利用SolidWorks对轴流机壳空间异构件展开下料方法

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一展开的新方法。通过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α，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。

    图1 U形管的二维平面结构图

    图2 侧板的二维平面结构图

    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和消除板厚干涉。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。