Развертка короба из листового металла
Развёртка листового металла
Листовой металл является самым распространенным материалом для производства различных металлоконструкций. Из него можно вырезать различные фигуры, гнуть, вальцевать и таким образом получать всевозможные формы детали, которые трудно получить из других сортаментов. Изготовление изделий путем гибки и сварки листового металла является каждодневной работой предприятий, занимающихся изготовлением металлоконструкций.
Прежде, чем приступить к изготовлению гнутой детали необходимо создание ее заготовки. Заготовкой здесь является развертка листового металла. Вырезав по её размерам лист металла и загнув в размеченных местах получаем деталь необходимой нам конфигурации.
Построение таких разверток является частой задачей конструкторов и технологов на производстве металлоконструкций. Строить их вручную довольно трудоемко, данный процесс занимает много времени и к тому же обладает некоторым риском появления ошибок в силу большого объёма ручного расчета размеров развертки, то есть человеческого фактора.
Уже давно этот процесс удачно автоматизирован, и современные CAD-системы обладают специальными модулями «Листовой металл» для проектирования гнутых деталей из листового металла и автоматического получения их разверток.
1. Построить 3d-модель, преобразовать в листовой металл и получить развертку.
2. Построить базовую плиту и гнуть ее, добавляя новые стенки под разными углами и радиусами.
Больше про гибку листового металла можно посмотреть здесь, а вот на чем я хотел бы акцентировать Ваше внимание в данной статье, так это на коэффициенте нейтрального слоя.
При автоматизированном проектировании развертки листового металла в CAD-системе всегда необходимо учитывать по какой кромке (наружной, внешней или средней линии) строится развертка. Другими словами учитывать коэффициент нейтрального слоя (К). Например, если коэффициент нейтрального слоя примем 0,5, что соответствует середине толщины листового металла, то длина развертки составит 113,635 мм, а если K=0.1, то Lразвертки=110,4934 мм. Разница очевидна, во втором случае полностью бракованная деталь, так как из 110 мм 113 уже никак не сделать, если конечно не сплющить ее в толщине, но это уже другая история).
Развернутая длина гиба равна длине этого нейтрального слоя элемента. Нейтральный слой не растягивается и не сжимается при сгибе детали. И положение этого нейтрального слоя как раз и определяет коэффициент К. При увеличении коэффициента нейтральный слой смещается к внешней стороне сгиба. Этот коэффициент зависит от множества факторов, таких как физические характеристики материала, толщина листа, радиус сгиба. Его рассчитывают по специальным формулам.
Таблица коэффициента К в зависимости от толщины листа (S) и радиуса гибки (r) можно выбрать из следующей таблицы.
Часто про этот коэффициент забывают, всегда учитывайте этот фактор, так как именно из-за этого вроде бы незначительного значения, может быть полностью зарезана деталь без возможности доработки. Каждый случай индивидуален и необходимо менять коэффициент, поэтому корректируйте его исходя из своей ситуации.
Построение разверток осуществляется не только для листового металла, её также с успехом используют при создании шаблонов для отрезки труб, например, с уклоном на торце для создания угла поворота трубопровода. Но это уже немного другая тема, поэтому подробнее об этом можно узнать здесь…
Освоив такой метод проектирования деталей из листового металла можно легко делать подобные развертки одним кликом. Это здорово экономит время проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства к выпуску продукции, а также значительно снижает человеческий фактор и вероятность получения брака. Что всё вместе позитивно влияет на эффективность предприятия и конечно же на экономические показатели и прибыли в целом.
Построение развертки в Компас-3D
В Компасе-3D существует набор инструментов, позволяющих создавать модели из листовых материалов, согнутых по определенным параметров. С помощью этих инструментов можно проектировать конструктивные и технологические решения процессов гибки изделий.
Для создания листового тела, после запуска Компас-3D нужно выбрать Листовое тело в меню Создать.
Основной набор инструментов здесь почти такой-же, как и при обычном твердотельном моделировании, но есть и инструменты, отличающиеся, которые находятся в разделе Элементы листового тела
Для примера создадим развертку переходного патрубка с круга на квадрат. Создадим окружность и квадрат в разных плоскостях.
После этого выберем инструмент Линейчатая обечайка и укажем плоскости которые будут соединены. В появившемся меню укажем параметры обечайки: толщину листа, радиус изгибов, кромку, сегменты.
Теперь готовую деталь можно развернуть. Для этого в верхнем меню нажмем кнопку Развернуть.
Укажем плоскость, параллельно которой будет построена развертка.
Создание цилиндрического тела (трубы) с отверстиями
Иногда бывает нужно сделать отверстия в согнутой детали. Для примера возьмем цилиндр из листа. Для этого создадим эскиз с окружностью и выберем инструмент Обечайка , после чего зададим длину (высоту) цилиндра в пункте Расстояние. Получилась труба из листового тела.
Отверстия в листовом теле можно создать двумя способами: один из способов — перейти в раздел меню Твердотельное моделирование и выбирать инструмент Отверстие простое в меню Элементы тела.
Второй способ: воспользоваться инструментом Вырез в листовом теле в меню Элементы листового тела.
Далее укажем место расположения отверстия и его параметры и нажмем Развернуть .
Аналогично можно сделать фигурный вырез, например для построения переходного патрубка для соединения двух труб. Для этого, например, можно создать плоскость под углом и на ней — эскиз с окружностью. Используя инструмент Вырезать выдавливанием в меню Элементы тела, вырезать наклонное отверстие в трубе. Затем, также как и в предыдущих примерах развернуть деталь.
Создание коробки из гнутого листового тела с прорезями
Кроме цилиндрических изделий, из листовых материалов производятся изделия и других видов. Чаще всего гнутыми деталями являются обычные изделия в виде коробки/крышки/корпуса. Для примера создадим самую простую коробку, но используя несколько разных способов для формирования ее сторон.
При выборе типа файла при создании, можно указать — Деталь, а можно Листовое тело, разница будет лишь в наборе инструментов, но в процессе работы, в любой момент можно перейти на более подходящий набор инструментов. Как обычно, вначале выберем плоскость и создадим на ней эскиз основания и двух противоположных боковин.
Выберем инструмент Листовое тело Зададим длину листа и толщину в меню параметров в левой части экрана . И нажмем ОК
Третью боковину нашей коробки сделаем с помощью инструмента Сгиб. Выберем грань на основании нашей коробки и зададим направление, радиус и угол сгиба а также другие параметры.
Обратите внимание, что в нижней части окна параметров есть пункт Коэффициент, в котором стоит значение 0,4. Это значение Коэффициента нейтрального слоя, которое многие путают это с положением средней линии и исправляют на 0,5, что является не совсем верным.
В углах остались большие зазоры. Для того чтоб их соединить, есть инструмент Замыкание углов . Укажем грани, которые нужно замкнуть и нажмем ОК.
Для построения четвертой боковины создадим эскиз на плоскости, на которой создано наше основание.
Будущую высоту стенки сейчас зададим приблизительно, но с запасом, либо можно посчитать отдельно вручную.
Выдавим лист на нужную толщину и создадим еще один эскиз. В нем будет только линия, по которой будет гнуться наша боковина.
Выберем инструмент Сгиб по линии.
Зададим параметры сгиба.
Если боковина была задана примерно, то создадим еще один эскиз на ней и воспользуемся инструментом Вырезать элемент выдавливанием .
Осталось замкнуть углы и наша коробка готова.
Теперь можно нажать Развернуть и получить развертку коробки, после чего создать чертежи развертки.
Кроме обычных круглых отверстий, в Компас-3D можно создавать элементы открытой штамповки, закрытой штамповки, либо жалюзи.
Создадим для примера элементы Открытой штамповки и Жалюзи.
Выбрав инструмент Открытая штамповка, в Компас-3D, можно задать место расположения отверстия, а также высоту выдавленных стенок и диаметр отверстия. Для начала нужно указать поверхность на которой будут расположены отверстия и создать эскиз будущих отверстий.
Зададим параметры операции и нажмем ОК
У нас получилось овальное отверстие с вогнутыми внутрь краями.
Аналогично можно создать отверстия для вентиляции, используя инструмент Жалюзи. Создадим эскиз будущих прорезей.
После чего зададим параметры выдавливания и нажмем OK
После завершения, можно нажать кнопку Развернуть и получить развертку нашей созданной коробки.
В этом уроке мы рассмотрели основные приемы для создания моделей гнутых деталей, на примере усеченного конуса, переходного патрубка и коробки. Используя полученные знания, можно значительно сократить время при создании разверток листовых деталей, так как можно сосредоточиться на проектировании уже готового изделия, а Компас-3D выполнит все необходимые расчеты по построению развертки.
Работа с листовым металлом в SOLIDWORKS
В данном видео уроке рассмотрим работу с листовым металлом в SOLIDWORKS на примере создания детали «Короб с вентиляционным отверстием».
На плоскости Спереди создадим эскиз, который будет являться четвертью будущей детали.
На вкладке Листовой металл воспользуемся элементом Базовая кромка/выступ.
Толщину листового металла введем 1,5 мм, допуск сгиба оставим Коэффициент K и зададим значение 5. Это будет означать, что длина в плоском состоянии будущей детали будет рассчитываться по средней линии толщины детали.
Далее воспользуемся элементом Кромка под углом. Для создания плоскости для эскиза выберем верхнюю грань существующей детали.
Для создания эскиза будущей кромки, перейдем в плоскость создания эскиза.
После выхода их эскиза появится предварительный просмотр создаваемой кромки.
Выберем дополнительную смежную кромку.
Далее воспользуемся элементом Ребро-кромка.
Выберем место для создания будущих кромок, вторым щелчком левой кнопки мыши укажем направление создания будущей кромки, укажем вторую смежную кромку.
В поле раздела настройки фланцев в графической области укажем расстояние зазора – 1 мм, угол – 52° градуса, длина фланца – 21 мм.
В Расположение кромки поставим – Материал снаружи.
Снова активируем команду Ребро-кромка.
В поле раздела Настройки фланца, выберем кромку. Вторым щелчком левой кнопки мыши выберем направление создания кромки, выберем смежную, угол установим – 44°, расстояние зазора – 1 мм, длина фланца – 44 мм.
Для добавления материала снаружи уже существующей кромки, сменим угол на 40° и Расположение кромки выберем – Сгиб снаружи. Нажимаем ОК.
Далее на Вид спереди создадим эскиз, который будет являться вспомогательным эскизом для создания изгибов на детали.
На только что созданной грани создадим изгибы под 90°.
Для этого на существующей грани создадим эскиз и спроецируем линию ранее нарисованного вспомогательного эскиза на вновь создаваемый эскиз.
С помощью инструмента Преобразование объекта на вкладке Листовой металл, выберем элемент Изгиб.
В Дереве конструирования выберем необходимый для использования существующий эскиз.
В разделе Зафиксированные грани выберем зафиксированную грань.
Расстояние смещения введем – 10 мм, угол изгиба – 90°. Уберем радиус по умолчанию и введем радиус – 1 мм. Нажимаем ОК.
На второй грани проделаем ту же операцию, только воспользуемся другим способом – не создавая эскиз предварительно, а создав эскиз непосредственно уже в команде.
Выберем элемент Изгиб, выберем плоскую грань, на которой необходимо нарисовать линию сгиба и спроецируем из вспомогательного эскиза линию для создания сгиба.
После выхода из эскиза, в разделе Зафиксированная грань выберем зафиксированную грань. Как видим, настройки сохранились из предыдущей команды, поэтому нажимаем ОК.
Создадим зеркальное отражение получившейся детали.
На вкладке Элементы выберем инструмент Зеркальное отражение. Выберем грань для зеркального отражения.
В поле Копировать тела выберем деталь. Нажимаем ОК.
Скроем вспомогательный эскиз для того, чтобы он не мешал. И дальше создадим еще одну половину детали.
Воспользуемся тем же элементом Зеркальное отражение.
В разделе Зеркальное отражение плоскости, выберем грань для зеркального отражения → копировать тела. Нажимаем ОК.
На получившейся грани создадим эскиз.
В разделе Граница выберем границу для вентиляционного отверстия.
В разделе Свойства геометрии выберем грань, на которой будет создаваться отверстие, радиус скругления поставим – 1 мм, в разделе Ребра выберем линии для создания направляющих ребер.
Глубина ребер в данном случае является толщиной детали. Ввод их не доступен, так как толщина детали из листового металла по умолчанию составляет – 1,5 мм. Ширина ребер – 5 мм.
В поле раздела Перекладины выберем элемент для создания области. Введем значение ширины перекладины – 10 мм.
В поле Границы заполнения, выберем элементы эскиза, которыми будут являться границами заполнения. Нажимаем ОК.
Для того, чтобы посмотреть на деталь в развернутом виде, нужно выбрать элемент на вкладке Листовой металл → Развертка.
Чтобы выйти из режима развертки необходимо повторно нажать на элемент Развертка.
Для того, чтобы создать чертеж из файла детали, необходимо в главном меню выбрать пункт Файл → Создать чертеж из детали.
Необходимо выбрать шаблон чертежа и нажать ОК.
Автоматически откроется создание файла чертежа для данной детали. Документы чертежа для данной детали.
Справа из палитры видов можно выбрать необходимый вид и зажатием левой кнопки мыши перенести на чертеж.
Удалим ненужные надписи с чертежа. Из палитры видов перенесем вид Спереди.
Отводя мышь в сторону, автоматически будут создаваться проекционные виды.
Нажатием левой кнопки мыши получим боковой вид Слева, а также вид Сверху.
Для того, чтобы получить изометрический вид, нужно левой кнопкой мыши нажать в какой-то из диагональных сторон от базового вида детали. После завершения создания видов нажимаем ОК.
Далее следует проставить необходимые размеры. Также необходимо обозначить размеры изгибов и габаритные размеры.
Для того, чтобы на чертеже получить развертку детали, необходимо из палитры видов перенести вид Развертка.
Естественно нужно проставить все недостающие размеры и пояснения, а также добавить основную надпись.
Определение длины развертки при гибке
Элементы заготовки, расположенные в деформируемой зоне и прилегающие к внутренней поверхности изгибаемой детали (со стороны пуансона), подвергаются сжатию, а прилегающие к внешней поверхности (со стороны матрицы)—растяжению. Между растянутыми и сжатыми волокнами находится нейтральная линия длина которой не изменяется (Черт. 106).
Черт. 106
Радиус нейтральной линии R в мм (черт. 106) определяется по формуле
где r — радиус гибки, мм;
s— толщина материала мм;
x — коэффициент, величина которого зависит от отношения r/s (табл. 48).
Таблица 48
При завивке шарниров (петель) вследствие наличия внешних сил трения, препятствующих деформированию, коэффициент х определяется по табл. 48а.
Таблица 48а
Длина развертки изгибаемой детали Lр в мм (черт. 107) определяется по формуле
R1; R2; R3 — радиусы нейтральной линии, определяемые по формуле (46).
Черт. 107
При гибке материалов толщиной свыше 3 мм под углом 90° с радиусом гибки r≤s радиус нейтральной линии R, рассчитанный по формуле (46), должен быть скорректирован до величины R1 (черт. 108), исходя из условия целостности материала и сопряжения в точках а и а1 криволинейного участка радиусом R1 с прямыми а—а и а1—а1, преходящими через середину толщины s. На участке С—С1 пунктиром показан внешний контур при расчете без учета утонения материала. В связи с утонением при гибке толщина s1 на этом участке меньше исходной s.
Черт. 108
Значения R1 радиуса скорректированной нейтральной линии и длину дуги abа1, следует подсчитать по формулам
R — определяется по формуле (46); r — радиус гибки, мм; остальные обозначения показаны на черт. 108.
Элементы для определения размеров разверток часто применяемых гнутых деталей приведены в табл. 49.
Таблица 49
- y, y1, y2 — величины, учитывающие изменение длины развертки при гибке под углом 90°. При толщине материала до 2,5 мм принимаются по табл. 50, а при толщине 3 и более мм при r
- х — коэффициент, принимается по табл. 48а.
Таблица 50
Таблица 50а
Пример. Определить длину развертки для детали, изображенной нa черт. 109.
Черт. 109
где l и l1 —длины прямых участков гнутой детали;
у —находим по табл. 50а
При s=4 мм и r= 3,5 мм
Если в рабочем чертеже детали заданы односторонние допуски, то для подсчета длины развертки эти допуски должны быть пересчитаны на двухсторонние, с сохранением заданного поля допуска. При этом должны быть также пересчитаны номинальные размеры детали (черт. 110).
Черт. 110
В табл. 51 и 52 приведены формулы для расчета длины развертки гнутых деталей при различных исходных данных на рабочем чертеже и различных формах сопряжения.
Таблица 51
Примечание: х — коэффициент, определяется по табл. 48.
Таблица 52
Размеры разверток гнутых деталей, рассчитанных по формуле (47), следует уточнить опытным путем в случаях:
- когда в одном штампе совмещены две или несколько гибочных операций (черт. 111 и 112,а).
- при гибке ушков, петель и т. п. (черт. 112,б);
- когда допуски на размеры гнутых деталей меньше допусков 5-го класса точности.
Необходимость уточнения размеров разверток вызывается смешением нейтральной линии в процессе гибки вследствие колебания механических свойств материала, различных условий трения на контактных поверхностях обрабатываемого материала и рабочих деталей штампа и т.п.
К-фактор в расчете развертки
Возвращение к старой теме расчета длины развертки детали из листового металла при гибке обусловлено необходимостью консолидации некоторой новой и старой информации по этому вопросу. Обобщение и анализ имеющихся данных, думаю, будут полезными для принятия.
. правильных решений на практике.
Длину развертки криволинейного участка принято определять как длину дуги окружности радиусом r по известной со школы формуле:
Lг =π* r * α /180, где
π =3,14…
r – радиус нейтрального слоя, который не растягивается и не сжимается при изгибе
α – угол изгиба в градусах
Главная проблема – как максимально точно вычислить этот радиус r ? Ведь просто взять и измерить его по понятным и очевидным причинам нельзя!
Если представить радиус r в виде суммы R и t (смотри рисунок выше), а размер t в виде произведения толщины материала s на некоторый коэффициент K , то получим формулы:
r = R + t
t = K * s
r = R + K * s
Задача сведена к тому, что для ее решения необходимо знать значение коэффициента К .
Коэффициент смещения условного нейтрального слоя K во многих источниках принято ныне называть коротко: К-фактором.
K =f ( R / s )
На графиках ниже наглядно представлена информация, собранная из ряда доступных популярных источников.
Значения К-фактора, как видите, несколько отличаются у разных авторов.
АСКОН (в старых версиях) «согласен» с немецким стандартом DIN 6935, наш РТМ 34-65 опирается на данные Рудмана и Романовского, Анурьев и «примкнувший» к нему T-flex занимают свою позицию в этом вопросе.
Формула из классического сопромата:
K =1/ln(1+ s / R ) — R / s
— кривая красного цвета, которой, к слову, я раньше пользовался всегда, близка к значениям Рудмана, но всё же выдает несколько большие значения К-фактора в зоне наиболее распространенных на практике отношений R / s .
Данные Рудмана считаются многими коллегами и экспертами в Сети наиболее точными. Возможно. Несколько смущает странный непонятный перегиб кривой Рудмана в весьма интересной для практики области 0,8< R / s . Если данные – результат опытов, то, что такое происходит нестандартное с металлом в этой области?
Некоторые CAD-программы, работающие с листовыми телами, «ждут» решения от пользователя по вводу и подтверждению значения К-фактора. На сегодня, видимо, есть два варианта действий по принятию решения. Первый – поверить какому-либо из вышеназванных источников. Второй – на опыте в результате эксперимента определить значение К-фактора для конкретного материала и условий гибки.
Избравшие второй путь при обеспечении чистоты эксперимента и высокой точности замеров получат истинное значение К-фактора для конкретной детали при строгом соблюдении и повторении определенной технологии.
В помощь решившимся идти по пути эксперимента могу порекомендовать небольшую простую программу BendWorks Олафа Дигеля из Новой Зеландии написанную ещё в 2003 году.
Во-первых, программа считает длину развертки по заданной вами величине К-фактора.
Длина изогнутого участка в развернутом состоянии определяется по формуле:
Lг =π*( R + K * s )* α /180
Во-вторых, если вы не знаете значения K , то программа, определяя длину развертки, в зависимости от способа гибки и жесткости материала предлагает приближенные значения К-фактора согласно таблице, приведенной ниже.
С одной стороны учет свойств металла и способов гибки детали – это несомненный шаг вперед. Но, с другой стороны, жестко фиксированные значения К-фактора в достаточно широких диапазонах R / s – это «минус» точности расчета развертки. Хотя для случаев, не требующих особой точности, определение К-фактора по предложенной автором таблице может быть успешно применено на практике.
В-третьих, программа помогает легко вычислить по результатам экспериментальных замеров реальное значение К-фактора для вашего материала, инструмента, оснастки, технологии. Именно этот вариант определения коэффициента смещения нейтрального слоя K настоятельно рекомендует автор при жестких допусках на размеры гнутой детали.
K =( Lг *180/(π* α ) — R )/ s
Обратите внимание: на графике в начале статьи область, выделенная зеленым цветом, соответствует данным из вышеприведенной таблицы программы. Все-таки она ближе к данным Рудмана, Романовского и классического сопромата в диапазоне 0 < R / s !
В Сети программа легко находится по поисковому запросу «BendWorks».
На старинной страничке автора сказано, что программа «абсолютно бесплатна», и помещены координаты для связи и адрес электронной почты:
Хотя английский интерфейс программы прост и интуитивно понятен, для упрощения работы прилагаю ссылку на файл с переводом статьи-справки автора «The fine-art of Sheet Metal Belding»:
Читайте также: