一种具有复杂相贯线裤形钣金件下料方法的研究

李大磊，赵玉奇，布向鹏

（郑州大学 机械工程学院，郑州 450001）

0 引言

钣金件和钣金制品在机械、石油、化工、冶金、轻工等行业应用非常广泛，其中钣金展开模型的绘制是钣金件制造和钣金制品生产中的一个重要环节。这类产品在制作过程中,一般需要画出其表面形状,即展开图,以便进行下料，加工成形。展开图的传统作法是展开计算法,此方法计算繁琐、工作量大。

SolidWorks、Pro/e、UG等三维设计分析软件中的钣金展开功能，可以快速生成简单钣金件的展开图。但是当遇到如图1（a）所示的中有复杂相贯线裤形钣金件的零件时，如在SolidWorks中，按照文献[1]中的方法，由于下料管1的外表面没有完全包括下料管2，则无法执行转换到钣金步骤中的“分割”功能，导致无法进行下上步的工作，在设计树中无生成不了钣金标记，进而无法生成展开图。为了解决这个问题，必须在建模的开始和过程中对实体零件进行一些特殊的操作，再行钣金件的下料模拟。

1 零件结构特点分析

具有复杂相贯线的裤形钣金件如图1所示，如图1(a)，这个零件通常作为制药过程中的一个分料装置。此裤形钣金件的结构特点如图所示，其支管1、2对称，轴线夹角为40°且在同一平面内，支管的底部半径为40mm，拔模斜度为8deg，材料为Cr18Ni9Ti。本文采用SolidWorks进行建模，钣金的基本参数见表1。

表1 钣金参数表

2 具有复杂相贯线裤形钣金件的传统下料方法

对于具有复杂相贯线钣金件的传统下料方法一般有延长线展开图画法和计算法，前者的精确度较低，后者虽然有所提高，可是精确度仍受轮廓线上等分点个数的限制，这样会增加计算量。

图1(b)中可看到顶面为不规则的弧形。如果按照传统的作图法，则需要大量的测量，绘制展开图的准确度也影响下料的准确性；若采用计算法，精确度会有所提高。根据公式确定支管素线的长度ln，求出支管1板料下料的展开长S，如果将支管板料进行8等分，由各等分点分别沿母线方向引直线与支管相交，求出各直线的长度，然后将个点对应的直线的长度，截取到展开图中，即得出各支管的展开图。等分点越少，精度就会急剧降低，等分点越多工作量越大。

3 基于SolidWorks具有复杂相贯线的裤形钣金件下料方法研究

三维设计分析软件SolidWorks中的钣金功能，为我们提供了一种新的钣金件下料途径。利用钣金件的特殊特征，对零件进行实体建模，得到需要尺寸形状的三维实体模型，然后运用“插入—钣金—插入折弯”命令，将实体模型转化为钣金件，即可利用钣金的展开命令得到展开图。省时、计算量小、同时准确度也高。通过三维软件的绘制，可以方便、形象的展示零件，生成适合生产的展开图。

在运用SolidWorks对具有复杂相贯线的钣金件下料进行分析时，常常用到“分割”命令将一个实体转换为多个实体。由于支管1的分割面没有完全把支管2的端面包括，所以此钣金件无法直接运用“切割”命令，因此为了解决这个问题，需要对实体模型进行一步特殊的操作，建立模型的方法如下：

3.1 建立模型

如图2（a）采用SolidWorks的基本操作建立基本零件模型；图2（b）执行拉伸切除命令，得到需要的零件模型——轴测图；

3.2 对所建立的模型进行处理。此步为本研究的主要步骤

将“拉伸切除”特征“压缩”，即可得到符合分割条件的实体模型。如图2（a）所示。

3.3 对实体模型分割

选择图2（a）长管的外表面为剪裁曲面，选择整个实体为分割实体，这时可以生成两个实体，然后分别保存实体1、实体2。如图3所示。

3.4 转换为钣金件并生成展开图

由于支管1、2对称，所以只得到一个支管的展开图即可。得到分割后保存实体1。如图4所示。

执行SolidWorks中的“插入折弯”命令转换为钣金件。实体1的上端面为不均匀厚度的薄壁，而展开后为均匀的边界，这是由于钣金零件通常均为精确度不高的零件，所以当实体转换为钣金件后得到的边界尖角忽略。展开得到下料模型。如图5所示。

至此，零件展开图生成。

4 结论

得到展开下料模型后，可以根据实体零件的特征进行下料。如果为小件零件，可以出工程图，然后对毛坯板料进行描点后切割；如果为大件零件，可直接将展开图调入masterCAM中自动编程，然后传给数控切割机进行下料；如果为较复杂的零件展开图，可以按照文献[2]的办法，先转换为CAD工程图，然后导入CAPP中，生成零件的特征编码,通过分级推理自动生成零件的工艺规程,再进行下料。

在对钣金件实体模型进行特殊处理后，即可得到生产需要的展开下料模型，运用SolidWorks对具有复杂相贯线的钣金件进行下料与传统下料方法比较即可看出，前者具有工作量小、时间短、精确度高以及可以与数控机床连接等优点。这为我们提供了一种新的快速下料途径，同时有效地提高了生产效率。

[1] 张伟, 冯静, 李鹏. 基于SolidWorks的复杂相关圆锥体钣金下料方法[J]. 制造业自动化. 2010.

[2] 袁关章, 陈文亮, 杨鸿, 丁秋林. 钣金件的工艺过程自动生成系统[J]. 制造业自动化. 1996.

[3] 董庆华. 钣金展开计算法及应用实例[M]. 北京: 化学工业出版社.