基于SolidWorks“天方地圆”与圆锥斜交异形钣金件下料方法的研究

基于SolidWorks“天方地圆”与圆锥斜交异形钣金件下料

方法的研究

肖献国;李珍;李大磊

【摘要】针对传统图解法进行“天方地圆”与圆锥斜交异形钣金件进行展开时存在效率低、步骤繁琐且不能展开“天方地圆”与圆锥斜交空间复杂相贯线等缺点，进行基于solidWorks功能的展开图生成方法的研究，经过三维建模-分割-钣金件转换，快速生成用于生产的钣金件展开，为具有空间复杂相贯线的异形钣金件展开图的生成提供了新方法。

【期刊名称】《制造业自动化》

【年(卷),期】2015(000)015

【总页数】3页(P82-83,98)

【关键词】solidWorks;展开图;“天方地圆”;圆锥支管

【作者】肖献国;李珍;李大磊

【作者单位】郑州大学机械工程学院，郑州 450001;郑州大学机械工程学院，郑州 450001;郑州大学机械工程学院，郑州 450001

【正文语种】中文

【中图分类】TG38

0 引言

钣金件在化工、石油、航天、航空和机械设备等行业中应用广泛。在市场上的金属制品中，钣金零件占90%以上，在军事和国民经济等方面占据着十分重要的的地位。因钣金具有质量轻、生产率高、材料利用率高等优点，所以在轻工业产品中，金属件几乎全部都是钣金产品。在传统钣金展开施工过程中一般有图解法和计算法两种。而随着CAD技术的快速发展，涌现了许多3D设计软件，它们几乎都提供

了强大的钣金设计功能。SolidWorks就是其中典型的一款三维软件，利用其提供的钣金建模工具，不仅可以直观地创建和修改复杂钣金，还能直接生成钣金件的展开图，十分方便快捷而且精确度高。

1 “天方地圆”与圆锥斜交异形钣金件结构特点

“天方地圆”与圆锥斜交异形钣金件，如图1所示，是制药设备中一种分料装置，材料牌号为为1Cr18Ni9Ti。物料从钣金件上部进口进入，一部分从“天方地圆”的左下部出口流出，另一部分则从与“天方地圆”斜交的圆锥支管分料口流出。该装置中的天方地圆具有独特的形状结构：1）上部进口呈120mm×90mm的矩形，而左下部出口是直径为的45mm圆且上下进出口所在两平面不平行；2）矩形中

心与圆的两条端面轴线前后、左右均不重合；3）另一部分的斜交圆锥分料支管与“天方地圆”复杂相贯且其轴线与竖直方向之间的夹角为45°，底部直径为

25mm，锥度为7°。

图1 天方地圆与圆锥斜交异形钣金件

2 传统展开图的方法

图解法造成的误差大，而计算法的精确度虽有所提高，但因其被轮廓线上的等分点数所限制而使计算量增加。故采用图解法对其进行展开。首先对“天方地圆”的展开。延长“天方地圆”上下两端面的正视投影线并交于一点，求出两端面交线的位置，过交线的两端点分别作圆的切线，求出圆弧的分段点，再将出口圆周8等分，过各等分点和分段点作入口矩形对应顶点的连线，即得各椭圆锥面素线的投影线，

利用直角三角形法求出各素线的实长，如图2所示，用各实长线依次拼画出各个椭圆锥面和三角形平面的三角形实形图，即得到“天方地圆”的展开图，如图3(a)所示。由于“天方地圆”与圆锥斜交后生成了复杂的空间相贯线，用传统图解法进行展开十分困难，因此在图解法展开图（图3(a)）中无法作出复杂r 相贯线。其次对圆锥分料支管的展开。将圆锥分料支管8等分，过每等分点沿着母线方向作直线并与天方地圆相交，求出各条直线的实长并依次将对应的实长截取到展开图中，由此得到圆锥分料支管的展开图，如图3(b)所示。

图2 图解法“天方地圆”的展开过程

图3 图解法展开图

3 基于SolidWorks展开图的方法

使用SolidWorks建立钣金零件的方法分为两种：一种方法是直接将其作为钣金件来进行建模，使用钣金特征建立钣金零件。另一种方法是用常规的建模方法先进行3D模型的建立，再进行钣金件的转换。该异形钣金件是由“天方地圆”与圆锥斜交产生的。其中，“天方地圆”的建模一般都是利用【放样折弯】直接生成钣金件，然后进行展开，故使用钣金特征直接生成。而圆锥支管不能用此方法，故对其先进行实体建模，然后将其与“天方地圆”分割后再转化为钣金件。展开时，二者分别进行。

3.1 3D建模过程

3.1.1 建立天方地圆模型

选择“上视基准面”并在其上绘制开环矩形并添加圆角，以“右视基准面”上一条的水平直线为一基准创建与“上视基准面”夹角为45°的“基准面1”并在其上绘制开环圆,如图4(a)所示。最后，选取上述的两个开环轮廓进行【放样折弯】，如图4(b)所示。

图4 建立天方地圆模型

3.1.2 建立圆锥支管模型

创建与“上视基准面”反转夹角为45°并以上述水平直线为另一基准的“基准面2”并在其上绘制圆，进行拔模斜度为7°的【拉伸】，到“天方地圆”实体终止，如

图5(a)所示。在圆锥支管下底面上绘制小圆，进行拔模斜度为7°的【拉伸切除】，到下一面终止，完成3D模型的建立，如图5(b)所示。

图5 天方地圆与圆锥斜交异形钣金件

3.2 分割

将“天方地圆”的外表面选为剪裁曲面，选择圆锥支管为要产生的实体，完成【分割】后保存实体，如图5(a)所示，然后利用【移动/复制】分离圆锥支管，如图

5(b)所示。

图6

3.3 展开图的生成

“天方地圆”是使用钣金特征直接生成的钣金件，故可直接利用【展开】得到其展开图，如图6(a)所示。利用【拉伸切除】将圆锥支管切开一条缝隙，以其中的线

性边线为固定边【插入折弯】将其转换为钣金件，【展开】即可得到圆锥支管的展开图，如图6(b)所示。

图7 基于SolidWorks展开图

比较图解法展开图（如图3 所示），基于SolidWorks方法不但可以快速得到钣

金件展开图，尤其是使“天方地圆”与圆锥斜交复杂空间相贯线非常方便地得到了展开，解决了传统展开方法存在的各种问题，突破了传统展开方法的局限。

4 结论

利用SolidWorks的钣金设计功能不仅可以快速生成钣金件的三维模型，而且不需要经过繁琐的绘图过程就能够得到相应零件的展开图来进行下料，还可以根据钣金件的生产批量来选择最佳的下料生产方式。当单件小批量生产时，利用