摘 要：鈑金類(lèi)零件是一種靠壓力技術(shù)而成形并普遍使用的零件，現(xiàn)如今鈑金零件在汽車(chē)、航空、化工等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。本文首先提出了鈑金零件在日常生活和工業(yè)加工中的應(yīng)用及其在這些應(yīng)用中所處的重要地位，緊接著闡述了鈑金零件的特征設(shè)計(jì)以及對(duì)這些特征設(shè)計(jì)的具體分析，最后通過(guò)物理方面的理論知識(shí)驗(yàn)證了鈑金零件的可行性。

關(guān)鍵詞：鈑金件 數(shù)字化制造 能量法

中圖分類(lèi)號(hào)：TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（a）-0126-01

從現(xiàn)階段的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，鈑金零件已然得到了長(zhǎng)足性的運(yùn)用，例如在汽車(chē)以及化工等諸多行業(yè)中的運(yùn)用，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造水平同樣也得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展和革新，在諸多產(chǎn)品中，帶有曲面的鈑金件的運(yùn)用頻率將出現(xiàn)的越來(lái)越高。除此之外，鈑金計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃可在正常工作當(dāng)中強(qiáng)化所有工作人員的工作效率，同時(shí)也能提升企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。所以，對(duì)鈑金件的不斷研究和革新具有深遠(yuǎn)的工程價(jià)值和意義。

1 鈑金零件特征設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，按照鈑金件所具有的一些特點(diǎn)，已然提出了若干種不通的幾何造型的方式，但是，所有的幾何造型存在一個(gè)不足之處，也就說(shuō)，如果對(duì)造型的定義出現(xiàn)了誤差，那么，對(duì)這種誤差的更新工作是相當(dāng)?shù)睦щy，同時(shí)也存在較多的復(fù)雜性。所創(chuàng)建的一些零件模型，涵蓋的一些信息資源不是相當(dāng)?shù)耐晟?，尤其表現(xiàn)在對(duì)一些工程信息的表達(dá)上。如果零件的構(gòu)造比較復(fù)雜，那么，該零件所表現(xiàn)出的造型同樣會(huì)顯得十分的抽象。

2 鈑金件的特征描述

我們從鈑金零件所具有的一些特點(diǎn)中可以明顯的看出，倘若要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)模型，而這個(gè)模型不但要對(duì)鈑金件所具有的一些特點(diǎn)進(jìn)行反映，同時(shí)又可在一定程度上符合CAD等系統(tǒng)要求，那么，我們運(yùn)用特征造型技術(shù)可為是一個(gè)行之有效的渠道。這種特征技術(shù)不僅能為鈑金件供給一套相當(dāng)全面的信息模型，同時(shí)也能對(duì)現(xiàn)階段在幾何造型方式中所遇到的一些常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行較好的處理和解決。

所謂特征，也就是對(duì)信息進(jìn)行描述的一種集合體，它除了具有一定的特定形狀，同時(shí)也能對(duì)一些工程語(yǔ)義進(jìn)行較好的表達(dá)，在設(shè)計(jì)以及制造等工藝中可得到較好的運(yùn)用。完全實(shí)現(xiàn)CAD、CAM等系統(tǒng)形成集合體的關(guān)鍵在于鈑金件的特征。鈑金件自身所具有的一些特征可劃分為精度和形狀特征等幾個(gè)方面，其中，在這些特征當(dāng)中，形狀特征表現(xiàn)的尤為關(guān)鍵，形狀特征是鈑金件的所有特征的基礎(chǔ)，同時(shí)也為參數(shù)化特征造型可實(shí)現(xiàn)的重中之重，我們可將形狀特征完全的定義成附有工程價(jià)值的一個(gè)實(shí)體。在產(chǎn)品定義中，零件形狀及其架構(gòu)是關(guān)鍵之處，怎樣通過(guò)形狀特征等對(duì)某個(gè)產(chǎn)品所具有的一些形狀和架構(gòu)進(jìn)行一定的描述，是特征建模過(guò)程中的關(guān)鍵，對(duì)所有的鈑金件來(lái)講，均能將其通過(guò)一定的方式劃分成若干種不同的形狀特征，我們可以明顯的看出，就特征造型而言，通過(guò)一系列的特征進(jìn)而形成一個(gè)鈑金件，這些特征間通過(guò)彼此聯(lián)系的方式進(jìn)而又形成一個(gè)相當(dāng)完善的零件。按照鈑金件具有的一些特點(diǎn)，我們對(duì)鈑金件所具有的特點(diǎn)歸納為彎曲特征與平面特征。對(duì)平面特征來(lái)講，它是整個(gè)零件的一個(gè)最為基本的構(gòu)成部分，屬于連接彎曲的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)彎曲特征，它是通過(guò)不同的加工流程進(jìn)而形成的一種形狀，這種特征主要通過(guò)彎曲屬性以及相應(yīng)的幾何元素等進(jìn)行反映。

3 對(duì)鈑金件基于能量法的曲面展開(kāi)算法

對(duì)于一些曲率變化不大的薄壁鈑金件，假設(shè)零件在成形前后的質(zhì)量分布均勻，同時(shí)我們忽略零件在成形前后的厚度變化，這樣零件成形前后的體積不變就可以歸納為零件表面積不變。因此，在本算法中將采用展開(kāi)前后面積不變這一原則對(duì)曲面進(jìn)行展開(kāi)。

能量法就是從能量的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)功能關(guān)系、能量守恒等有關(guān)定理、定律和應(yīng)用含有能量的關(guān)系式來(lái)分析、計(jì)算、檢驗(yàn)待求解的問(wèn)題。基于能量法的曲面展開(kāi)算法，首先依據(jù)面積不變?cè)瓌t將曲面三角網(wǎng)格模型中的三角形逐個(gè)展開(kāi)到二維平面上，展開(kāi)過(guò)程中部分已展三角形會(huì)影響后續(xù)三角形的展開(kāi)，導(dǎo)致展開(kāi)過(guò)程中不可避免的出現(xiàn)裂縫和重疊，為了消除裂縫和重疊保證展開(kāi)結(jié)構(gòu)的完整，我們將三角形的展開(kāi)分為無(wú)約束展開(kāi)和約束展開(kāi)。對(duì)于約束展開(kāi)，構(gòu)建能量模型對(duì)展開(kāi)點(diǎn)進(jìn)行修正，從而使展開(kāi)結(jié)果更加合理。曲而的三角形個(gè)部展開(kāi)后，以曲而離散點(diǎn)為研究對(duì)象，計(jì)算各點(diǎn)的變形能，再次對(duì)展開(kāi)后的各點(diǎn)位置進(jìn)行修正，得到最后的展開(kāi)結(jié)果。

3.1 三角形的無(wú)約束展開(kāi)

利用該算法對(duì)曲而進(jìn)行展開(kāi)時(shí)，同樣要先選擇展開(kāi)基點(diǎn)。包含展開(kāi)基點(diǎn)，且第一個(gè)被展開(kāi)的三角形被稱(chēng)為基三角形?；切螐目臻g到二維平面的映射過(guò)程中形狀不發(fā)生任何改變?；切握归_(kāi)結(jié)束后，圍繞基三角形對(duì)其他三角形進(jìn)行逐個(gè)展開(kāi)。

3.2 三角形的約束展開(kāi)

在某些三角形的展開(kāi)過(guò)程中，兩個(gè)頂點(diǎn)已經(jīng)被展開(kāi)，而第三個(gè)頂點(diǎn)已經(jīng)在其他的三角形中被展開(kāi)了，稱(chēng)這一類(lèi)三角形的展開(kāi)為約束展開(kāi)。不可展曲面的三角化模型中，在兩個(gè)三角形中對(duì)同一點(diǎn)進(jìn)行展開(kāi)時(shí)，得到的展開(kāi)位置會(huì)不重合。

3.3 變形能的計(jì)算和調(diào)整

當(dāng)外力作用于彈性體時(shí)，彈性體發(fā)生變形，外力作用點(diǎn)將發(fā)生相應(yīng)的位移，外力在此位移上做功。彈性體在受載荷變形的過(guò)程中積蓄了一定的變形能，且該變形能來(lái)源于外力所做的功，在結(jié)構(gòu)體彈性變形過(guò)程中，如果忽略功能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的微量損失，由能量守恒定律可知外力所做的功等于彈性體的變形能。在工程實(shí)際中，被展曲面是由某一材料組成的，具有材料的物理屬性，將曲面假設(shè)為一能量模型，曲面上的離散邊假設(shè)為沿曲面分布的彈性桿件，這些桿件在展開(kāi)為平面后，桿的長(zhǎng)度改變，發(fā)生了一定的變形，因此可以將曲面展開(kāi)理解為在外力的作用下將曲面壓平，在此過(guò)程中假設(shè)彈性體每一個(gè)瞬間都處于平衡狀態(tài)，如果忽略功能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的微量損失，外力所做功就等于曲面的變形能，在此僅考慮桿的正應(yīng)變，忽略切應(yīng)變。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上方式進(jìn)而創(chuàng)建的特征零件模型具有集成性、表達(dá)信息的復(fù)雜性以及對(duì)信息進(jìn)行描述的多元化性。特征造型系統(tǒng)在一定程度上供給了一個(gè)具有相當(dāng)完善的集信息、知識(shí)為一體的產(chǎn)品模型，進(jìn)而為多種系統(tǒng)的集成如CAD等創(chuàng)造了有利的環(huán)境。相對(duì)幾何造型軟件來(lái)講，特征建模在某種意義上為其創(chuàng)造了一條便于對(duì)設(shè)計(jì)人員的思想進(jìn)行表達(dá)的途徑，進(jìn)而在很大程度上使得設(shè)計(jì)人員基于工程術(shù)語(yǔ)對(duì)鈑金件進(jìn)行直接性描述和表達(dá)的束縛性。

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