钣金件折弯系数

一、钣金的计算方法概论

钣金零件的工程师和钣金材料的销售商为保证最终折弯成型后零件所期望的尺寸，会利用各种不同的算法来计算展开状态下备料的实际长度。其中最常用的方法就是简单的“掐指规则”，即基于各自经验的算法。通常这些规则要考虑到材料的类型与厚度，折弯的半径和角度，机床的类型和步进速度等等。 总结起来，如今被广泛采纳的较为流行的钣金折弯算法主要有两种，一种是基于折弯补偿的算法，另一种是基于折弯扣除的算法。

为了更好地理解在钣金设计的计算过程中的一些基本概念，先了解以下几点： 1、折弯补偿和折弯扣除两种算法的定义，它们各自与实际钣金几何体的对应关系

2、折弯扣除如何与折弯补偿相对应，采用折弯扣除算法的用户如何方便地将其数据转换到折弯补偿算法

3、K因子的定义，实际中如何利用K因子，包括用于不同材料类型时K因子值的适用范围 二、折弯补偿法

为更好地理解折弯补偿，请参照图1中表示的是在一个钣金零件中的单一折弯。图2是该零件的展开状态。

折弯补偿算法将零件的展开长度(LT)描述为零件展平后每段长度的和再加上展平的折弯区域的长度。展平的折弯区域的长度则被表示为“折弯补偿”值(BA)。因此整个零件的长度就表示为方程(1)：

LT = D1 + D2 + BA (1) 折弯区域（图中表示为淡黄色的区域）就是理论上在折弯过程中发生变形的区域。简而言之，为确定展开零件的几何尺寸，让我们按以下步骤思考： 1、将折弯区域从折弯零件上切割出来 2、将剩余两段平坦部分平铺到一个桌子上 3、计算出折弯区域在其展平后的长度

4、将展平后的弯曲区域粘接到两段平坦部分之间，结果就是我们需要的展开后的零件

图1

五、K-因子法

K-因子是描述钣金折弯在广泛的几何形状参数情形下如何弯曲/展开的一个值。也是一个用于计算在各种材料厚度、折弯半径/折弯角度等广泛情形下的弯曲补偿(BA)的一个值。图4和图5将用于帮助我们了解K-因子的详细定义。

我们可以肯定在钣金零件的材料厚度中存在着一个中性层或轴，钣金件位于弯曲区域中的中性层中的钣金材料既不伸展也不压缩，也就是在折弯区域中唯一不变形的地方。在图4和图5中表示为粉红区域和蓝色区域的交界部分。在折弯过程中，粉红区域会被压缩，而蓝色区域则会延伸。如果中性钣金层不变形，那么处于折弯区域的中性层圆弧的长度在其弯曲和展平状态下都是相同的。所以，BA(折弯补偿)就应该等于钣金件的弯曲区域中中性层的圆弧的长度。该圆弧在图4中表示为绿色。钣金中性层的位置取决于特定材料的属性如延展性等。假设中性钣金层离表面的距离为“t”，即从钣金零件表面往厚度方向进入钣金材料的深度为t。因此，中性钣金层圆弧的半径可以表示为(R+t).利用这个表达式和折弯角度，中性层圆弧的长度(BA)就可以表示为： BA = Pi**(R+T)A/180

为简化表示钣金中性层的定义，同时考虑适用于所有材料厚度，引入k-因子的概念。具体定义是：K-因子就是钣金的中性层位置厚度与钣金零件材料整体厚度的比值，即： K = t/T

因此，K的值总是会在0和1之间。一个k-因子如果为0.25的话就意味着中性层位于零件钣金材料厚度的25%处，同样如果是0.5，则意味着中性层即位于整个厚度50%的地方，以此类推。综合以上两个方程，我们可以得到以下的方程(8)： BA = Pi(R+K*T)A/180 (8)

其中几个值如A、R和T都是由实际的几何形状确定的。所以回到原来的问题，K-因子到底从何而来？同样，回答还是那几个老的来源，即钣金材料供应商、试验数据、经验、手册等。但是，在有些情况下，给定的值可能不是明显的K，也可能不完全表达为方程(8)的形式，但无论如何，即使表达形式不完全一样，我们也总是能据此找到它们之间的联系。 例如，如果在某些手册或文献中描述中性轴（层）为“定位在离钣料表面0.445x材料厚度”的地方，显然这就可以理解为K因子为0.445，即K=0.445。这样如果将K的值代入方程(8)后则可以得到以下算式： BA = A (0.01745R + 0.00778T)

如果用另一种方法改造一下方程(8)，把其中的常量计算出结果，同时保留住所有的变量，则可得到：

BA = A (0.01745 R + 0.01745 K*T)

比较一下以上的两个方程，我们很容易得到：0.01745xK=0.00778,实际上也很容易计算出K=0.445。

仔细地研究后得知，在SolidWorks系统中还提供了以下几类特定材料在折弯角为90度时的折弯补偿算法，具体计算公式如下：

软黄铜或软铜材料：BA = (0.55 * T) + (1.57 * R)

半硬铜或黄铜、软钢和铝等材料：BA = (0. * T) + (1.57 * R) 青铜、硬铜、冷轧钢和弹簧钢等材料：BA = (0.71 * T) + (1.57 * R)

实际上如果我们简化一下方程(7)，将折弯角设为90度，常量计算出来，那么方程就可变换为：

BA = (1.57 * K * T) + (1.57 *R) 所以，对软黄铜或软铜材料，对比上面的计算公式即可得到1.57xK = 0.55，K=0.55/1.57=0.35。同样的方法很容易计算出书中列举的几类材料的k-因子值： 软黄铜或软铜材料：K = 0.35

半硬铜或黄铜、软钢和铝等材料：K = 0.41 青铜、硬铜、冷轧钢和弹簧钢等材料：K = 0.45

前面已经讨论过，有多种获取K-因子的来源如钣金材料供应商，试验数据，经验和手册等。如果我们要用K-因子的方法建立我们的钣金模型，我们就必须找到满足工程需求的K-因子值的正确来源，从而得到完全满足所期望精度的物理零件结果。

在一些情况下，因为要适应可能很广泛的折弯情形，仅靠输入单一的数字即使用单一的K-因子方法可能无法得到足够准确的结果。这种情况下，为了获得更为准确的结果，应该对整个零件的单个折弯直接使用BA值，或者使用折弯表描述整个范围内不同的A、R、T的所对应的不同BA、BD或K-因子值等。 注： * TAN：为正切三角函数的简化表示 ** Pi：为圆周率常数（3.14159265…） 统一展开计算方法,做到展开的快速准确. 1 适用范围 钣金冲压 2 展开计算原理 板料在弯曲过程中外层受到拉应力,内层受到压应力,从拉到压之间有一既不受拉力又不受压力的过渡层--中性层,中性层在弯曲过程中的长度和弯曲前一样,保持不变,所以中性层是计算弯曲件展开长度的基准.中性层位置与变形程度有关,当弯曲半径较大,折弯角度较小时,变形程度较小,中性层位置靠近板料厚度的中心处,当弯曲半径变小,折弯角度增大时,变形程度随之增大,中性层位置逐渐向弯曲中心的内侧移动.中性层到板料内侧的距离用λ表示. 3 计算方法 展开的基本公式: 展开长度=料内+料内+补偿量 4.1 R=0,折弯角θ=90°(T<1.2,不含1.2mm) L=(A-T)+(B-T)+K =A+B-2T+0.4T 上式中取:λ=T/4 K=λ*/2 =T/4*π/2 =0.4T 4.2 R=0, θ=90° (T≧1.2,含1.2mm) L=(A-T)+(B-T)+K =A+B-2T+0.5T 上式中取:λ=T/3 K=λ*π/2 =T/3*π/2 =0.5T 4.3 R≠0 θ=90° L=(A-T-R)+(B-T-R)+(R+λ)*π/2 当R ≧5T时 λ=T/2 1T≦ R <5T λ=T/3 0 < R : L=A-T+C+B+K (3)当C≦3T时<一次成型>: L=A-T+C+B+K/2 4.7 Z折2. C≦3T时<一次成型>: L=A-T+C+B+D+K 4.8 抽芽 抽芽孔尺寸计算原理为体积不变原理,即抽孔前后材料体积不变;ABCD四边形面积=GFEA所围成的面积. 一般抽孔高度不深取H=3P(P为螺纹距离),R=EF见图 ∵ T*AB=(H -EF)*EF+π*(EF)2/4 ∴ AB={H*EF+(π/4-1)*EF2}/T ∴预冲孔孔径=D – 2AB T≧0.8时,取EF=60%T. 在料厚T<0.8时,EF的取值请示上级. 4.9 方形抽孔 方形抽孔,当抽孔高度较高时(H>Hmax),直边部展开与弯曲一致, 圆角处展开按保留抽高为H=Hmax的大小套弯曲公式展开,连接处用45度线及圆角均匀过渡, 当抽孔高度不高时(H≦Hmax)直边部展开与弯曲一致,圆角处展开保留与直边一样的偏移值. 以下Hmax取值原则供参考. 当R≧4MM时: 材料厚度T=1.2~1.4取Hmax =4T 材料厚度T=0.8~1.0取Hmax =5T 材料厚度T=0.7~0.8取Hmax =6T 材料厚度T≦0.6取Hmax =8T 当R<4MM时,请示上级. 4.10压缩抽形1 (Rd≦1.5T) 原则:直边部分按弯曲展开,圆角部分按拉伸展开,然后用三点切圆(PA-P-PB)的方式作一段与两直边和直径为D的圆相切的圆弧. 当Rd≦1.5T时,求D值计算公式如下: D/2=[(r+T/3)2+2(r+T/3)*(h +T/3)]1/2 4.11压缩抽形2 (Rd>1.5T) 原则:直边部分按弯曲展开,圆角部分按拉伸展开,然后用三点切圆(PA-P-PB)的方式作一段与两直边和直径为D的圆相切的圆弧. 当Rd>1.5T时: l按相应折弯公式计算. D/2={(r+T/3)2 +2(r+T/3)*(h+T/3) -0.86*(Rd-2T/3)*[(r+T/3) +0.16*(Rd-2T/3)]}1/2 4.12卷圆压平 图(a): 展开长度 L=A+B-0.4T 图(b): 压线位置尺寸 A-0.2T 图(c): 90°折弯处尺寸为A+0.2T 图(d): 卷圆压平后的产品形状 4.13侧冲压平 图(a): 展开长度 L=A+B-0.4T 图(b): 压线位置尺寸 A-0.2T 图(c): 90°折弯处尺寸为A+1.0T 图(d): 侧冲压平后的产品形状 4.14 综合计算如图: L=料内+料内+补偿量 =A+B+C+D +中性层弧长(AA+BB+CC) (中性层弧长均按 “中性层到板料内侧距离λ=T/3”来计算) 备注: a标注公差的尺寸设计值:取上下极限尺寸的中间值作为设计标准值. b孔径设计值:一般圆孔直径小数点取一位(以配合冲头加工方便性),例:3.81取3.9.有特殊公差时除外,例:Φ3.80+0.050取Φ3.84. c 产品图中未作特别标注的圆角,一般按R=0展开. 附件一:常见抽牙孔孔径一览表 料厚 类型 M3 M3.5 M4 #6-32 0.6 3.5 3.9 4.4 3.8 0.8 3.7 4.2 4.6 4.1 1.0 4.0 4.4 4.9 4.3 1.2 4.2 4.7 5.1 4.6 附件二:常见预冲孔孔径一览表 料厚 类型 M3 M3.5 M4 #6-32 0.6 1.2 1.2 1.2 1.2 0.8 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.5(1.8) 1.5(1.8) 1.5(1.8) 1.5(1.8) 1.2 1.8 1.8 1.8 1.8 说明: 1以上攻牙形式均为无屑式. 2抽牙高度:一般均取H=3P,P为螺纹距离(牙距). 3.内径:M3 Φ2.75 M3.50 Φ3.20 M 4 Φ3.65 ＃ 6-32 Φ3.10 在R≠0， θ=90°时；的折弯系数列表：（单位：mm） 板材↓/板厚→ 冷板 铝板 0.8 1.5 — 1.0 1.8 1.5 1.2 2.1 1.9 1.5 2.5 2.3 2.0 3.2 3.1 2.5 4.0 3.8 3.0 4.7 4.4 4.0 6.2 6.1 注意：折弯系数不是绝对的，各加工工厂的钣金工艺工程师会根据所用GB材料以及加工机器而略有微弱变化。

其它参考：

一.冷轧钢板SPCC(电镀锌板SECC) 板厚→ 角度↓ 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 30° 45° 60° 120° 150° 90° 0.8 1.4 0.7 0.2 1.5 0.7 0.2 1.6 0.8 0.3 1.6 0.3 0.6 1.0 0.8 0.3 1.0 1.7 0.86 0.3 1.8 0.9 0.3 1.9 0.34 0.7 1.1 0.9 0.3 1.2 2.0 1.0 0.4 2.1 1.0 0.3 2.2 0.4 0.8 1.3 1.1 0.2 1.5 2.4 2.5 0.5 1.0 1.5 1.3 0.5 2.7 2.0 3.2 2.5 3.0 3.5 4.0 120° 150° 90° 30° 45° 60° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° 120° 150° 90° — — — — — — — — — — — — 1.3 0.5 2.8 0.5 1.0 1.7 1.4 0.5 — — — 1.6 0.5 3.4 0.6 1.3 2 1.7 0.6 — — — 4.1 0.7 1.5 2.4 2.0 0.7 4.3 2.1 0.7 4.5 2.2 0.8 4.6 2.3 0.8 4.8 2.3 0.8 — — — 4.7 5.0 5.1 5.7 2.8 1.0 — — — 6.4 3.1 1.0 — — — 6.2 6.6 3.3 1.1 7.0 3.4 1.2 7.5 — — — 二.压铆螺件底孔尺寸表 1.压铆螺母柱 型号 M3×0.5 M3×0.5 M4×0.7 M4×0.7 M5×0.8 M6×1.0 代号 (B)SO(O)(S)-M3-H (B)SO(O)(S)-3.5M3-H (B)SO(O)(S)-M4-H (B)SO(O)(S)-3.5M4-H (B)SO(O)(S)-M5-H (B)SO(O)(S)-M6-H 底孔尺寸(mm) 5.4 5.4 6.0 7.2 7.2 8.7 注：SO SOS 为通孔不通牙，SOO SOOS 为通孔通牙，加B为不通孔，加S为不锈钢材料，H为螺母柱的高度。 2.压铆螺母 型号 M2×0.4 M2.5×0.45 M3×0.5 M4×0.7 M5×0.8 M6×1.0 代号 S(CLS)-M2-A S(CLS)-M2.5-A S(CLS)-M3-A S(CLS)-M4-A S(CLS)-M5-A S(CLS)-M6-A 底孔尺寸(mm) 4.2 4.2 4.2 5.4 6.4 8.7 注：CLS为不锈钢材料，S为普通A3钢，A为螺母适用板厚材代号。 3.镶入螺母 型号 M2×0.4 M2.5×0.45 M3×0.5 M4×0.7 M5×0.8 M6×1.0 代号 F(S)-M2-A F(S)-M2.5-A F(S)-M3-A F(S)-M4-A F(S)-M5-A F(S)-M6-A 底孔尺寸(mm) 4.3 4.3 4.3 7.4 7.9 8.7 注：加S为不锈钢材料，A为螺母适用板厚代号。 4.涨铆螺母 型号 M3×0.5 M4×0.7 M5×0.8 M6×1.0 M8×1.25 代号 Z-(S)-M3-1.2(1.5,2.0) Z-(S)-M4-1.2(1.5,2.0) Z-(S)-M5-1.2(1.5,2.0) Z-(S)-M6-1.2(1.5,2.0) Z-(S)-M8-1.2(1.5,2.0) 底孔尺寸(mm) 5.0 6.0 8.0 9.0 11.0 注：加S为不锈钢材料，1.2、1.5、2.0为常用适用板厚。 5.压铆螺钉 型号 M2.5×0.45 M3×0.5 M3×0.5 M4×0.7 M4×0.7 M5×0.8 M6×1.0 代号 FH(S)-M2.5-L FH(S)-M3-L NFH(S)-M3-L FH(S)-M4-L NFH(S)-M4-L FH(S)-M5-L FH(S)-M6-L 底孔尺寸(mm) 2.5 3 4.8 4 4.8 5 6 注：加S为不锈钢材料，FH为圆头，NFH为六角头，L为螺钉总长度。