90°三节渐缩弯头钣金件的放样展开方法研究*

邹泽昌，杨开怀，周长海，陈忠士

(1.福建船政交通职业学院 机械工程系，福建 福州 350007；2.福州海耀机械有限公司，福建 福州 350026)



90°三节渐缩弯头钣金件的放样展开方法研究*

邹泽昌1，杨开怀1，周长海2，陈忠士1

(1.福建船政交通职业学院 机械工程系，福建 福州 350007；2.福州海耀机械有限公司，福建 福州 350026)

钣金件的放样设计和展开下料是产品开发和生产过程中重要的一环。针对以往下料前都是通过手工放样来绘制展开图，工作量大，效率低，研究应用三维软件SolidWorks钣金模块对90°三节渐缩弯头进行辅助放样设计，不仅能很方便地展开下料，而且提高了生产效率。实践证明，三维软件辅助放样展开法与传统钣金展开放样方法相比，具有设计精确、操作快捷和便于修改的优点。

钣金；放样设计；SolidWorks；展开下料；三节渐缩弯头

钣金件是利用金属的可塑性，对薄壁板料采用剪切、冲压和折弯等成形工艺制造出单个零件，再通过焊接、铆接和拼接等工艺组装形成的薄板零件。钣金件具有质量轻、批量大、成本低和性能好等特点，广泛应用于汽车工业、电子电器、食品机械和仪器仪表等行业。随着钣金件复杂程度的增加，以及适应不确定的市场环境和个性化需求，钣金件的放样设计和展开下料成为生产中重要的一环。钣金件的设计既要满足产品的功能和外观等要求，又要满足生产快速、工料节省和成本经济等要求。

在钣金件的设计过程中，除了需要用二维工程图表达零件的形状尺寸之外，还需要用钣金的展开图来表示钣金件在生产加工之前的板料轮廓形状尺寸，用于指导钣金件生产时的下料、排样和生产。这种根据零件的立体形状要求，在板料上绘制展平形态轮廓的过程称为钣金件的展开放样[1]。

1 传统钣金放样展开方法

传统的钣金放样展开方法是根据画法几何和解析几何原理， 将立体的钣金件展平到一个平面上并创建展开图样。构成钣金的表面形状包括可展表面(平面、柱面和锥面或者是由这些曲面分割而成的表面)和不可展表面(球面、环面以及其他异形曲面)[2]。可展曲面在理论上可以精确地展开，立体投影图与展开图中的对应素线长度相等，展开前后的零件表面积也相等；不可展曲面在理论上不能在平面上展开，只能将展开对象近似划分为多个可展曲面片，然后再展开。

传统的钣金放样展开方法有投影图解法和模板计算法[3]。投影图解法是利用画法几何和手工作图完成钣金件的展开，具体方法有平行线法(用于柱面的展开)、放射线法(用于锥面的展开)以及三角法(用于不可展曲面的近似展开)。模板计算法是利用解析几何的原理计算钣金件的展开，具体方法包括实长计算法和坐标计算法。实长计算法是在展开时利用解析几何计算线段(素线)的长度，然后利用长度数据绘制展开图；坐标计算法是直接计算展开轮廓中各参考点相对于某坐标系的坐标值，然后在该坐标系中绘制钣金展开图。

2 基于SolidWorks的钣金放样展开法

三维软件SolidWorks提供了钣金设计模块，在三维状态下进行钣金件或钣金装配体的设计与建模，非常直观，能迅速导出平面展开图并进行自动标注。三维模型与图样数据相关联，如果在三维模型中修改钣金件的尺寸，其三视图和展开图会自动更新，相应的数据能直接导入到各种数控加工设备中进行生产。三维软件SolidWorks常用的钣金创建方法有特征建模法、放样折弯法、实体分割转换法和装配建模法等。

3 90°三节渐缩弯头的钣金展开

渐缩弯头是管道工程中常用的变径转弯构件。90°三节渐缩弯头是由三节圆锥台管首尾连接构成，两圆锥台端面夹角为90°。本文应用SolidWorks软件对90°三节渐缩弯头进行放样设计和展开下料。

3.1 创建平口偏心斜角圆锥台管钣金模型

新建一个零件模型文件，选择上视基准面作为草图基准面，绘制草图1(见图1a)。圆的底部留有0.2 mm的缺口。选择基准面命令，选取上视基准面为参考，输入偏移距离值“1 000”，单击“确定”按钮，完成基准面1的创建。选取基准面1为草图基准面，绘制草图2(见图1b)。圆的底部也留有0.2 mm的缺口。

图1 放样前草图

选择钣金模块中放样折弯命令，选取图1作为放样折弯的轮廓。在放样折弯对话框的厚度文本框输入数值“1.0”，并单击“反向”按钮，调整材料方向为向内，单击“确定”按钮，完成放样折弯特征的创建(见图2)。

图2 钣金的放样设计

选择右视基准面为草图基准面，绘制2根直线草图(见图3)。保存钣金模型为“90°三节渐缩弯头”。

图3 草图3

3.2 创建底部、中部、上部圆锥管及完整钣金件

选择“切除”中的“拉伸”命令，选取图3的直线1作为横断线拉伸，对放样曲面进行切除(见图4a)，另存为“90°三节渐缩弯头底部圆锥管”模型文件；打开“90°三节渐缩弯头”钣金模型，选择“切除”中的“拉伸”命令，选取图3的直线1、直线2作为横断线拉伸，分别对放样曲面进行反侧和正侧切除(见图4b)，另存为“90°三节渐缩弯头中部圆锥管”模型文件；再次打开“90°三节渐缩弯头”钣金模型，选择“切除”中的“拉伸”命令，选取图3的直线2作为横断线拉伸，对放样曲面进行反侧切除(见图4c)，另存为“90°三节渐缩弯头上部圆锥管”模型文件；新建一个装配文件，导入底部圆锥管、中部圆锥管和上部圆锥管进行装配，得到完整的钣金件，结果如图4d所示。

图4 底部、中部、头部圆锥管及装配钣金件

3.3 展开平口偏心斜角圆锥台管

分别打开底部、中部和上底圆锥管模型文件，在设计树中右击“平板型式1”特征，在系统弹出的快捷菜单中单击“解除压缩”按钮，将钣金展开(见图5)。

图5 底部、中部、上底圆锥管展开图

3.4 钣金的数据测量

使用“平板型式1”特征将钣金展开后，可以测量展开状态下钣金件的展开表面积、周长、某轮廓长度和自由形折弯误差等参数。测量自由形折弯误差如图6所示。

图6 测量自由形折弯误差

3.5 生成工程图，输出DXF/DWG文件

新建工程图文件，选择零件模型，创建投影视图和展开视图，并对视图进行尺寸标注和注解。当钣金件被展开后，除了创建工程图之外，还需要将展开图样输出为DXF/DWG格式文件，以便导入到激光切割机等先进加工设备中，为生产加工提供数据支持。在设计树中，右击“平板型式1”特征，在系统弹出的快捷菜单中选择“解除压缩”命令，再右击“平板型式1”特征，选择“输出DXF/DWG”命令，设置输出参数，对话框中显示展开图样的DXF图形。

4 结语

传统的钣金展开放样方法依靠放样工人的经验，存在效率低、精度差和工料浪费等缺点，适用于精度低的手工下料生产。本文应用SolidWorks软件对90°三节渐缩弯头进行了钣金设计，实现了对平口偏心斜角圆锥台管的精确展开与放样。应用SolidWorks软件中的COSMOSWorks结构分析软件，可以在产品设计的各个阶段对设计的零件进行测试和分析，提高产品品质。SolidWorks软件的使用，提高了钣金开发和放样展开的效率，可更加广泛地应用于生产实践。

[1] 詹迪维.钣金展开实用技术手册(SolidWorks版)[M]. 北京：机械工业出版社，2013.

[2] 赵毅.利用CAXA制造工程师完成钣金件放样设计的方法[J]. 新技术新工艺,2007(7):34-35.

[3] 冯剑,盛乔林,严建华,等.基于SolidWorks的渐缩弯头钣金放样[J]. 机械工程师,2011(4):51-52.

* 福建省高校杰出青年科研人才培育计划资助项目(JA14371) 福建省交通厅重点项目(201210)

责任编辑 马彤

Method Research of 90 Degrees Three Reducing Elbow Lofting Design and Expansion Sheet Metal Blanking

ZOU Zechang1, YANG Kaihuai1, ZHOU Changhai2, CHEN Zhongshi1

(1.Department of Mechanical Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350007, China; 2.Fuzhou Haiyao Machinery Co., Ltd., Fuzhou 350026, China)

The lofting design and expanded blanking of sheet metal parts is an important part of the product development and production process. Through the manual lofting drawing expansion graph, the traditional cutting material is heavy workload and low efficiency. Use 3D software SolidWorks sheet metal module on 90 degrees three quarter elbow of reducing elbow aided lofting design. The material can be easily expanded, and the production efficiency is improved. The practice proves that 3D software aided lofting expansion method compared with the traditional sheet metal lofting method has the advantage of precise design, fast operation and easy modification.

sheet metal, lofting design, SolidWorks, expanded blanking, three quarter elbow

TP 391.7

A

邹泽昌(1984-)，男，讲师，硕士，主要从事CAD/CAE/CAM应用等方面的研究。

2016-06-20