介紹Pro/E軟體系統默認的鈑金展開方法，通過利用現有中性層半徑表，建立Pro/E軟體適用的折彎展開係數表，從而準確快捷地計算鈑金折彎件，尤其是多折彎半徑、三維空間等複雜折彎件的展開尺寸。
鈑金折彎成形零件具有結構緊湊、質量輕巧、承載能力大、加工簡單及生產效率高等優點，其在家電產品、3C產品，汽車、航空航天等領域都起著重要作用，在軌道交通行業機車車體、轉向架等上也得到了越來越廣泛的應用。
在鈑金件加工的眾多影響因素中，展開尺寸正確與否是製作合格折彎產品的一個極其重要環節。長期以來，鈑金件展開一般採用公式近似計算，很多廠家尤其是規模不大的小鈑金廠，甚至依賴於個別操作人員的經驗估算。隨著計算機技術的日新月異和三維軟體技術的迅猛發展及推廣，三維軟體在鈑金產品的製造全生命周期起到越來越重要的作用。Pro/E軟體是美國PTC公司基於單一資料庫、參數化、特徵、全相及工程數據再利用等概念基礎上開發的一個功能強大CAD/CAE/CAM軟體。
對於複雜折彎零件，尤其是對於多道折彎件、多折彎半徑件或三維空間折彎件，用簡單補償或扣除法已很難滿足新常態下高效、快捷的要求。鈑金設計是Pro/E眾多功能模塊中十分強大的一塊，隨著Pro/E三維軟體的普及應用，利用Pro/E折彎係數表準確、快速計算展開尺寸的優勢越來越明顯。本文即介紹株洲聯誠集團控股股份有限公司備料中心利用現有折彎中性層半徑表，建立適用於本單位的Pro/E鈑金件折彎係數表，並成功應用於機車產品準確快捷展開計算的經驗。
Pro/E軟體系統折彎係數表介紹
在鈑金彎曲過程中，外層受到拉應力延伸，內層受到壓應力收縮，在延伸層與收縮層間總有既不受拉力又不受壓力的過渡層，即中性層（見圖1）。中性層在彎曲過程中的長度和彎曲前一樣，所以中性層是計算折彎件展開長度的基準。折彎產品展開計算方式有很多種，導致不同單位或工藝人員對摺彎係數定義不統一，有的指補償係數，有的指扣除係數，或者採用K/Y係數（也有叫K因子和Y因子）。Pro/E軟體有兩種展開計算方式：一是使用K係數或Y係數，另一是使用折彎係數表（本文使用的為Pro/E 4.0版本，不同版本操作過程可能會有細微區別）。
K係數是指鈑金中性層位置厚度t與鈑金件材料厚度T的比值，即K=t/T，如圖2所示，此圖中K=1.2/3=0.4，而Y係數是根據折彎中線相對於鈑金厚度計算出來的比值，Y=（π/2）K，K/Y係數能方便地計算簡單折彎件的展開尺寸。
Pro/E軟體默認的有3個折彎係數表：table1.bnd，table2.bnd，table3.bnd，存放在軟體安裝目錄的「proe4.0 extend_tables」文件裡，用戶也可以增添新的折彎係數表。折彎係數表可以直接用記事本或在Pro/E軟體中打開，並查看編輯，其中table3.bnd在軟體中打開的界面如圖3所示。折彎係數表中3個參數分別為：折彎件材料板厚T，折彎內徑R和折彎許可值A，其中A即中性層圓弧長度值（在Pro/E鈑金三維中顯示為DEV.L值，見圖4）。
折彎係數表中的折彎許可值A對應於板厚T和折彎內徑R在折彎90°的中性層圓弧長度。如果R或T處在折彎係數表中兩個特定的數值之間時，軟體系統會自動以線性的方式來預估，折彎表劃分越細密，展開計算越精確；如果折彎處的角度不是90°時，軟體系統會自動搜索出相應的T和R在90°折彎時的A值，然後這些值再乘以θ/90°，其中θ為實際的折彎角度（見圖5），θ是以度為單位。如果R或T值超出了表的範圍，軟體系統將利用表中定義好的計算公式來求出展平長度（此計算公式也可編輯設定）。
Pro/E軟體系統默認的這些折彎係數是以英寸為單位，即使轉化為公制單位，一般情況下與實際生產也並不相符。因此，在應用Pro/E折彎係數表進行鈑金展開計算前，一定要根據實際情況修正折彎許可值A，以保證折彎許可值A與本企業材料、折彎模具等實際情況相符，這樣才能生成與實際生產一致的精確展開尺寸。
Pro/E折彎係數表建立
本單位以前折彎件展開計算的依據是中性層半徑表（見圖6），此表是公司結合現有設備、模具及產品特點，在多年的設計、生產經驗及反覆試驗中總結出來的，展開計算準確。將此表中的中性層半徑轉化為對應板厚T和折彎內徑R所對應的折彎許可值A，則能充分利用Pro/E軟體鈑金模塊的優勢，準確、高效展開各種折彎件，尤其是多道折彎或三維空間折彎件。
中性層半徑表的轉化 中性層半徑表是以折彎件材料厚度T和折彎內徑R為基礎，確定折彎中性層半徑r，從而計算出展開尺寸。而Pro/E折彎係數表中折彎許可值A即是中性層圓弧長度，通過中性層半徑表分別計算不同材料厚度T和折彎內徑R所對應的折彎許可值A，即完成了Pro/E折彎係數表數據。以板厚T=6mm為例，對應R6、R8、R10、R11、R12的中性層半徑分別為：r7.95、r10.14、r12.28、r13.3、r14.4，依照公式A=2π（90/360）r計算90°時各對應折彎許可值A（見圖7）。以此方法完善不同T、R值下的A值，則可得到Pro/E軟體折彎係數表所需求的折彎許可值。
折彎係數表的建立 通過中性層半徑錶轉化計算得到折彎許可值A後，開始編輯製作Pro/E折彎係數表。打開Pro/E軟體進入鈑金模塊，單擊主菜單欄中的「編輯」→「設置」命令，在彈出的「鈑金件設置」下拉菜單中單擊「折彎許可」→「折彎表」→「設置」「自文件」→「table1」（此處彈出是系統默認的3個折彎係數表，可隨機選擇其中任何一個）→「完成返回」→「編輯」→」確認」→」自文件」→「table1」（對應上一操作過程中選中的table1），然後彈出折彎係數表，輸入計算所得的指定材料厚度T和折彎內徑R下的折彎許可值A，沒有值的地方為空（不要填「0」，見圖7），編輯後單擊表格菜單中「文件」→「儲存」，關閉折彎表，單擊下拉菜單中的「完成返回」即完成了新折彎係數表的編輯建立。
折彎係數表的修改 因不同材料或模具選用變化，甚至折彎時墊板與否等原因，同樣的材料厚度T和折彎內徑R所對應的折彎許可值可能會變化，這時就需對已有折彎係數表進行修正，或者改後建立對應不同材料的折彎係數表。進入鈑金模塊，單擊菜單欄中的「編輯」→「設置」命令，在彈出的「鈑金件設置」下拉菜單中單擊「折彎許可」→「折彎表」→（「設置」→「確認」→「自文件」→「確認」→「table1」→「完成返回」）→「編輯」→「確認」→「自文件」→「table1」，後續操作與建立折彎係數表的過程一樣。也可以直接在折彎係數表的文件夾中打開，然後另存為其他名字的.bnd文件再編輯。
註：如果是首次打開Pro/E 軟體，則操作過程包含括號中步驟，如果是在同一次軟體打開情況下已編輯過折彎係數表table1,則操作過程不包含括號中步驟。
Pro/e折彎係數表的應用
某型雙層動車組轉向架零件下蓋板（左），材料為12mm厚低溫壓力容器鋼板，為兩道不同折彎半徑的三維空間異形零件（見圖8）。對於同種材料和折彎角度的折彎，由於中性層位置與變形程度有關，當彎曲半徑較大，變形程度較小，中性層位置靠近板料厚度的中心處；當彎曲半徑變小，變形程度隨之增大，中性層位置逐漸向彎曲中心的內側移動。下蓋板（左）兩道折彎角度均為90°，但折彎半徑相差大，所以中性層有差別。按常規中性層半徑表單獨計算每道折彎的二維展開尺寸，然後合併圖形，但由於此零件為三維空間異形零件，展開及合併複雜。
依據中性層折彎半徑表，R30、R68對應的中性層半徑分別為r35.1、r73.85，故對應的折彎許可值分別為：55.135mm，116.003mm。按上文描述的方法建立折彎係數表如圖9所示。打開此零件三維圖，由於各種原因零件三維圖是實體件或igs格式，先導入轉為實體部件，再轉化為鈑金件。進入鈑金模塊，單擊主菜單欄中的「編輯」→「設置」命令，在彈出的「鈑金件設置」下拉菜單中單擊「折彎許可」→「折彎表」→「設置」→「確認」→「自文件」→「確認」→「table1」→「完成返回」→「寫入」→「table1」→「完成返回」。在模型樹中右鍵單擊特徵零件，在彈出菜單中單擊「編輯」命令，在視圖界面顯示零件的相應數值，其中包含各折彎處的折彎許可值，從圖10中可知與折彎係數表中設置的一致，說明此折彎係數表應用到了下蓋板（左）；同時，右鍵菜單中點選「資訊」→「模型」，可以查看零件應用的折彎表及折彎許可值。折彎參數正確，然後利用Pro/E展開功能即可快速得到精準的展開圖，並利用工程圖模塊轉化為尺寸比為1∶1的通用.dxf格式下料圖。圖11為折彎後的組裝實物效果，經檢測樣板測量，折彎產品滿足設計圖樣要求。
從應用效果看，只要折彎係數表準確，Pro/E可非常快捷地計算出正確的展開尺寸，較以往分別通過折彎中性層半徑計算的效率及準確性都要高，尤其是通用性強：一個折彎係數表可以應用於多種材料厚度及折彎半徑、角度的折彎展開尺寸計算。同時，Pro/E三維造型直觀明了，便於修改分析及折彎模擬。目前，Pro/E折彎係數表已應用於本單位多種車型車體、轉向架折彎產品的展開計算中。
結語
利用折彎中性層半徑表建立Pro/E軟體適用的折彎展開係數表，效果有效、準確，熟練應用Pro/E折彎係數表，可以快速準確進行折彎件的展開計算，與傳統的手工計算展開相比，更趨於智能化，減少人為的錯誤，提高效率。展開前後，產品的特徵數據不會失去，並有Pro/E強大的建模及修改功能，方便對其進行修改和處理。Pro/E折彎係數表的正確應用能夠大幅縮短產品的設計與製造周期，降低生產成本，提升企業的市場競爭力，適應製造業的快速發展需求。
後續公司將根據折彎產品特點建立典型零件模型庫，運用族表、參數、關係等工具，方便得到所需模型，從而進一步發揮Pro/E參數化設計優勢，達到快速建模及展開的目的；針對新設計思想、新車型的快速開發，材料種類越來越廣泛，將對於特性區別較大的材料，以試驗為依據，逐漸豐富折彎數據並建立不同的折彎係數表。
來源：《金屬加工（熱加工）》2018年第4期
作者簡介：劉幫平、肖迪智，株洲聯誠集團控股股份有限公司