数表仅适用于料厚符合表1中的规定，且使用SolidWorks 建模时内圆角半径为0.3 mm的90°角钣金件。SolidWorks 建模时钣金件设定的内圆角与折弯机将钣金件折弯后的实际内圆角为不同概念。

对于只有1 种非90°角的钣金件，可结合钣金设备状况及工艺状况将lee-metric bend allowance 折弯系数表再次优化，通过加载再次优化后的折弯系数表实现上述钣金件1 ∶1的准确展开。

对于既有90°角又有非90°角的钣金件，也可以使用SolidWorks 软件进行展开，然后对非90°角折弯边展开后的尺寸进行局部修正，此方法也可以达到减小编程工作量，提高劳动效率的目的。

因不锈钢板、铝板、敷铝锌板、热镀锌板、铜板等其他板材的补偿系数与钢板不同，且每个钣金制造厂家的制造设备不同，上述二次开发的折弯系数表不适用于除钢板外的其他板材，钣金生产厂家可以结合钣金制造设备状况及工艺状况自行优化修改上述二次开发的折弯系数表。

4 结语

经实践证明，SolidWorks 软件通过加载二次开发的折弯系数表，可以实现90°角钣金件的1 ∶1准确展开，展开迅速准确、效率高，展开尺寸便于验证，且输出的DXF 文件可以方便地与数控设备进行数据交换，可以达到直接输出编程，实现无纸化办公的目的。使用SolidWorks 软件对90°角钣金件进行展开，可以节约编程时间，提高工作效率，大大节约了企业的人工成本，从而提升了企业的整体效益和竞争力。

［1］詹友刚. Solidworks 2012 宝典［M］. 北京:机械工业出版社，2012.

［2］胡仁喜. SolidWorks 2012 中文版从入门到精通［M］. 北京:机械工业出版社，2012.