不规则空间曲面零件的CAD放样及应用

刘娟秀， 吴永锋， 丁 琪

（山西汾西重工有限责任公司，山西 太原 030027）

引言

小型飞机、潜艇类产品的尾部外形会经常看到不规则形状，通常是为了保证产品的外形曲线，减少阻力而设计的，其加工质量直接影响到产品的外形质量。由于该种零件特点为不规则形状、薄壁，成形工艺非常复杂，且模具成形的费用非常高，给加工造成很大的困扰。

1 零件结构特点和工艺分析

小型飞机、潜艇尾部外形零件内外均为不规则形状，直径与壁厚相比大于15，属薄壁零件。整个零件为中心上翘结构，并且尺寸都普遍较大。一般情况下都会将其分成若干片分别成形。每片零件的基本形状如图1所示。

图1 每片零件的基本形状（cm）

每片的成形方法也多种多样，采用什么方法来实现产品的成形是零件加工的首要问题。通过以上零件结构分析得知，零件的尺寸较大，模具成形不易采用。尝试用普通弯形的方法对零件进行板料直接弯形来初步实现产品的形状。此方法加工的第一步就是对空间曲面进行放样，得出该零件所需要的材料尺寸。

2 零件的放样

曲面展开这道工序的质量控制非常重要，正确的展开放样是制作构件的第一道工序，它的正确与否对构件精确程度和质量起着重要作用。所谓展开放样就是在不改变构件表面积的情况下，将它们依次摊开在一个平面上。放样展开又可分为可展曲面的表面展开和不可展曲面的近似展开两种。

此零件为不规则形状，其曲面上两条相邻的素线不平行也不相交，属于不可展曲面，对于不可展曲面可以将它分割成很多小块，采用近似展开法进行展开。对于该零件，将其表面分成许多小三角形，采用三角形放样形式对曲面进行放样，并在CAD软件中完成壳体的展开形状，此方法既方便快捷，又直观准确。具体操作：首先建立图层，根据零件的总高度建立图层关系，将壳体表面两端的椭圆分别画在两个图层上；其次将壳体表面两端的椭圆分别进行8等分，将等分点用直线按顺序连起来，然后用直线依次交替连接两椭圆的等分点，这样就将壳体的外表面分成了16个小三角形；最后依次测量每条线段的长度，并进行记录，并在平面上将线段按顺序连接起来。这样就将壳体表面的16个小三角形连接起来，得到零件的放样图（如图2）。

图2 每片零件的放样图（cm）

3 放样图在弯形中的应用

根据产品的形状和曲率变化，设计了一套弯形工装，该工装由上模和下模两部分组成，并将工装固定到压力机上，利用压力机的压力实现对零件的弯形。

将放样图作为产品的下料尺寸进行水割下料。并在放样图中留下零件表面的素线，去掉连接线，得出下面图形的形状（如图3所示）。下面介绍的弯形方法就是通过这个图形来实现的。

图3 零件的形状变化趋势图形

首先，用划针在零件的材料表面依次划出放样图中的（如图3）所有素线。弯形时，将此放样图的第一条素线放到模具的中间位置，合模，利用压力机的作用使零件发生变形。然后把每条素线依次放到模具的中间位置，利用上下模对准素线进行逐步弯形。这样对每条素线进行适当的弯形后，逐渐得到零件的外部形状轮廓，得到的曲线完全符合产品的曲线。因此，利用零件的形状变化趋势图形可以得到零件的弯形形状（如图4）。

图4 一片零件的弯形形状

4 曲面的检测

为了检验弯形的形状是否达到要求，设计了一套简易的检测样板。检测样板是根据前、后两端的内径尺寸进行设计（如图5所示）。此样板用中间螺杆把前后两段曲线连接起来，在空间形成一个零件的形状。用此样板对弯形零件的内形形状进行比对，直到弯形形状完全符合样板。

图5 空间样板

5 结语

按此方法进行弯形，虽然方法粗略，但基本满足零件的形状要求，而且此种放样方法和弯形方法也能用于其他不规则形状的弯形使用，为同类型零件的成形提供了借鉴，为弯形件又提供了一种新的成形方法。