复杂弯边钣金零件展开测试分析

杨贺森

摘 要：钣金零件展开计算主要用于钣金零件数控下料，文章介绍了复杂弯边的钣金零件下料的设计方法，解决了设计钣金零件的二维展开数据集过程中存在的一些精度低、难度大的问题，尽量避免零件在成形过程中尺寸与工程数据集不符等问题。

关键词：钣金；二维展开数据集；设计

1 概述

对于钣金类零件的数控下料铣切来说，二维展开数据集的精确程度直接影响零件的最后使用状态，二维展开数据集设计是零件加工的第一个重要的环节，在零件制造过程中有着举足轻重的作用。因此对二维展开数据集的精度的要求成为了零件生产的决定环节，这就要求在设计二维展开数据集时需要考虑到零件在成形过程中材料的收料和放料的因素。

钣金零件在设计过程中正常应该用航空钣金模块形成钣金零件，或者有的時候，由于曲面扭曲度较大等一些原因航空钣金模块不能实现设计要求，设计员用Part模块进行了零件设计。此类零件在展开样板设计过程中会遇到一些麻烦，由于CATIA不能将零件展开，无法直接得到零件的展开线，在设计时只能测量出各个弯边的垂直高度H或者弯边斜高T以及各个位置的弯边的角度M，根据M值、R（弯曲内半径）值以及δ（材料厚度）值在模线设计员手册中查出m值，最后根据公式Z=T-m计算出Z（距外形交线的展开尺寸）值。如图1所示得到Z后就可以根据零件的外形线绘制出零件的展开。

弯边两侧边缘的设计是按照成形零件弯边边缘与外形线的夹角所定。如图2。测量得到边缘线与外形线的夹角值α，于是在外形线端头，按照展开Z值所偏移的方向设计与外形线角度为α边缘线。之后经过倒圆角等操作将完成钣金下料展开的设计。

以上过程看似非常简单，但是在实际的绘制过程中会遇到一系列的问题：

零件弯边处外形线为向腹板面一侧内凹的圆弧形，如图3，如果按照图2的展开原则，展开后的结果如图4。

由于外形线为圆弧，弯边向圆弧的内侧偏移，由于半径值的减小，所得到的边缘线必定减小，正如图4中展开的状态，b边缘比a边缘短，这样下料的话，会导致零件成形时严重缺料而使零件报废，所以上述的常规的展开原则并不完全适用于外形线为圆弧的钣金类零件。

考虑此种情况，所以对于钣金零件弯边处外形线弧度挠度过大，设计二维展开数据集时，需要在部分位置增加一定的余量，以保证零件成形时尺寸符合工程数据集的精度要求。

2 在钣金零件弯边两侧边缘增加余量

对于钣金零件有大曲度的弯边，则在弯边展开端部留出余量，最基本的原则是：使展开的边线b长度等于外形线a的长度，如图5。按照前言中叙述的常规的设计二维开数据集的方法的基础上，在零件弯边两侧边缘增加余量，是两侧边缘线平行与圆弧对称轴线以保证展开的边线b长度等于外形线a的长度，这样会使零件成形时零件两侧边缘尺寸保证在工程数据集尺寸要求的误差之内。

此类情况的方法同样适用于不规则弧度外形弯边的钣金零件。首先确定展开外缘，再测量外形线长度，根据外形线长度，将展开外缘线的端头延长至相等的长度，留出余量，如图6。

3 Z值方向上做出余量补偿

按照Z值偏移所设计的弯边展开，适用于弯边处外形线为直线或者曲率较小的零件。如果外形线曲率过大，零件在成形过程中弯边边缘受圆弧外形线张力的影响，边缘会向成形的反向移动，导致零件成形后弯边高度达不到要求，所以此类零件设计二维展开数据集时，在弯边两侧设计余量的同时，弯边展开后的外缘线上还需留出余量L，如图7，具体余量值见表1。

对于弯边高度变化的钣金零件，如图8，展开线各点的位置很难确定。由于此类零件外形线弧度较大，如果按照零件外缘在不留出任何余量的情况下，成形之后的弯边处外缘与工装胎线很难重合，但是如果按最大弯边处下料的话，在成形之后，工人补加工的工作量过多。因此，给出此类零件弯边展开余量的方法可参考2、3条内容。将每一处凸出的弯边处都按照2、3条内容给出余量。

4 应用前景和问题分析

对于大曲率外形线弯边的钣金类零件，增加余量补偿的展开方法只需简单的几个步骤就能等到准确的二维展开数据集，节省了许多钣金零件展开校正的时间。

对于弯边高度有变化的弯边，此方法能得到较为准确的展开，避免零件成形时无法保证尺寸要求导致报废现象的发生，或是省去许多零件成形之后补加工零件外缘的时间。

钣金零件占一架飞机的所有零件的70%左右，而此类零件也占所有钣金件的20%甚至更多。由此可见次方法在节约零件制造工时以及节约成本（不精确的展开样板极有可能导致零件的报废）等方面能起到很大的作用。

此方法能减轻设计员的工作压力，降低工作强度，具有一定的推广意义。

此混合展开法的作用以及效果都是比较明显的，从精益的角度分析，在以后的工作当中，努力寻求高效的、准确的设计方法是很有必要的。

参考文献

[1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京航空航天大学出版社，2001.

[2]沈阳飞机工业（集团）有限公司工艺员手册（第二分册）内部资料[Z].2014.

[3]沈阳飞机工业（集团）有限公司.样板的使用 内部资料[Z].2002.