一种考虑壁厚中性层位置变化的钣金件展开方法研究

摘要

在钣金设计过程中，钣金的展开图用于指导钣金件生产时的下料、排样和生产。因此正确展开放样是后续工艺排样和工艺生成不可或缺的前提条件，既能保证钣金制件的精度，也能提高加工效率，降低板材消耗，节省成本。 本文根据实际生产需求，以提高展开精度和效率为目标，在考虑板厚情况下，对管类交接和球面近似展开等问题进行研究，开发了相应的快速展开系统。论文的主要研究内容包括:应变中性层位置的确定;基于中性层特性及板厚处理方法，对管类钣金件进行接口几何信息的数学建模并在MATLAB中的进行数值求解展开;采用三角线法近似展开球类钣金件;钣金件的参数化结构设计及自动展开系统的开发;实现中性层球面近似展开误差分析并输出。 该钣金展开系统为得到相对精确的展开放样图，考虑了相对弯曲率对中性层位置的影响，计算该中性层位置并映射到中性层面上进行展开。同时为方便用户使用，在展开类型的选型，参数的输入等方面均采用可视化图形界面。对于可展曲面（管类）钣金件的展开，本系统采用的数值求解法可精确求解接口曲线上各点坐标。对于不可展曲面（球类）钣金件的展开，本系统可实现自动选择最佳展开基点并划分网格，以适应不同尺寸和不同精度的展开要求，并且本系统可输出近似展开误差的估算值，以便检验其近似展开精度并评估该方法的可行性。该系统可实现钣金件三维参数化结构设计，中性层位置的计算，球面近似展开的误差计算，展开放样图的生成等一系列的功能。 本文基于中性层位置变化对展开精度的影响，以管类和球类钣金件的展开为例，研究了该类钣金件的展开数学模型，并以此模型为理论基础开发了快速展开系统，为钣金件的生产排料提供了较为精确的放样图。该系统的开发环境是UGNX8.0，并以Visual Studio2010和面向对象的C#编程语言作为二次开发工具。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1概述

1．2本课题研究的背景及意义

1．2．1课题研究的背景

1．2．2课题研究的意义

1．3与课题相关技术的研究现状

1．3．1曲面展开方法

1．3．2钣金展开系统开发方面

1．4本课题主要研究内容

第2章中性层与曲面展开的基本理论

2．1应变中性层基本理论

2．1．1板料弯曲的基本理论

2．1．2宽板弯曲时的应力应变状态

2．1．3弯曲时应变中性层的位置

2．1．4中性层位置系数

2．2曲面展开的基本方法

2．2．1曲面的基本知识

2．2．2可展曲面展开方法中的等距映射理论

2．2．3不可展曲面的三角线法展开

2．3本章小结

第3章基于中性层面上管类钣金件展开的数学建模

3．1管类钣金交接的概述

3．1．1板厚处理

3．1．2基本概念

3．2圆柱主管与圆柱支管交接无偏距的接口解析法

3．2．1无偏距接口曲线上点的几何分析

3．2．2无偏距交接接口解析建模

3．2．3映射到中性层曲面上的接口曲线求解

3．3圆柱主管与圆柱支管有偏距交接的接口解析法

3．3．1有偏距接口曲线上点的几何分析

3．3．2有偏距交接接口解析建模

3．3．3映射到中性层曲面上的接口曲线求解

3．3．4两圆柱交接中性层曲线展开分析

3．4圆锥主管与圆柱支管有偏距交接的接口解析法

3．4．1过渡区间M点求解

3．4．2接口曲线与中性层曲线求解

3．4．3圆锥圆柱交接中性层曲线展开分析

3．5本章小结

第4章基于中性层面的球壳近似展开

4．1三角线法的基本理论

4．1．1三角线法的基本概念

4．1．2三角线法展开基本流程

4．2球类钣金件在中性层面上的数学模型建立

4．2．1计算中性层半径

4．2．2中性层球面的数学模型

4．3三角线法近似展开中性层球面

4．3．1曲面参数域的网格划分

4．3．2三角形的构成

4．3．3选取展开基点并确定展开基带

4．3．4球面片近似展开的误差估算

4．3．5中性层球面展开及误差分析

4．4本章小结

第5章钣金展开系统的开发

5．1引言

5．2展开系统的开发环境及关键技术

5．3展开系统的设计

5．3．1基于UML的系统建模

5．3．2管类钣金件交接

5．3．3球壳展开系统

5．4本章小结

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢