基于力学模型的钣金折弯结构研究

史海波

（安普科技有限公司，常州 213200）

基于力学模型的钣金折弯结构研究

史海波

（安普科技有限公司，常州 213200）

作为行业中的技术支撑，钣金制造工艺与时俱进，吸收先进技术，完善力学结构，改善相应操作，以达到当今产业以及行业的需求。本文主要从钣金折弯加工中的难点出发，提出一类力学模型在钣金加工中的应用，并提出相应的加工方案。

力学模型 钣金折弯 结构

引言

钣金加工技术是一类等厚度金属板材的剪冲折焊粘等加工工艺，主要包括剪板、冲压、切板、复合、折板、焊接、拼接、成型等加工技术。一般来说，钣金加工工厂必备的设备有剪板机、冲压机床、折弯机床等机床。其中，折弯工艺是对钣金加工的进一步结构完善，为设计制造结构复杂的五金工序提供了强大的技术支撑。折弯工艺必须考虑折弯件材料的强度以及材料的塑性，在保证折弯件不损坏的前提下，完成相应的折弯变形，最后形成所需要的复杂结构件的形状，满足对应的强度、力学性能等需要。复杂结构的钣金加工在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中得到广泛使用。

日前，政府发布了相关制造业的发展计划。作为行业中的技术支撑，钣金制造工艺与时俱进，吸收先进技术，完善力学结构，改善相应操作，以期达到当今产业以及行业的需求。本文主要以钣金折弯加工中的难点出发，提出一类力学模型在钣金加工中的应用，随后提出相应的加工方案。

1 钣金折弯加工难点

在钣金加工中，当折弯加工材料强度大时，板材的塑性性能较强，折弯时必须考虑材料受到的各种力。此外，材料导热性差，会导致板材折弯过程中折弯区域受热集中导致的材料发生塑性形变，且高温往往集中折弯受力方向，从而影响板材的后续使用。由于不锈钢以及一些高温合金不锈钢为奥氏体组织，快速折弯会使部分硬化现象明显，导致材料发生严重的缺陷。

一般，还会出现下列情况。

（1）带斜边的折弯边应避开变形区。当对带斜边的板材进行钣金加工时，首先明确板材对应斜边的变形区域，划定变形范围。随后对板材进行折弯加工时，操作人员需要适当避开变形区域。如遇到无法避开的情况，需要当即避开斜边部位，以免加工出无法使用的板材。

（2）当遇到打死边的设计时，需要根据材料的厚度计算打死边的死边长度。一般死边最小长度满足：L≥3.5t+R。其中，t为材料厚度，R为打死边前道工序的最小内折弯半径，L为死边的最小长度。

（3）设计时需要添加的工艺定位孔。为保证毛坯在模具中准确定位，防止弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先在设计时添加工艺定位孔。特别是多次弯曲成形的零件，均必须以工艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量。

（4）标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性。换句话来说，需要考虑加工工艺的顺序。当材料先冲孔后折弯时，折弯容易保证尺寸精度，而且加工十分简单。若是尺寸精度要求十分高，则需要先折弯后加工孔。这种工序较为麻烦，无法达到高效简单的加工过程。

（5）适当规避弯曲件的回弹。影响回弹的因素有材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时的正压力等多种因素。其中，折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回弹就越大。一般从设计上就可以抑制回弹，如利用改进结构让回弹角变小，在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。

2 折弯技术模型

2.1 折弯技术的应用

折弯技术目前被普遍用于复杂机械构件的加工领域，为技术的进步以及经济的发展提供了强大的基础支撑。折弯技术是机械制造中的一项重要技术，是许多精密复杂产品制造不可缺少的加工方法。折弯是钣金加工复杂零部件中常见的技术，复杂结构的钣金加工在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中得到广泛的使用。为了进一步减少配合工序，考虑组件受力问题，弯折部位通常采用相应的模型达到一定的通用性能。本文将提出一种力学模型来解决折弯过程中的一些精度问题。

2.2 力学模型

折弯机床在进行钣金折弯工艺时，受到来自各个方向的力以及力矩的作用。但是，在进行理论计算的过程中，设计人员仅仅考虑到单一的弯曲应力或是力矩作用，导致实际加工出来的折弯结构误差大，不满足精密装配的要求，对一些领域的发展带来了阻碍。所以，提出一种模型来解决复合应力情况。

模型构想如图1所示。找到折弯过程中的各处应力，类比千斤顶的理论力学模型，将各处应力垂直拟合到对应的两个方向或是一个方向，其中可以忽略一些微小的理论应力或是变形。

图1 构想的模型

所提到的最终的两个复合应力方向可以如图呈90°垂直，也可以呈任意的一个角度，最终形成两个垂向的力。当结构弯折还需要相应的力矩时，利用右手螺旋定则，以x向或是y向为基准，存在有一定的复合力矩。

最后，可以采用Mises屈服准则，得到正应力x与剪应力y满足的塑性方程：

要达到以上模型的拟合，必须达到以下要求：

假设折弯材料是理想情况下的弹性材料，才能保证得到这类基础模型。

必须保证折弯材料处于相对静力学的条件下，才能得到与理论相差无几的实际应用，并保证折弯过程中各方面误差的精密计算。

误差相较于弯折应力以及力矩而言十分小，才能保证在中性层的应力分析中有较为理想的结果。

综上所述，此模型的应用可以保证折弯机床在进行钣金折弯工艺时受到的多种力以及力矩，使得理论计算以及实际加工匹配度达到较小的误差范围，满足精密装配的要求，为在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中复杂结构的钣金加工技术发展提供了重要的技术支持。

3 总结

本文主要以钣金折弯加工中的难点出发，提出了一类力学模型在钣金加工中的应用，并提出相应的加工方案。作为行业中的技术支撑，钣金制造工艺与时俱进，吸收先进技术，完善力学结构，改善相应操作，达到了当今产业以及行业的需求，更为国家制造业的飞速发展奠定了基础。

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.

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