大圓弧類工件是機車鋼結構鈑金製品中，一種較為常見的類型，其結構多變，加工難度較一般工件大，本文介紹了一種實現工件大圓弧折彎的工藝方法，並結合具體工件對使用方法進行詳細敘述。
大圓弧工件在備料車間的生產實踐中，一般有三種成形方式：其一為單工序壓型模整體成形，適用於形狀較為複雜的工件，有成形效果好、工件表面光滑平整、無壓痕、加工效率高等優點，但其模具成本高且通用性差，通常在一般工藝方法無法成形或工件表面要求高的情況下采用；其二為折彎機大圓弧定製模具，此類模具一般適用於工件圓弧半徑較大，但未超出折彎機工作臺極限的情況，成本較單工序壓型模低，模具有一定通用性；其三為本文介紹的多道彎成形方法，其基本原理為將圓弧轉換為折線段，利用現有模具和設備即可實現成形，一般非外露件均可採用，適用範圍廣，成本較低，不用定製模具，成形質量較好。
大圓弧工件的多道成形工藝分析
多道成形工藝的基本原理是將圓弧段近似分割為折線段，如圖1所示，從而達到利用小圓弧胎具加工大圓弧工件的目的。折線段相較於圓弧段，其成形效果與折線段數量正相關，採用此種工藝方法，工件表面難以避免會出現稜狀結構，但對於非外露工件，綜合考慮生產週期與成本，此種工藝方法可以採用。
圖1 圓弧的折線段近似簡化示意
圖2 工件舉例
大圓弧折彎工藝運用實例
圓弧段的折線分割與折彎角度確定
如圖2所示工件，此工件的折彎圓弧內半徑為R350，折彎角度為120°，板厚5mm，由於該工件的使用環境滿足上述大圓弧多道成形工藝方法的使用條件，以多道彎成形的方法進行加工，按照以往的經驗，結合車間現有模具情況，上模採用R120圓弧模。
對圖2中工件的大圓弧段進行分析，將此R350圓弧段分割為6個折線段，此時應該注意，一般為保證工件圓弧段與直線段相切處（即圓弧段兩端部）過渡光滑，在圓弧段與直線段相切處，分割角度應設為其他段的一半，按照圖3可以看出，圖2工件採用7次折彎成形，在電液伺服折彎機加工鈑金件時，需要三個基本參數，分別為板材厚度，折彎角度以及折彎線位置尺寸，首尾兩次分割角度經計算為6°，其他為12°，分割後折彎角度利用CAD軟件直接測量得出，具體折彎角度如圖3所示。
圖3 折彎段的分割
折彎線位置尺寸與展開尺寸確認
為確保折彎線展開尺寸的準確性，一般有兩種方法，即中性層展開計算法與軟件輔助展開法，為了簡潔、快速且準確的得到折彎數據，運用軟件輔助展開法進行計算，直接將分割後的零件截面圖導入到Catia中，利用軟件Genetative Sheetmetal Design模塊生成工件模型，而後導出折彎線與展開圖，如圖4所示；工件軸測圖如圖5所示。
圖4 展開圖與折彎線位置
圖5 工件軸測圖
多道成形工藝運用中應注意的幾點問題
薄板工件加工
在生產中發現，部分板材厚度較小的工件（2mm左右），在加工中會出現嚴重的變形情況，致使加工精度嚴重下降，不能滿足設計要求，分析其原因為板材內應力釋放不充分所致，觀察在激光切割下料時，該批次板料由於內應力原因，已經出現工件翹曲。從另一方面來看，這也提供了一種初步判斷能否直接使用多道彎的工藝，進行薄板類大圓弧工件加工的方法，即觀察其在激光切割下料時的變形情況，若變形嚴重，則必須採取措施釋放其內應力，否則很難得到合格的工件。
若生產週期允許，自然時效不失為一種經濟且效果良好的方法，但已經分離好的工件經過長時間時效處理，難免在表面產生浮鏽，必須使用除鏽劑擦拭或噴丸處理，增加人力和設備成本，故直接使用已經經過充分自然失效的鋼板為最佳選擇。
若生產週期不允許，在板材分離後，採用退火處理，也可以消除內應力，但退火後材料硬度下降，必須按照工件設計要求綜合考量是否退火處理。
採用多道彎成形工藝時工件展開圖的計算
必須注意，在採用多道彎成形工藝，加工大圓弧工件時，必須按照實際工件狀態，即使用折線段近似後的圓弧段計算展開圖，不能直接使用按照圓弧計算的工件展開圖，否則工件在加工後必然超差。
採用多道彎成形工藝工件的外形檢測
值得注意的是，使用多道彎成形工藝加工的工件，在使用一般的比對模板進行圓弧大小檢測時，必須將比對模板設計為外卡型，既將工件圓弧外側作為檢測面。若以內側作為檢測面設計比對模板，比對模板與折線段干涉，必然會出現模板卡不到位的情況，導致檢測無法實現。
結束語
作為一種巧妙的工藝方法，大圓弧多道彎成形有其靈活高效的特點，但也有其侷限性，必須按照工件的設計要求和使用場合，具體問題具體分析，從生產成本、工件外觀質量等多方面綜合考量，選擇加工方法。
——摘自《鈑金與製作》 2019年第10期
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