SolidWorks在鈑金件設計中的應用

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

作者: 靳長泉韋樂余來源: 萬方數據

結合變壓器外殼鈑金件的設計和強度計算,介紹了利用SolidWorks軟件完成鈑金件設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構件,在通信、電子、汽車、農業機械、紡機行業、食品機械、電器、儀器儀表等行業有著廣泛地應用。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。經過塑性變形,金屬內部組織得以改善,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,可使零件結構更趨合理加工更加方便,是制造復雜形狀結構件的主要方法。

目前,三維設計已廣泛應用到各個領域,很多軟件還提供了鈑金設計模塊,如SolidWorks, Solid Edge,proe等,利用該模塊可以便捷地完成鈑金設計獲取所需下料展開圖,提高設計質量和效率,并具有設計直觀、減少設計錯誤,便于修改等優點。另外,在SolidWorks軟件中還內嵌集成了COSMOSWorks結構分析軟件,可以在產品設計的各個階段對設計的零件進行測試和分析,以便能設計更好的產品。

本文將以變壓器外殼鈑金件為例,詳細介紹SolidWorks軟件在鈑金設計中的應用過程和應用方法。

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,第一種是創建一個實體零件,然后將其轉換為鈑金,可稱為基于實體造型的鈑金件設計;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計模塊的鈑金件設計第二種方法從最初設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在鈑金件設計中的應用有限元分析培訓課程圖片1     2鈑金件展開圖

    在沒有引人CAD技術之前,對鈑金件下料尺寸主要采用等分投影法,根據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是鈑金件最后一個特征:在Feature Manager設計樹中,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,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。得到直觀的鈑金件三維展開圖之后,我們可根據鈑金成形工藝設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構進行修改,從而提高產品的質量。

    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,便于指導生產加工。

    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

    打開變壓器外殼鈑金零件,進人COSMOSWorks管理設計樹,生成"研究",網格類型選擇實體網格,分析類型為靜態分析,選擇延性鐵材料。

    3.3應用約束

    在使用和安裝過程中,變壓器兩個孔是固定的根據這種實際狀況,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在鈑金件設計中的應用有限元分析培訓課程圖片2

    3.5網格劃分.并運行研究

    選擇高品質的標準網格器,設定雅各賓式檢查為4,選擇光滑表面的網格控制方式,設定網格整體大小為1mm,開始網格劃分并運行研究。

    3.6結果分析

    完成分析計算之后,系統自動得到應力應變位移等默認圖解,我們根據需要添加Mises應力圖解,顯示最大注解和最小注解,如圖3所示,根據計算后的應力應變位移及3.7的最小安全系數來判斷該結構在使用時符合安全要求。
    SolidWorks在鈑金件設計中的應用有限元分析培訓課程圖片3

    3.7工況2的計算

    與"研究1"設定方法相同,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,其它設定和求解方法與工況1相同,經計算可得到4個爪在安裝過程中發生變形,結構需重新設計,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果,對結果進行分析新結構符合使用要求。

    4結束語

    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、面積和質量;與之無縫集成的COSMOSWorks軟件能夠對設計產品進行強度計算,并通過計算結果對設計產品進行優化和改進,從而非常方便地完成鈑金件的設計。
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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