引言

　　鈑金零件作為一種常用的結(jié)構(gòu)件，在通信、電子、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡機(jī)行業(yè)、食品機(jī)械、電器、儀器儀表等行業(yè)有著廣泛地應(yīng)用。其常用加工形式有彎曲、成形，沖壓等，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(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織得以改善，機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)與焊接、鉚接、拼接等工藝配合，可使零件結(jié)構(gòu)更趨合理加工更加方便，是制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的主要方法。

　　目前，三維設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，很多軟件還提供了鈑金設(shè)計(jì)模塊，如SolidWorks, Solid Edge,Pro/E等，利用該模塊可以便捷地完成鈑金設(shè)計(jì)獲取所需下料展開圖，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，并具有設(shè)計(jì)直觀、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，便于修改等優(yōu)點(diǎn)。另外，在SolidWorks軟件中還內(nèi)嵌集成了COSMOSWorks結(jié)構(gòu)分析軟件，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行測試和分析，以便能設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品。

　　本文將以變壓器外殼鈑金件為例，詳細(xì)介紹SolidWorks軟件在鈑金設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過程和應(yīng)用方法。

　　1鈑金件的三維建模

　　在SolidWorks軟件中有兩種生成鈑金零件方法，第一種是創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體零件，然后將其轉(zhuǎn)換為鈑金，可稱為基于實(shí)體造型的鈑金件設(shè)計(jì);第二種是使用鈑金特定的特征直接生成鈑金零件，具體包括基體法蘭、邊線法蘭、斜接法蘭、褶邊、轉(zhuǎn)折、繪制的折彎、閉合角、斷裂邊角、邊角裁減、展開、折疊、放樣的折彎、折彎、切口、成形工具等，這種方法可稱為基于鈑金設(shè)計(jì)模塊的鈑金件設(shè)計(jì)第二種方法從最初設(shè)計(jì)階段開始就生成的是鈑金零件，消除了多余步驟，使得鈑金零件的模型生成更容易和更快。

　　為此，我們采用第二種方法，使用基體法蘭、邊線法蘭、折彎等鈑金特征完成變壓器外殼的三維建模，如圖1所示。

　　2鈑金件展開圖

　　在沒有引人CAD技術(shù)之前，對鈑金件下料尺寸主要采用等分投影法，根據(jù)中性層長度不變原則，使用手工方法進(jìn)行計(jì)算，但對于形狀復(fù)雜且翼緣上有孔的鈑金件來說，其展開尺寸和孔位尺寸，通過手工計(jì)算不僅很困難，而且很難計(jì)算準(zhǔn)確。利用Solidworks鈑金功能中展開命令，使這一工作變得非常簡單，我們只需在完成鈑金零件三維建模之后，點(diǎn)擊平板型式特征即可得到該鈑金件的三維展開圖，當(dāng)我們需要展開和折疊一個(gè)、多個(gè)折彎時(shí)，也可使用展開和折疊工具，需要注意的是平板型式應(yīng)是鈑金件最后一個(gè)特征:在Feature Manager設(shè)計(jì)樹中，平板型式之前的所有特征在折疊或展開的鈑金零件中都出現(xiàn)，而平板型式之后的所有特征則只在展開的鈑金零件中出現(xiàn)。得到直觀的鈑金件三維展開圖之后，我們可根據(jù)鈑金成形工藝設(shè)計(jì)知識(shí)來判斷毛坯形狀是否合理，對可能引起變形沿毛坯分布不均勻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　在生成鈑金零件的工程圖時(shí)，鈑金件的展開圖不僅能夠自動(dòng)生成，而且可顯示折彎方向、角度和半徑等折彎注釋信息，便于指導(dǎo)生產(chǎn)加工。

　　3利用COSMOSWorks對鈑金零件的強(qiáng)度計(jì)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，我們有必要采用有限元法對變壓器外殼進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算來判斷共安全狀況。

　　3.1工況分析

　　變壓器外殼在使用和安裝過程中，主要有兩種工況分別為:

　　工況1:使用過程中，鐵芯和線包的重量施加在變壓器外殼內(nèi)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(gè)爪上:

　　3.2生成"研究1"、指派材質(zhì)

　　打開變壓器外殼鈑金零件，進(jìn)人COSMOSWorks管理設(shè)計(jì)樹，生成"研究",網(wǎng)格類型選擇實(shí)體網(wǎng)格，分析類型為靜態(tài)分析，選擇延性鐵材料。

　　3.3應(yīng)用約束

　　在使用和安裝過程中，變壓器兩個(gè)孔是固定的根據(jù)這種實(shí)際狀況，我們在兩孔面L施加不可移動(dòng)(無平移)約束。

　　3.4施加載荷

　　針對工況1,我們在變壓器外殼的底面上垂直施加0.5Kg/平方厘米的壓力。

　　3.5網(wǎng)格劃分.并運(yùn)行研究

　　選擇高品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格器，設(shè)定雅各賓式檢查為4,選擇光滑表面的網(wǎng)格控制方式，設(shè)定網(wǎng)格整體大小為1mm，開始網(wǎng)格劃分并運(yùn)行研究。

　　3.6結(jié)果分析

　　完成分析計(jì)算之后，系統(tǒng)自動(dòng)得到應(yīng)力應(yīng)變位移等默認(rèn)圖解，我們根據(jù)需要添加Mises應(yīng)力圖解，顯示最大注解和最小注解，如圖3所示，根據(jù)計(jì)算后的應(yīng)力應(yīng)變位移及3.7的最小安全系數(shù)來判斷該結(jié)構(gòu)在使用時(shí)符合安全要求。

　　3.7工況2的計(jì)算

　　與"研究1"設(shè)定方法相同，僅在"研究2"施加載荷變更為在變壓器外殼下部的4個(gè)爪面垂直施加0.5Kg/平方厘米的壓力，其它設(shè)定和求解方法與工況1相同，經(jīng)計(jì)算可得到4個(gè)爪在安裝過程中發(fā)生變形，結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計(jì)，為此需在4個(gè)爪處添加加強(qiáng)筋，更新模型后，重新運(yùn)行"研究1"和"研究2"即可得到新的計(jì)算結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行分析新結(jié)構(gòu)符合使用要求。

　　4結(jié)束語

　　SolidWorks軟件中造型特征和特定的鈑金特征都能完成鈑金件的設(shè)計(jì)，并能非常方便地得到鈑金件展開圖和下料的尺寸、面積和質(zhì)量;與之無縫集成的COSMOSWorks軟件能夠?qū)υO(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并通過計(jì)算結(jié)果對設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，從而非常方便地完成鈑金件的設(shè)計(jì)。