肖獻國，李 珍，李大磊

XIAO Xian-guo, LI Zhen, LI Da-lei

（鄭州大學(xué) 機械工程學(xué)院，鄭州 450001）

0 引言

鈑金件在化工、石油、航天、航空和機械設(shè)備等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。在市場上的金屬制品中，鈑金零件占90%以上，在軍事和國民經(jīng)濟等方面占據(jù)著十分重要的的地位。因鈑金具有質(zhì)量輕、生產(chǎn)率高、材料利用率高等優(yōu)點，所以在輕工業(yè)產(chǎn)品中，金屬件幾乎全部都是鈑金產(chǎn)品。在傳統(tǒng)鈑金展開施工過程中一般有圖解法和計算法兩種。而隨著CAD技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)了許多3D設(shè)計軟件，它們幾乎都提供了強大的鈑金設(shè)計功能。SolidWorks就是其中典型的一款三維軟件，利用其提供的鈑金建模工具，不僅可以直觀地創(chuàng)建和修改復(fù)雜鈑金，還能直接生成鈑金件的展開圖，十分方便快捷而且精確度高。

1 “天方地圓”與圓錐斜交異形鈑金件結(jié)構(gòu)特點

“天方地圓”與圓錐斜交異形鈑金件，如圖1所示，是制藥設(shè)備中一種分料裝置，材料牌號為為1Cr18Ni9Ti。物料從鈑金件上部進口進入，一部分從“天方地圓”的左下部出口流出，另一部分則從與“天方地圓”斜交的圓錐支管分料口流出。該裝置中的天方地圓具有獨特的形狀結(jié)構(gòu)：1）上部進口呈120mm×90mm的矩形，而左下部出口是直徑為的45mm圓且上下進出口所在兩平面不平行；2）矩形中心與圓的兩條端面軸線前后、左右均不重合；3）另一部分的斜交圓錐分料支管與“天方地圓”復(fù)雜相貫且其軸線與豎直方向之間的夾角為45°，底部直徑為25mm，錐度為7°。

圖1 天方地圓與圓錐斜交異形鈑金件

2 傳統(tǒng)展開圖的方法

圖解法造成的誤差大，而計算法的精確度雖有所提高，但因其被輪廓線上的等分點數(shù)所限制而使計算量增加。故采用圖解法對其進行展開。首先對“天方地圓”的展開。延長“天方地圓”上下兩端面的正視投影線并交于一點，求出兩端面交線的位置，過交線的兩端點分別作圓的切線，求出圓弧的分段點，再將出口圓周8等分，過各等分點和分段點作入口矩形對應(yīng)頂點的連線，即得各橢圓錐面素線的投影線，利用直角三角形法求出各素線的實長，如圖2所示，用各實長線依次拼畫出各個橢圓錐面和三角形平面的三角形實形圖，即得到“天方地圓”的展開圖，如圖3(a)所示。由于“天方地圓”與圓錐斜交后生成了復(fù)雜的空間相貫線，用傳統(tǒng)圖解法進行展開十分困難，因此在圖解法展開圖（圖3(a)）中無法作出復(fù)雜r 相貫線。其次對圓錐分料支管的展開。將圓錐分料支管8等分，過每等分點沿著母線方向作直線并與天方地圓相交，求出各條直線的實長并依次將對應(yīng)的實長截取到展開圖中，由此得到圓錐分料支管的展開圖，如圖3(b)所示。

圖2 圖解法“天方地圓”的展開過程

圖3 圖解法展開圖

3 基于SolidWorks展開圖的方法

使用SolidWorks建立鈑金零件的方法分為兩種：一種方法是直接將其作為鈑金件來進行建模，使用鈑金特征建立鈑金零件。另一種方法是用常規(guī)的建模方法先進行3D模型的建立，再進行鈑金件的轉(zhuǎn)換。該異形鈑金件是由“天方地圓”與圓錐斜交產(chǎn)生的。其中，“天方地圓”的建模一般都是利用 【放樣折彎】直接生成鈑金件，然后進行展開，故使用鈑金特征直接生成。而圓錐支管不能用此方法，故對其先進行實體建模，然后將其與“天方地圓”分割后再轉(zhuǎn)化為鈑金件。展開時，二者分別進行。

3.1 3D建模過程

3.1.1 建立天方地圓模型

選擇“上視基準面”并在其上繪制開環(huán)矩形并添加圓角，以“右視基準面”上一條的水平直線為一基準創(chuàng)建與“上視基準面”夾角為45°的“基準面1”并在其上繪制開環(huán)圓,如圖4(a)所示。最后，選取上述的兩個開環(huán)輪廓進行【放樣折彎】，如圖4(b)所示。

圖4 建立天方地圓模型

3.1.2 建立圓錐支管模型

創(chuàng)建與“上視基準面”反轉(zhuǎn)夾角為45°并以上述水平直線為另一基準的“基準面2”并在其上繪制圓，進行拔模斜度為7°的【拉伸】，到“天方地圓”實體終止，如圖5(a)所示。在圓錐支管下底面上繪制小圓，進行拔模斜度為7°的【拉伸切除】，到下一面終止，完成3D模型的建立，如圖5(b)所示。

圖5 天方地圓與圓錐斜交異形鈑金件

3.2 分割

將“天方地圓”的外表面選為剪裁曲面，選擇圓錐支管為要產(chǎn)生的實體，完成【分割】后保存實體，如圖5(a)所示，然后利用【移動/復(fù)制】分離圓錐支管，如圖5(b)所示。

圖6

3.3 展開圖的生成

“天方地圓”是使用鈑金特征直接生成的鈑金件，故可直接利用【展開】得到其展開圖，如圖6(a)所示。利用【拉伸切除】將圓錐支管切開一條縫隙，以其中的線性邊線為固定邊【插入折彎】將其轉(zhuǎn)換為鈑金件，【展開】即可得到圓錐支管的展開圖，如圖6(b)所示。

圖7 基于SolidWorks展開圖

比較圖解法展開圖（如圖3 所示），基于SolidWorks方法不但可以快速得到鈑金件展開圖，尤其是使“天方地圓”與圓錐斜交復(fù)雜空間相貫線非常方便地得到了展開，解決了傳統(tǒng)展開方法存在的各種問題，突破了傳統(tǒng)展開方法的局限。

4 結(jié)論

利用SolidWorks的鈑金設(shè)計功能不僅可以快速生成鈑金件的三維模型，而且不需要經(jīng)過繁瑣的繪圖過程就能夠得到相應(yīng)零件的展開圖來進行下料，還可以根據(jù)鈑金件的生產(chǎn)批量來選擇最佳的下料生產(chǎn)方式。當單件小批量生產(chǎn)時，利用SolidWorks將鈑金件的二維展開圖以dwf或dxf格式保存輸出來作為下料的樣板進行手工放樣和切割；當大量成批生產(chǎn)時，利用SolidWorks將展開圖的尺寸數(shù)據(jù)直接傳輸給數(shù)控編程系統(tǒng)，生成數(shù)控切割機的加工代碼以進行自動切割下料。故SolidWorks的鈑金設(shè)計功能可為具有空間復(fù)雜相貫線的異形鈑金件的生產(chǎn)提供了一種具有高效率和高精度方法。

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