基于Creo 的钣金折弯设计与展开分析

    曹惠昌

    摘 要：钣金是金属的冷加工方式。本文定义为一种金属薄板（厚6 mm 以下）的综合加工工艺，包括切割、冲压、拉伸、弯曲、成型等。生活中常见的电脑机箱、车身和手机均用金属板材通过钣金工艺制作。钣金折弯的精度以及展开图的尺寸经常困扰着工人，尺寸超差的现象屡见不鲜。从源头软件设计开始，分析钣金折弯与展开，并深入分析影响展开尺寸的因素，最后从设计角度分析钣金设计的一些注意点。

    关键词：钣金；冷加工；展开；折弯

    中图分类号：TG38 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.012

    1 钣金设计

    目前能完成钣金设计的软件很多，不管什么软件，都应该首先从如下方面着手。 本节从软件 Creo着手，介绍钣金设计的参数设置及展开原理。

    首先确定选材，材料属性对折弯来说尤为重要，不同的材料，材料伸缩率与折弯性不同。Creo 文件菜单有材料设置一项，进行材料选择。

    （1）“文件”→“准备”→“模型属性” →“模型属性”；

    （2）“材料” → “材料” → “更改”→ “材料”；

    （3）“材料” → “steel（钢）” → “确认。”

    确定材料后，选取材料厚度、折弯半径、折弯角度，如此一个简单的折弯件设计完成。

    2 钣金展开计算

    （1）折弯原理。钣金折弯是在上模和下模挤压过程中，金属板材发生的塑性变形。

    （2）展开原理。通常展开方法有两种：

    ①折弯扣除法（常用于直角弯）；②中性层法：K因子。两种方法殊途同归，展开尺寸略有不同。

    在 Creo软件中，目前以K因子、Y因子、折弯表为主。

    K 因子定义为材料内侧边与弯曲中性层的距离和板材厚度之比， K 因子的方程式：K=t/T，可知 0

    中性层无具体位置，存在于板材内部，它的位置取决于材料本身的特性，所以我们设计之初，首先要在“模型设置”内选定材料。

    Y 因子是根据K因子计算出来的数值，公式：

    Y=K×（π/2）。

    （3）展开精度分析

    ①折弯因子影响。

    不同的材料折弯系数不一样，取不同的方式展开，获得的展开尺寸不同。设计者应根据实际材料选取 K/Y 因子，不能盲目按照软件的默认设置展开材料，必要时需要另外设置。Creo 中 Y因子默认为 0.5。实际中， Y 因子会根据板厚和折弯半径有很大变化，因此会影响展开尺寸。

    ②壁厚影响。

    Creo 软件设置好材料后，如 Steel，相關的质量属性也会随设置生成。

    以厚3 mm 热轧钢板为例，实际板厚为2.7 mm.而设计中经常按照3 mm，这样材料厚度相差0.3 mm。在要求非常精密的环境中，0.3 mm导致的展开偏差也不容忽视。

    3 钣金折弯设计注意点

    3.1 折弯高度

    在谈折弯高度前，首先应该熟悉一下折弯模具，以V 型模具为例， V 形槽开口距离影响甚大，折弯高度太低，零件在模具上没有支撑位置，即无着力点，当上模下压时，无法施加压力，这是从模具角度分析。一般工厂中的折弯机槽宽8～16 mm，所以对于常规板厚3～6 mm，弯曲高度应至少为16 mm。

    3.2 折弯半径

    折弯半径是指零件的内侧圆弧。当模具上模下压时，内侧最先受力压缩，随着厚度区域产生塑性变形，外侧受到拉力。当材料厚度一定时，弯曲半径越小，材料里外侧受力就越严重；当材料外圆角受力大于材料的屈服极限时，首先产生细小微纹，甚至断裂。因此钣金折弯，应避免过小的弯曲半径。一般来说，软件设计中，默认常规折弯半径为壁厚。而工厂实践中，因为模具种类有限， 经常对板厚不加区分，随意使用折弯半径，这是不对的，这样对材料强度及折弯精度会有很大的影响。

    3.3 折弯公差

    一是钣金件的公差应从设计之初考虑，设计时要留足余量。

    二是折弯件安装孔设计为腰形孔或大孔，从而允许折弯较大的公差，保证零件的装配。

    三是装配件之间留间隙 1～2 mm，装配时利用钣金件的变形来调试装配。

    四是应考虑喷涂层对孔位公差和折弯尺寸的影响，一般喷涂层如喷塑会增加 0.5 mm 的增量。

    4 结语

    本文主要从设计角度分析了钣金设计与展开相关内容，并深入讨论了实际生产中常出现的问题，并提出了解决方案，对于更深入的工艺分析本文并未涉及。希望本文给实际一线的工程师提供帮助。