关于K因子在钣金展开计算中的理论分析

文／卫玉·太原畅通致远铁路机车车辆电子有限公司

导 语

近年来，钣金折弯成形工艺作为一种重要的加工方法，在交通轨道领域中得到了迅速发展。钣金折弯作为一种综合冷加工工艺，折弯展开尺寸的精确程度对于钣金加工企业非常的重要。本文通过理论分析折弯90°的钣金零件，推导出K因子的计算方法以及说明此计算方法的适用范围，为钣金行业内工程技术人员提供了理论依据和实用参考。

钣金折弯K因子计算

在折弯过程中，折弯外层受到拉应力，内层受到压应力。外层和内层之间存在一种既不受拉应力，也不受压应力的过渡层，这个过渡层叫做中性层。中性层在折弯前后长度保持不变，所以在进行钣金展开尺寸的计算时，就是在计算中性层的长度。图1是钣金折弯尺寸的示意图。

图1 钣金折弯尺寸示意图

如图1所示，将钣金展开尺寸设为L，故有

由式①～④推导能够得到：

从式⑤的计算结果中可以看出，K因子的数值取决于钣金零件的外形尺寸、折弯内径和材料厚度。

传统人工钣金展开计算

在传统计算中，钣金技术人员是通过多年折弯经验总结出的折弯系数，进行CAD钣金展开制图，绘制出展开的板材外形，导出DXF格式，然后输入到激光切割机中进行操作，得到零件的板材展开外形。

在传统的人工钣金展开计算中，不同的加工厂，折弯系数有一定的区别。如图2中某电力机车电源柜的后盖，材料为1.5mm厚的冷轧钢板，某加工厂对其展开尺寸计算方式为：

图2 某电源柜后盖尺寸图

总宽=453+67×2+49.5×2-8×1.5（材料厚度）+4×0.5（折弯系数）=676mm

总长=860+67-2×1.5（材料厚度）+0.5（折弯系数）=924.5mm

三维建模软件K因子法计算钣金展开及其适用范围

人工绘制展开图效率较低，利用三维建模软件K因子法大大提高了钣金展开的计算效率。

图3 某电源柜后盖三维图

在对于钣金展开尺寸经过传统的人工计算出来的基础上，将其展开尺寸、折弯内径代入式⑤中，可以得到对应的K因子。钣金折弯过程中，折弯内径越小时，材料内外侧受到的压缩和拉伸越严重，超过材料的屈服强度时，就会产生裂纹和折断现象。

对于图2电力机车某电源柜后盖，在三维建模软件中可以选取折弯内径为1.5mm，经过式⑤计算K因子为0.486。

对于其他规格的厚度，K因子同理可以计算得到。表1是某钣金加工企业的折弯参数表。

表1 SolidWorks折弯参数表

图4 某数控折弯机折弯力速查表

K因子计算的数值可以输入到三维建模软件中，在用三维建模软件直接展开时，展开的图纸中有时会存在一些缺口，如图5中局部放大图I和II。这些缺口需要去掉，修改成满足激光切割的样子，如图6所示。三维建模软件导出的DXF图纸中，可以带有折弯线以方便后续折弯。

图5 三维建模软件直接导出的电源柜后盖展开图

图6 修改后的展开图

折弯过程浅析

折弯刀具的形式如图7所示，加工时主要是根据工件的形状，选用合适的刀具，一般加工企业的折弯刀具形状较多，特别是专业化程度较高的企业，为了折弯各种复杂的钣金零件，定做了很多形状、规格的折弯刀具。

图7 折弯刀具

影响折弯加工的因素有很多，主要是上模圆弧半径、材质、料厚、下模强度、下模的模口尺寸等因素。为了满足产品的需求，在保证折弯机使用安全的情况下，钣金加工企业已经把折弯刀模系列化了，我们在结构设计过程中需对现有折弯刀模有个大致的了解。见图7，左边为上模，右边为下模。

折弯的基本原理就是利用折弯机的折弯刀(上模)、V形槽(下模)，对钣金件进行折弯和成形。

折弯加工精度：

一折：±0.1mm

二折：±0.2mm

三折：±0.3mm

以此类推。

结束语

K因子法在三维建模软件计算钣金展开中，可以直接导出展开图纸，精度较高，方便钣金展开技术人员不用再重新绘制展开图纸，提高了钣金生产企业的加工效率，缩短了交货周期。