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利用 SolidWorks 对轴流机壳空间异构件展开下料方法

郝建国 陈 炜 李洪升 / 沈阳鼓风机集团有限公司    

摘要:针对传统的“作图法”和“计算法”的不足,主要介绍了利用 SolidWorks 三维软件进行建模 - 展开的新方法,实现了空间异构件的准确化、快速化建模 - 展开及切割下落料,提高了其工作效率和落料的准确性与精度。

关键词:空间异构件; SolidWorks ;钣金模块;建模 - 展开;数控切割

The Expansion and Cutting Method for Different Components in Axial-flow Casing Space Using Solid works Software

Abstract: According to the shortcomings of traditional “mapping method”and “calculating method”, this paper has mainly introduced a new method for the modeling-expansion using 3D software of SolidWorks. The accurate and rapid modeling-expansion and the cutting & blanking of different components of space are realized. It has improved the working efficiency and the accuracy and precision of blanking.

Key words: different component of space; SolidWorks; sheet metal module; modeling-expansion; numerical control cutting

0  引言

  在产品的生产制造中,结构零件的切割下料方法采用传统的“作图法”和“计算法”,这种方法已经远远落后于现代三维软件进行建模 - 展开的新方法。通过 SolidWorks 钣金模块对空间异构件进行实体建模,然后根据钣金构件可以展开的特性,对空间异构件进行平面展开,形成可标注的工程图,最后转换成切割机的识别编码,进而实现数控切割。

1 空间异构件结构与特点

  U形管和侧板等空间异构件是轴流压缩机中的关键重点零件。U形管是由两段相切的弧线组合形成的开口对称立体构件,形如倒置的“U”字,故称U形管。其结构件的特点是X轴方向两端口的平面需要成一定角度a ,平行于X轴的上方母线长度最大,沿着Y轴方向母线长度逐渐递减,平行于X轴的下方母线长度最短;此外,结合产品设计结构的需要,中间各节U形管为整管,两端节为U形管的一半。

  侧板是轴流压缩机中连接U形管与端法兰的过渡空间异构件,它是由若干不同锥度、不同长度的锥体母线组合而成,上、下端接口处的结合线为平面结构,其特点是结构复杂,开式立体。图1与图2分别是U形管与侧板的二维平面实例结构。

  对于这两个部件应用传统的“作图法“或“计算法”进行展开是完全可以实现的,但是传统的方法比较繁琐且精度不高。

2 空间异构件的展开计算

  基于以上两种空间构件的结构特点,利用 SolidWorks 三维绘图软件的钣金功能模块,完全可以实现建模 - 展开的新工艺方法。因为U形管和侧板空间异构件的板材较厚(δ=25~30mm),并且异构件相连对口处存在焊接坡口(单边30°)。所以在建模 - 展开前,必须进行合理有效的计算展开与板厚处理,确定U形管与侧板的展开中性层[2]和消除板厚干涉[3] 。弯曲零件的中性层随相对弯曲率的变化而定,即与相对弯曲变化率K=R/t有关,其中R为弯曲异构件实际的最小弯曲半径,t为弯曲异构件的板材厚度。由于U形管、侧板空间异构件的相对弯曲变化率K=R/t≥5,由此确定以上两种异构件以板材的中性层为基准进行展开,进而确定实体建模草图的图形。由于U形管、侧板空间异构件板材较厚且存在单边焊接坡口(外)的具体要求,在空间异构件展开前后必须进行板厚处理,彻底消除板厚干涉,保证展开的平面结构更加合理科学、准确无误。

3 空间异构件的实体建模( U 形管建模)

  (1)新建“零件”,绘制“草图1 ”,选择“前视基准面”、“草图绘制(2D草图)”,以图1中U形管的二维平面结构剖视图中性层尺寸为准,分别绘制两段不同曲率、不同角度的相切圆弧,具体尺寸见图 3 。

  (2)选择“钣金”、“基体-法兰/薄片”,以垂直于草图平面轴线为拉伸方向,正反双向:即方向1与方向2,在“D1”与“D2”标题框内输入给定深度,其数值为 300.00mm(≥255.6mm),保证U形管宽度足够后序截取,在钣金参数下“T1” 标题框内输入钣金厚度,其数值为 0.05mm ,进而拉伸得到U型管钣金立体图形,见图4。

  (3)选择“基准面”,分别过直线A,且与“前视基准面”相交形成11.25°,作“基准面 l”、“基准面2”,并且以“基准面l”、“基准面2”切除 - 截取U型管立体结构,形成满足两端口的平面互成22.5°夹角的U型管钣金立体结构,见图5。

  (4)根据SolidWorks中钣金构件可以展开的特性,选择“展开”,以U形管开口任意端边厚度所在平面为固定面,即展开平面,使U形管不同曲率的折弯曲面在固定面内进行展开,获得U形管平面展开图形,见图6。保存,命名为“U形管”。

  由此同理,参考实例U形管的建模-展开步骤的具体要求,结合图2中实例侧板的结构与尺寸,亦可以顺利建立侧板的钣金立体结构以及通过展开获得平面结构,保存,命名为“侧板”。

4 工程图转换与板厚干涉处理

  分别在U形管与侧板的“平板形式”结构模型的窗口下,选择“从零件/装配体制作工程图”,将“平板形式”视图图形拖拽至工程图纸中,单击“平板形式”视图图形,在“使用自定义比例”选择标题栏中确定比例系数为 1:1 ,生成工程图,并且按照图7要求进行有效尺寸标注,通过另存文件将其转化成数控切割所能识别的“.dwg”图形格式,保存,命名为“U形管展开图”,见图7。同理,依次方法亦可获得“侧板展开图”。

  在厚板展开过程中为了消除板厚干涉现象,必须进行合理的、有效的板厚处理。其目的是保证零件(U形管)的展开更加准确,进一步保证后序的拼装工作顺利进行。对于U形管的展开也不例外,倘若在U形管展开过程不能进行有效的板厚处理,得到的U形管展开图形是不准确的,很难保证该零件的生产制造质量与精度。

  对于U形管来说,其展开过程是通过中性层尺寸进行建模-展开实现的,完全符合展开的原理。在展开后如何进行有效板厚处理,才是U形管展开图形准确无误的关键。由于各U型管之间对接处要求切割单边30°,钝边2mm的焊接坡口,可以通过图8说明板厚处理的全过程。

  在图8中,清晰可见U形管中性层线段与钝边定点所在线段(中心线所示线段)的距离之差就是板厚干涉的尺寸,通过测量,具体尺寸为2.1mm(单侧),共相差2.1mm×2=4.2mm,其次,506.2-4.2=502mm,即将U形管按中性层展开的图形在高度方向上(502方向)缩短 4.2mm ,最后,获得图7的“U形管展开图”,并且实践证明该U形管的展开是合理可行的,广泛应用于此类异构件的展开下料中。

5  结论

  以上主要介绍了利用三维软件SolidWorks,对于U形管与侧板分别进行建模-展开,根据 SolidWorks软件钣金模块可以进行平面展开的特性,可将U形管与侧板立体钣金结构按照“平板型式”展开,得到平面结构,形成工程图;其次通过有效的板厚处理获得精确的展开图,并且转化成数控切割机所能识别的“.dwg”图形结构;最后通过USB接口,完成切割程序的传输与转换,实现了数控切割,提高了切割的效率与质量。这种利用SolidWorks进行建模-展开、数控下料的方法可以广泛应用于生产实践,对于空间异构件进行快速准确的展开和切割,在实际的生产加工中具有重要意义。

参 考 文 献

[1] 梁绍华.钣金放样技术基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2] 肖景荣,姜奎华.冲压工艺学[M]. 北京:机械工业出版社,1992.

[3] 国家机械工业委员会.实用铆工经验与窍门精选[M].北京:机械工业出版社,2007.

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-8-8 13:35:30
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