不規(guī)則空間曲面零件的CAD放樣及應(yīng)用

劉娟秀， 吳永鋒， 丁 琪

（山西汾西重工有限責(zé)任公司，山西 太原 030027）

引言

小型飛機(jī)、潛艇類產(chǎn)品的尾部外形會經(jīng)?？吹讲灰?guī)則形狀，通常是為了保證產(chǎn)品的外形曲線，減少阻力而設(shè)計(jì)的，其加工質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的外形質(zhì)量。由于該種零件特點(diǎn)為不規(guī)則形狀、薄壁，成形工藝非常復(fù)雜，且模具成形的費(fèi)用非常高，給加工造成很大的困擾。

1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝分析

小型飛機(jī)、潛艇尾部外形零件內(nèi)外均為不規(guī)則形狀，直徑與壁厚相比大于15，屬薄壁零件。整個(gè)零件為中心上翹結(jié)構(gòu)，并且尺寸都普遍較大。一般情況下都會將其分成若干片分別成形。每片零件的基本形狀如圖1所示。

圖1 每片零件的基本形狀（cm）

每片的成形方法也多種多樣，采用什么方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成形是零件加工的首要問題。通過以上零件結(jié)構(gòu)分析得知，零件的尺寸較大，模具成形不易采用。嘗試用普通彎形的方法對零件進(jìn)行板料直接彎形來初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的形狀。此方法加工的第一步就是對空間曲面進(jìn)行放樣，得出該零件所需要的材料尺寸。

2 零件的放樣

曲面展開這道工序的質(zhì)量控制非常重要，正確的展開放樣是制作構(gòu)件的第一道工序，它的正確與否對構(gòu)件精確程度和質(zhì)量起著重要作用。所謂展開放樣就是在不改變構(gòu)件表面積的情況下，將它們依次攤開在一個(gè)平面上。放樣展開又可分為可展曲面的表面展開和不可展曲面的近似展開兩種。

此零件為不規(guī)則形狀，其曲面上兩條相鄰的素線不平行也不相交，屬于不可展曲面，對于不可展曲面可以將它分割成很多小塊，采用近似展開法進(jìn)行展開。對于該零件，將其表面分成許多小三角形，采用三角形放樣形式對曲面進(jìn)行放樣，并在CAD軟件中完成殼體的展開形狀，此方法既方便快捷，又直觀準(zhǔn)確。具體操作：首先建立圖層，根據(jù)零件的總高度建立圖層關(guān)系，將殼體表面兩端的橢圓分別畫在兩個(gè)圖層上；其次將殼體表面兩端的橢圓分別進(jìn)行8等分，將等分點(diǎn)用直線按順序連起來，然后用直線依次交替連接兩橢圓的等分點(diǎn)，這樣就將殼體的外表面分成了16個(gè)小三角形；最后依次測量每條線段的長度，并進(jìn)行記錄，并在平面上將線段按順序連接起來。這樣就將殼體表面的16個(gè)小三角形連接起來，得到零件的放樣圖（如圖2）。

圖2 每片零件的放樣圖（cm）

3 放樣圖在彎形中的應(yīng)用

根據(jù)產(chǎn)品的形狀和曲率變化，設(shè)計(jì)了一套彎形工裝，該工裝由上模和下模兩部分組成，并將工裝固定到壓力機(jī)上，利用壓力機(jī)的壓力實(shí)現(xiàn)對零件的彎形。

將放樣圖作為產(chǎn)品的下料尺寸進(jìn)行水割下料。并在放樣圖中留下零件表面的素線，去掉連接線，得出下面圖形的形狀（如圖3所示）。下面介紹的彎形方法就是通過這個(gè)圖形來實(shí)現(xiàn)的。

圖3 零件的形狀變化趨勢圖形

首先，用劃針在零件的材料表面依次劃出放樣圖中的（如圖3）所有素線。彎形時(shí)，將此放樣圖的第一條素線放到模具的中間位置，合模，利用壓力機(jī)的作用使零件發(fā)生變形。然后把每條素線依次放到模具的中間位置，利用上下模對準(zhǔn)素線進(jìn)行逐步彎形。這樣對每條素線進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹澬魏?，逐漸得到零件的外部形狀輪廓，得到的曲線完全符合產(chǎn)品的曲線。因此，利用零件的形狀變化趨勢圖形可以得到零件的彎形形狀（如圖4）。

圖4 一片零件的彎形形狀

4 曲面的檢測

為了檢驗(yàn)彎形的形狀是否達(dá)到要求，設(shè)計(jì)了一套簡易的檢測樣板。檢測樣板是根據(jù)前、后兩端的內(nèi)徑尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖5所示）。此樣板用中間螺桿把前后兩段曲線連接起來，在空間形成一個(gè)零件的形狀。用此樣板對彎形零件的內(nèi)形形狀進(jìn)行比對，直到彎形形狀完全符合樣板。

圖5 空間樣板

5 結(jié)語

按此方法進(jìn)行彎形，雖然方法粗略，但基本滿足零件的形狀要求，而且此種放樣方法和彎形方法也能用于其他不規(guī)則形狀的彎形使用，為同類型零件的成形提供了借鑒，為彎形件又提供了一種新的成形方法。