SoIidWorks在鈑金件設計中的應用

摘 要 ：結合變壓器外殼鍍金件的設計和強度計算 ， 介紹了利用solidwor ks 軟體完成鍍金件設計 及 有限元計算的基 本 方法和一般步驟。

 

概述

鈑金零件作為一種常用的結構件，在通訊、電子、汽車、農業機械．紡機 {r 業、食品機械、電器、儀器儀表等行業有著廣泛地應用。其常用加工形式有彎曲、成形、衝壓等，形狀和尺寸精度互換性較好，可以滿足一般的裝配及使用要求。經過塑性變形，金屬內部組織得以改善，機械強度有所提高，具有重量輕、剛度好、精度高和外形光滑美觀的特點，與焊接、鉚接、拼接等工藝配合，可使零件結構更趨合理，加工更加方便，是製造複雜形狀結構件的主要方法。

 

目前，三維設計已廣泛應用到各個領域，很多軟體還提供了鈑金設計模組，如 solidworks 、 solid Edge 、 Pro/E 等，利用該模組可以便捷地完成鈑金設計．獲取所需下料展開圖，提高設計質量和效率，並具有設計直觀、減少設計錯誤、便於修改等優點。另外，在 solid-

works 軟體中還內嵌整合了 COSMOS Works 結構分析軟體，可以在產品設計的各個階段對設計的零件進行測試和分析，以便能設計更好的產品。

 

本文將以變壓器外殼鈑金件為例，詳細介紹 solid-works 軟體在鈑金設計中的應用過程和府用方法。

 

1 鈑金件的三維建模

在 Solidworks 軟體中有兩種生成鈑金零件方法．第一種是建立一個實體零件，然後將其轉換為鈑金，可稱基於實體造型的鈑金件設計；第二種是使用鈑金特定的特徵直接生成鈑金零件，具體包括基體法蘭、邊線法蘭、斜接法蘭、褶邊、轉折、繪製的折彎、閉合角、斷裂邊角、邊角裁減、展開、摺疊、放樣的折彎、折彎、切口、成形工具等，這種方法可稱為基於鈑金設計模組 的鈑金件設計 。 第 二 種方法從晟初設計階段開始就生 成的是鈑金零件，消除了多餘步驟，使得鈑金零件的模型生成更容易和更快。

 

為此，我們採用第 二 種方法，使用基體法蘭、邊線法蘭、折彎等鈑會特徵完成變

壓器外殼的 三 維建模 ， 如圖 1 所示。

 

2 鈑金件展開圖

在沒有引 入 CAD 技術之前，對鈑金件下料尺寸主要採用等分投影法．根據中性層長度不變原則，使用手工方法進行計算，但對於形狀複雜且翼緣上有孔的鈑金件來說 ， 其展開尺寸和孔位 尺 寸，透過手工計算不僅很周難，而且很難計算準確。利用 solidworks 鈑金功能中展開命令，使這一工作變得非常簡單，我們只需在完成鈑盒零件 三 維建模之後，點選平板型式特徵即可得到該鈑金件的三維展開圖，當我們需要展開和摺疊一個、多個折彎時 ， 也可使用展開和摺疊工具，需要注意的是平板型式應是鈑金件最後一個特徵。

 

在 Featu re Manager 設計樹中，平板型式之前的所有特託在摺疊或展開的鍍金零件中都出現，而平板型式之後的所有特徵則只在展開的鈑 金 零件中出現。得到直觀的鈑金件三維展開圖之後，我們可根據鈑金成形工藝設計知識來判斷毛坯形狀是否合理，對可能引起變形沿毛坯分佈不均勻的結構進行修改 ， 從而提高產品的質量。

 

在生成鍍金零件的工程圖時， 鈑 金件的展開圖不僅能夠自動生成，而且可顯示折彎方向、角度和半徑等折彎 注 釋資訊，便於指導 生 產加工。

 

3 利用 COSMOS   Works 對鈑金零件的強度計算

變壓 器外殼在使用和安裝過程 中 ，需要承受鐵芯和線包的重量，為此，我 們 有必要採用有限元法對變壓器外殼進行強度計算來判斷其安全狀況 。

 

3 ． 1 工況分析

變件器外殼在使用和安裝過程中，主要有曲種 工 況。分別為：

工 況 1 ：使用過程中，欽芯和線包的 重量施 加在 變壓 器外殼內表面上 ；

工況 2 ：安裝過程中，鐵芯和線包的重量集中 在 變壓器外殼的 4 個爪上。

 

3 ． 2 生成 “ 研究 1 ” 、指派材質

打 開 變 壓 器外殼鈑金零件，進入 COS MO S W orks 管 理 設計樹，生成 “ 研究 1 ” ，網格型別選擇實體網格 ， 分析型別為靜 態 分析，選擇延性鐵材料。

 

3 ． 3 應用約束

在使崩和安裝過程中，變 壓 器 兩 個孔是固定的，根據這種實際狀況，我們在兩孔面 上 施加不可移動 ( 無平移 ) 約束。

 

3 ． 4 施載入荷

釗對 工 況 1 ，我們存變 壓 器外殼的底面上垂直施加 O . 5Kg / m2 的壓力。

 

3 ． 5 網格劃分 ， 並執行研究

選擇高品質的標準網格器，設定雅各賓式檢查為 4 ， 選擇光滑表面的網格控制方式，設定網格整體大小為 1mm ，開始刪格劃分並執行研究。

 

3 ． 6 結果分析

完成分析計算之後，系統自動得到應力應 變 位移等預設圖解，我們根據需要新增 Mises 應力圖解 ， 顯示最大註解 和 最小注解，如圖 3 所示，根據計算後的應力 應 變位移及 3 . 7 的晟小安全係數來判斷該結構在使用時符合安全要求。

 

3 ． 7 工況 2 的計算

與 “ 研究 1 ” 設定力法相同，僅在 “ 研究 2 ” 施載入 荷 變更為在變壓器外殼下部的 4 個爪面垂直施加 . 5K g/c m2 的壓力，其它設定和求解方法與工況 1 相同，經計算可得到 4 個爪在安裝過程中發生變形，結構需 重 新設計，為此需在 4 個爪處新增加強筋，更新模型後，重新執行 “ 研究 1 ” 和 “ 研究 2 ” 即可得到新的計算結

果，對結果進行分析新結構符合使用要求。

 

4 結束語

Solidworks 軟體巾造型特徵和特定的鈑金特徵都能完成鈑會件的設計，並能非常方便地得到鈑金件展開圖和下料的 尺 寸、面積和質量；與之無縫整合的 COS - MOS  W orks 軟體能夠對設計產品進行強度計算 ， 並透過計算結果對設計產品進行最佳化和改進，從而非常方便地完成鈑金件的設計。本文章來自御雲鈑金軟體，更多詳細資訊請點選：