SolidWorks在鈑金件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2013-05-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線(xiàn)

作者: 靳長(zhǎng)泉韋樂(lè)余來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)

結(jié)合變壓器外殼鈑金件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算,介紹了利用SolidWorks軟件完成鈑金件設(shè)計(jì)及有限元計(jì)算的基本方法和一般步驟。

0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(chē)、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(mǎn)足一般的裝配及使用要求。經(jīng)過(guò)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(guān)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,proe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(kāi)圖,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率,并具有設(shè)計(jì)直觀(guān)、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(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行測(cè)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(guò)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(chēng)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(xiàn)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(kāi)、折疊、放樣的折彎、折彎、切口、成形工具等,這種方法可稱(chēng)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(kāi)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(xiàn)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。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有限元分析培訓(xùn)課程圖片1     2鈑金件展開(kāi)圖

    在沒(méi)有引人CAD技術(shù)之前,對(duì)鈑金件下料尺寸主要采用等分投影法,根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變?cè)瓌t,使用手工方法進(jìn)行計(jì)算,但對(duì)于形狀復(fù)雜且翼緣上有孔的鈑金件來(lái)說(shuō),其展開(kāi)尺寸和孔位尺寸,通過(guò)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(kāi)命令,使這一工作變得非常簡(jiǎn)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(kāi)圖,當(dāng)我們需要展開(kāi)和折疊一個(gè)、多個(gè)折彎時(shí),也可使用展開(kāi)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(shù)中,平板型式之前的所有特征在折疊或展開(kāi)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(kāi)的鈑金零件中出現(xiàn)。得到直觀(guān)的鈑金件三維展開(kāi)圖之后,我們可根據(jù)鈑金成形工藝設(shè)計(jì)知識(shí)來(lái)判斷毛坯形狀是否合理,對(duì)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(kāi)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。

    3.1工況分析

    變壓器外殼在使用和安裝過(guò)程中,主要有兩種工況分別為:

    工況1:使用過(guò)程中,鐵芯和線(xiàn)包的重量施加在變壓器外殼內(nèi)表面上;

    工況2:安裝過(guò)程中,鐵芯和線(xiàn)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(kāi)變壓器外殼鈑金零件,進(jìn)人COSMOSWorks管理設(shè)計(jì)樹(shù),生成"研究",網(wǎng)格類(lèi)型選擇實(shí)體網(wǎng)格,分析類(lèi)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(guò)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?cè)趦煽酌鍸施加不可移動(dòng)(無(wú)平移)約束。

3.4施加載荷

    針對(duì)工況1,我們?cè)谧儔浩魍鈿さ牡酌嫔洗怪笔┘?.5Kg/平方厘米的壓力。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有限元分析培訓(xùn)課程圖片2

    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(kāi)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(lái)判斷該結(jié)構(gòu)在使用時(shí)符合安全要求。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有限元分析培訓(xùn)課程圖片3

    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(guò)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(duì)結(jié)果進(jìn)行分析新結(jié)構(gòu)符合使用要求。

    4結(jié)束語(yǔ)

    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(kāi)圖和下料的尺寸、面積和質(zhì)量;與之無(wú)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(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)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)。
3利用COSMOSWorks對(duì)鈑金零件的強(qiáng)度計(jì)算

    變壓器外殼在使用和安裝過(guò)程中,需要承受鐵芯和線(xiàn)包的重量,為此,我們有必要采用有限元法對(duì)變壓器外殼進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算來(lái)判斷共安全狀況。

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