90°三節(jié)漸縮彎頭鈑金件的放樣展開方法研究*

鄒澤昌，楊開懷，周長海，陳忠士

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，福建 福州 350007；2.福州海耀機(jī)械有限公司，福建 福州 350026)

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90°三節(jié)漸縮彎頭鈑金件的放樣展開方法研究*

鄒澤昌1，楊開懷1，周長海2，陳忠士1

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，福建 福州 350007；2.福州海耀機(jī)械有限公司，福建 福州 350026)

鈑金件的放樣設(shè)計和展開下料是產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中重要的一環(huán)。針對以往下料前都是通過手工放樣來繪制展開圖，工作量大，效率低，研究應(yīng)用三維軟件SolidWorks鈑金模塊對90°三節(jié)漸縮彎頭進(jìn)行輔助放樣設(shè)計，不僅能很方便地展開下料，而且提高了生產(chǎn)效率。實踐證明，三維軟件輔助放樣展開法與傳統(tǒng)鈑金展開放樣方法相比，具有設(shè)計精確、操作快捷和便于修改的優(yōu)點。

鈑金；放樣設(shè)計；SolidWorks；展開下料；三節(jié)漸縮彎頭

鈑金件是利用金屬的可塑性，對薄壁板料采用剪切、沖壓和折彎等成形工藝制造出單個零件，再通過焊接、鉚接和拼接等工藝組裝形成的薄板零件。鈑金件具有質(zhì)量輕、批量大、成本低和性能好等特點，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、電子電器、食品機(jī)械和儀器儀表等行業(yè)。隨著鈑金件復(fù)雜程度的增加，以及適應(yīng)不確定的市場環(huán)境和個性化需求，鈑金件的放樣設(shè)計和展開下料成為生產(chǎn)中重要的一環(huán)。鈑金件的設(shè)計既要滿足產(chǎn)品的功能和外觀等要求，又要滿足生產(chǎn)快速、工料節(jié)省和成本經(jīng)濟(jì)等要求。

在鈑金件的設(shè)計過程中，除了需要用二維工程圖表達(dá)零件的形狀尺寸之外，還需要用鈑金的展開圖來表示鈑金件在生產(chǎn)加工之前的板料輪廓形狀尺寸，用于指導(dǎo)鈑金件生產(chǎn)時的下料、排樣和生產(chǎn)。這種根據(jù)零件的立體形狀要求，在板料上繪制展平形態(tài)輪廓的過程稱為鈑金件的展開放樣[1]。

1 傳統(tǒng)鈑金放樣展開方法

傳統(tǒng)的鈑金放樣展開方法是根據(jù)畫法幾何和解析幾何原理， 將立體的鈑金件展平到一個平面上并創(chuàng)建展開圖樣。構(gòu)成鈑金的表面形狀包括可展表面(平面、柱面和錐面或者是由這些曲面分割而成的表面)和不可展表面(球面、環(huán)面以及其他異形曲面)[2]。可展曲面在理論上可以精確地展開，立體投影圖與展開圖中的對應(yīng)素線長度相等，展開前后的零件表面積也相等；不可展曲面在理論上不能在平面上展開，只能將展開對象近似劃分為多個可展曲面片，然后再展開。

傳統(tǒng)的鈑金放樣展開方法有投影圖解法和模板計算法[3]。投影圖解法是利用畫法幾何和手工作圖完成鈑金件的展開，具體方法有平行線法(用于柱面的展開)、放射線法(用于錐面的展開)以及三角法(用于不可展曲面的近似展開)。模板計算法是利用解析幾何的原理計算鈑金件的展開，具體方法包括實長計算法和坐標(biāo)計算法。實長計算法是在展開時利用解析幾何計算線段(素線)的長度，然后利用長度數(shù)據(jù)繪制展開圖；坐標(biāo)計算法是直接計算展開輪廓中各參考點相對于某坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，然后在該坐標(biāo)系中繪制鈑金展開圖。

2 基于SolidWorks的鈑金放樣展開法

三維軟件SolidWorks提供了鈑金設(shè)計模塊，在三維狀態(tài)下進(jìn)行鈑金件或鈑金裝配體的設(shè)計與建模，非常直觀，能迅速導(dǎo)出平面展開圖并進(jìn)行自動標(biāo)注。三維模型與圖樣數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，如果在三維模型中修改鈑金件的尺寸，其三視圖和展開圖會自動更新，相應(yīng)的數(shù)據(jù)能直接導(dǎo)入到各種數(shù)控加工設(shè)備中進(jìn)行生產(chǎn)。三維軟件SolidWorks常用的鈑金創(chuàng)建方法有特征建模法、放樣折彎法、實體分割轉(zhuǎn)換法和裝配建模法等。

3 90°三節(jié)漸縮彎頭的鈑金展開

漸縮彎頭是管道工程中常用的變徑轉(zhuǎn)彎構(gòu)件。90°三節(jié)漸縮彎頭是由三節(jié)圓錐臺管首尾連接構(gòu)成，兩圓錐臺端面夾角為90°。本文應(yīng)用SolidWorks軟件對90°三節(jié)漸縮彎頭進(jìn)行放樣設(shè)計和展開下料。

3.1 創(chuàng)建平口偏心斜角圓錐臺管鈑金模型

新建一個零件模型文件，選擇上視基準(zhǔn)面作為草圖基準(zhǔn)面，繪制草圖1(見圖1a)。圓的底部留有0.2 mm的缺口。選擇基準(zhǔn)面命令，選取上視基準(zhǔn)面為參考，輸入偏移距離值“1 000”，單擊“確定”按鈕，完成基準(zhǔn)面1的創(chuàng)建。選取基準(zhǔn)面1為草圖基準(zhǔn)面，繪制草圖2(見圖1b)。圓的底部也留有0.2 mm的缺口。

圖1 放樣前草圖

選擇鈑金模塊中放樣折彎命令，選取圖1作為放樣折彎的輪廓。在放樣折彎對話框的厚度文本框輸入數(shù)值“1.0”，并單擊“反向”按鈕，調(diào)整材料方向為向內(nèi)，單擊“確定”按鈕，完成放樣折彎特征的創(chuàng)建(見圖2)。

圖2 鈑金的放樣設(shè)計

選擇右視基準(zhǔn)面為草圖基準(zhǔn)面，繪制2根直線草圖(見圖3)。保存鈑金模型為“90°三節(jié)漸縮彎頭”。

圖3 草圖3

3.2 創(chuàng)建底部、中部、上部圓錐管及完整鈑金件

選擇“切除”中的“拉伸”命令，選取圖3的直線1作為橫斷線拉伸，對放樣曲面進(jìn)行切除(見圖4a)，另存為“90°三節(jié)漸縮彎頭底部圓錐管”模型文件；打開“90°三節(jié)漸縮彎頭”鈑金模型，選擇“切除”中的“拉伸”命令，選取圖3的直線1、直線2作為橫斷線拉伸，分別對放樣曲面進(jìn)行反側(cè)和正側(cè)切除(見圖4b)，另存為“90°三節(jié)漸縮彎頭中部圓錐管”模型文件；再次打開“90°三節(jié)漸縮彎頭”鈑金模型，選擇“切除”中的“拉伸”命令，選取圖3的直線2作為橫斷線拉伸，對放樣曲面進(jìn)行反側(cè)切除(見圖4c)，另存為“90°三節(jié)漸縮彎頭上部圓錐管”模型文件；新建一個裝配文件，導(dǎo)入底部圓錐管、中部圓錐管和上部圓錐管進(jìn)行裝配，得到完整的鈑金件，結(jié)果如圖4d所示。

圖4 底部、中部、頭部圓錐管及裝配鈑金件

3.3 展開平口偏心斜角圓錐臺管

分別打開底部、中部和上底圓錐管模型文件，在設(shè)計樹中右擊“平板型式1”特征，在系統(tǒng)彈出的快捷菜單中單擊“解除壓縮”按鈕，將鈑金展開(見圖5)。

圖5 底部、中部、上底圓錐管展開圖

3.4 鈑金的數(shù)據(jù)測量

使用“平板型式1”特征將鈑金展開后，可以測量展開狀態(tài)下鈑金件的展開表面積、周長、某輪廓長度和自由形折彎誤差等參數(shù)。測量自由形折彎誤差如圖6所示。

圖6 測量自由形折彎誤差

3.5 生成工程圖，輸出DXF/DWG文件

新建工程圖文件，選擇零件模型，創(chuàng)建投影視圖和展開視圖，并對視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注和注解。當(dāng)鈑金件被展開后，除了創(chuàng)建工程圖之外，還需要將展開圖樣輸出為DXF/DWG格式文件，以便導(dǎo)入到激光切割機(jī)等先進(jìn)加工設(shè)備中，為生產(chǎn)加工提供數(shù)據(jù)支持。在設(shè)計樹中，右擊“平板型式1”特征，在系統(tǒng)彈出的快捷菜單中選擇“解除壓縮”命令，再右擊“平板型式1”特征，選擇“輸出DXF/DWG”命令，設(shè)置輸出參數(shù)，對話框中顯示展開圖樣的DXF圖形。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的鈑金展開放樣方法依靠放樣工人的經(jīng)驗，存在效率低、精度差和工料浪費等缺點，適用于精度低的手工下料生產(chǎn)。本文應(yīng)用SolidWorks軟件對90°三節(jié)漸縮彎頭進(jìn)行了鈑金設(shè)計，實現(xiàn)了對平口偏心斜角圓錐臺管的精確展開與放樣。應(yīng)用SolidWorks軟件中的COSMOSWorks結(jié)構(gòu)分析軟件，可以在產(chǎn)品設(shè)計的各個階段對設(shè)計的零件進(jìn)行測試和分析，提高產(chǎn)品品質(zhì)。SolidWorks軟件的使用，提高了鈑金開發(fā)和放樣展開的效率，可更加廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。

[1] 詹迪維.鈑金展開實用技術(shù)手冊(SolidWorks版)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2] 趙毅.利用CAXA制造工程師完成鈑金件放樣設(shè)計的方法[J]. 新技術(shù)新工藝,2007(7):34-35.

[3] 馮劍,盛喬林,嚴(yán)建華,等.基于SolidWorks的漸縮彎頭鈑金放樣[J]. 機(jī)械工程師,2011(4):51-52.

* 福建省高校杰出青年科研人才培育計劃資助項目(JA14371) 福建省交通廳重點項目(201210)

責(zé)任編輯 馬彤

Method Research of 90 Degrees Three Reducing Elbow Lofting Design and Expansion Sheet Metal Blanking

ZOU Zechang1, YANG Kaihuai1, ZHOU Changhai2, CHEN Zhongshi1

(1.Department of Mechanical Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350007, China; 2.Fuzhou Haiyao Machinery Co., Ltd., Fuzhou 350026, China)

The lofting design and expanded blanking of sheet metal parts is an important part of the product development and production process. Through the manual lofting drawing expansion graph, the traditional cutting material is heavy workload and low efficiency. Use 3D software SolidWorks sheet metal module on 90 degrees three quarter elbow of reducing elbow aided lofting design. The material can be easily expanded, and the production efficiency is improved. The practice proves that 3D software aided lofting expansion method compared with the traditional sheet metal lofting method has the advantage of precise design, fast operation and easy modification.

sheet metal, lofting design, SolidWorks, expanded blanking, three quarter elbow

TP 391.7

A

鄒澤昌(1984-)，男，講師，碩士，主要從事CAD/CAE/CAM應(yīng)用等方面的研究。

2016-06-20