机械中的钣金件是某一厚度的钢板经剪板机或等离子切割机或激光切割机下料后，在折板机上折弯而成的。

本人在工作中设计过各种外形的钣金件，一般过程是先在三维软件中应用钣金模块画出钣金件的成品，设置好材料和厚度，然后展开，出钣金件的切割图 (或称平板图)，一般为dxf格式；交付车间去生产。

钣金设计中，经常碰到的问题是：折弯而成的钣金尺寸和设计图纸的尺寸有出入，最明显的是成品的外尺寸不就比设计图的外尺寸长，不就比设计图的外尺寸短。经分析，问题出在Inventor软件对所有的钣金件都设定一个默认的K值，该数值为0.44。

钢板放在折弯机的槽模上，折弯刀自上向下运动，压住钢板并折弯，钢板外侧即靠槽模的一侧被拉长，内侧即靠折弯刀的一侧被压缩；钢板的拉伸和压缩程度向内部逐渐缩小至一面上基本没有被拉伸和压缩，该面被称为中性面，中性面到钢板内侧长度b和钢板厚度δ的比值为K值，即K=b/δ。理论上，钢板中性面的上的截面长度在平板状态和折后状态是一致的。所以，设置一个准确的K值就能够算出准确的展开尺寸。假设一个三面框板的成品尺寸如图1。

图1

其中性面上的长度:

(算式1)

设每次折弯时，折弯刀的半径取与钢板厚度相同，即δ和R相同，可得

(算式2)

可推出如下式子

(算式3)

下面以Q235钢板为例说明。在车间下料200mm×30mm(长×宽)，多种厚度的钢板，记录其折弯之后的尺寸，推算出各厚度钢板的K值，如图2。

图2

用角尺寸确保折弯直角，用游标卡尺测量折弯后的成品各个尺寸，因人工折弯使两脚高不一致，所以包括宽度W、脚高1(h1)、脚高2(h2)，记录如表1,K值分布折线图如图3

表1

图3

从以上实验数据可以看出，同种材料， K值随厚度的变大而变大，说明材料越厚在折弯时越难以延伸，折成尺寸相同而厚度越大的材料展长越大。

折弯而成的钣金件脚高为h，则折弯线和外边的距离S由以下算式推出，如图4

(算式4)

图4

所以，确定某材料的K值和折弯刀的半径之后，借助一支笔和一个计算器，就可以计算某个厚度钣金的展长和折弯长度了，当然将计算的工作交给计算机和软件来完成更高效。以下即是在软件中完成设置和展开的示例。

在Inventor软件中修改某一材料(如Q235)不同板厚的K值。

1、在没有打开零件或装配件的情况下，在Inventor软件中，打开"快速入门"→"项目"，将"使用模式库-只读"修改为"使用模式库-读-写"，为之后的K值输入做准备，如图5。

图5

2、打开一个钣金件，"钣金默认设置"→展开规则(进入修改K系数)，如图6

图6

3、新建不同厚度的钢板应不同的K系数，如图7。

图7

4、将设置的K系数保存到系统中方便别的钣金件引用，如图8

图8

5、最后关闭inventor，再打开，就可以在材料为Q235B的钣金件中选择自定义好的K系数了，如图9。

图9

在Inventor软件中，将钣金件转化为可供等离子线切割或激光线切割的文件，有以下两种做法

1、将钣金件转至展开模式，然后将切割面导出为dxf格式的文件，如图10、图11。

图10

图11

2、在左边浏览器的零件目录树上，右键点击"展开模式"→"保存副本为"，将切割面保存为dxf格式文件，如图12。

图12

"保存副本为"这一做法对于"天圆地方"一类的钣金件非常好用，能够在展开图中带上折弯辅助线，方便后续操作中折弯刀的定位，如图13

图13

另外，钣金中的"钣金默认设置"中几个设置会影响实际出展开图的几个重要参数，其中"斜接/接缝/接缝间距"决定两相邻折弯板之间的间隙，如果该数值过大，不利于相邻折板之间的焊接，但太小又容易造成相邻折板的干涉；"折弯"决定从平面上的一部分折弯时留出的切口间隙；"拐角"决定两相邻折弯板之间的释放口的形式，一般选择"圆形"可防止钢板折弯时在该处撕裂。如图14、图15、图16、图17。

图14

图15

图16

图17

3 结论及建议

应用Inventor做钣金件设计时，在软件中展开成切割图交付车间切割折弯后的成品尺寸和设计图尺寸不一致的是默认K值与材料不匹配造成的；之前很多设计人员即使知道问题出在K值设置，但未搞清楚机理，所以只是在网上查找一些未经验证的不同材料K值输入软件中，导致问题难以解决。本文通过分析钢板折弯过程中形变的机理，结合实验得出材料相同、厚度较大的钢板K值较大；同时可推导出厚度相同的两种材料，硬度较大(延伸较难)的K值较大的结论。在软件中自定义不同材料、不同厚度的K值，使应用展开图切割后折成的成品尺寸和设计尺寸更贴合。之后设计人员遇到新材料也可以应用本文中所述机理在车间中通过实验得出新材料的K值。

参考文献：

[1]陈伯雄．Inventor 机械设计解析与实战 基础篇[M]．北京：化学工业出版社，2013：191-248.

[2]Autodesk公司．Inventor 2017帮助文档[DB/OL]． 2016