SolidWorks在鈑金件設(shè)計中的應(yīng)用

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

作者: 靳長泉韋樂余來源: 萬方數(shù)據(jù)

結(jié)合變壓器外殼鈑金件的設(shè)計和強度計算,介紹了利用SolidWorks軟件完成鈑金件設(shè)計及有限元計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、農(nóng)業(yè)機械、紡機行業(yè)、食品機械、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,機械強度有所提高,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)計已廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域,很多軟件還提供了鈑金設(shè)計模塊,如SolidWorks, Solid Edge,proe等,利用該模塊可以便捷地完成鈑金設(shè)計獲取所需下料展開圖,提高設(shè)計質(zhì)量和效率,并具有設(shè)計直觀、減少設(shè)計錯誤,便于修改等優(yōu)點。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)計的各個階段對設(shè)計的零件進行測試和分析,以便能設(shè)計更好的產(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)建一個實體零件,然后將其轉(zhuǎn)換為鈑金,可稱為基于實體造型的鈑金件設(shè)計;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)計模塊的鈑金件設(shè)計第二種方法從最初設(shè)計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。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計中的應(yīng)用有限元分析培訓(xùn)課程圖片1     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,使用手工方法進行計算,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,通過手工計算不僅很困難,而且很難計算準(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、多個折彎時,也可使用展開和折疊工具,需要注意的是平板型式應(yīng)是鈑金件最后一個特征:在Feature Manager設(shè)計樹中,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)計知識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,鈑金件的展開圖不僅能夠自動生成,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,進人COSMOSWorks管理設(shè)計樹,生成"研究",網(wǎng)格類型選擇實體網(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,變壓器兩個孔是固定的根據(jù)這種實際狀況,我們在兩孔面L施加不可移動(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。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計中的應(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)格劃分并運行研究。

    3.6結(jié)果分析

    完成分析計算之后,系統(tǒng)自動得到應(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)在使用時符合安全要求。
    SolidWorks在鈑金件設(shè)計中的應(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)計算可得到4個爪在安裝過程中發(fā)生變形,結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計,為此需在4個爪處添加加強筋,更新模型后,重新運行"研究1"和"研究2"即可得到新的計算結(jié)果,對結(jié)果進行分析新結(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,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)計產(chǎn)品進行強度計算,并通過計算結(jié)果對設(shè)計產(chǎn)品進行優(yōu)化和改進,從而非常方便地完成鈑金件的設(shè)計。
3利用COSMOSWorks對鈑金零件的強度計算

    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行強度計算來判斷共安全狀況。

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