中厚板螺旋面的變通加工方法

中厚板螺旋面的變通加工方法鄭州紡織機(jī)械股份有限公司劉洪杰摘要：對(duì)于中厚板且零件較大的螺旋面，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體模具壓制成型的情況下，可利用多平面過(guò)渡成形，間接實(shí)現(xiàn)螺旋面的加工成型。關(guān)鍵詞：螺旋面加工方法1：前言薄板管道類(lèi)零件的應(yīng)用相當(dāng)普遍，其加工制造方法和相應(yīng)的展開(kāi)計(jì)算也已相當(dāng)成熟，尤其是展開(kāi)計(jì)算方面，計(jì)算機(jī)自動(dòng)展開(kāi)軟件的應(yīng)用使得原先管道加工中的難點(diǎn)-零件展開(kāi)計(jì)算變得輕松而高效。但是，管道類(lèi)零件的加工制造過(guò)程中也存在一定的難點(diǎn)，尤其是在中厚板零件的加工中。對(duì)于非可展曲面，由于受設(shè)備、模具等方面的影響，一直無(wú)法進(jìn)行精確的計(jì)算與加工，以至于需要反復(fù)修改驗(yàn)證，才能獲得較好的效果。2：加工實(shí)例2.1：零件分析06年9月，我公司承接某加工制造任務(wù)，其中直角方口變徑管道共出現(xiàn)了4種，典型的零件如下圖所示。（圖1：92度方口變徑管道三視圖）分析：該零件上口為1300mmX1300mm方口，前方為2310mmX990mm長(zhǎng)方口，內(nèi)側(cè)片彎曲半徑150mm，外側(cè)片彎曲半徑1300mm。單側(cè)螺旋上升505mm，1/4螺旋上升與內(nèi)側(cè)半徑比值為3.37，材料3mm冷軋不銹鋼板。該零件的第一個(gè)難點(diǎn)在于側(cè)片的展開(kāi)計(jì)算與加工，理想狀態(tài)下側(cè)片的形式應(yīng)該為螺旋形式。由于螺旋面為非可展開(kāi)曲面，任何的展開(kāi)計(jì)算方法都為近似值，因此造成零件成型后與實(shí)際尺寸都有一定的差別。另一個(gè)難點(diǎn)在于側(cè)片的成型，由于螺旋面的變形來(lái)自于材料自身，只能采取模具壓制才能得到理想的形狀，當(dāng)零件較大，模具不能實(shí)現(xiàn)的情況下一般采取類(lèi)似圓錐的加工，這只能使材料本身發(fā)生向固定方向一側(cè)的彎曲，而不能得到真正意義上的螺旋

形式。如果板材是小于1mm的普通板材，靠人為的修正還能使其進(jìn)行組合。但該零件為3mm冷軋不銹鋼板，靠手工根本無(wú)法成型。2.2:傳統(tǒng)的展開(kāi)計(jì)算及加工方法存在的問(wèn)題方口曲3宙踽件展開(kāi)法圖4側(cè)板展開(kāi)圖左壩圖組合后，背板仍有近500毫米組焊不到一起。左圖是該類(lèi)零件的傳統(tǒng)展開(kāi)計(jì)算方法，首先，它是按照求實(shí)際長(zhǎng)度的辦法來(lái)獲得零件的展開(kāi)形狀，但是這種計(jì)算方法存在一個(gè)問(wèn)題。其側(cè)片是靠求出等分點(diǎn)之間的實(shí)長(zhǎng)，組成首尾相連的幾個(gè)三角形對(duì)接的方法獲得，而在實(shí)際加工中，由于側(cè)片發(fā)生的變形不固定，這些在圖紙上存在的實(shí)長(zhǎng)線在實(shí)際零件中不可能正好存在，造成誤差，影響加工精度。其次這種展開(kāi)方法只是用于標(biāo)準(zhǔn)的90度變徑方口且內(nèi)圓弧相對(duì)較大的零件。我們分析圖紙可以看出，該零件主視圖內(nèi)側(cè)板R150圓弧上端長(zhǎng)度256mm2.2:傳統(tǒng)的展開(kāi)計(jì)算及加工方法存在的問(wèn)題方口曲3宙踽件展開(kāi)法圖4側(cè)板展開(kāi)圖左壩圖組合后，背板仍有近500毫米組焊不到一起。且實(shí)測(cè)后方口高度高了110mm，前后距離短我們按照該方法展開(kāi)后，進(jìn)行了首件試制。試制結(jié)果證實(shí)了我們的推斷。兩側(cè)面螺旋面無(wú)法折彎成型；整個(gè)結(jié)構(gòu)根本無(wú)法自然的組合在一起；強(qiáng)制進(jìn)行了且實(shí)測(cè)后方口高度高了110mm，前后距離短2.3分析改進(jìn)首先我們?cè)贑AD中作出了該一小段螺旋面的三維模型（圖3），分別由四個(gè)邊A、B、A’、B’構(gòu)成，從圖中可以看出螺旋面的變化趨勢(shì)。如果我們用虛線段C將該螺旋面的兩個(gè)相對(duì)的頂點(diǎn)相連，這樣就形成空間兩個(gè)共邊但不共面的三角形ABC和A’B’C，通過(guò)這兩個(gè)三角形的過(guò)渡從而實(shí)現(xiàn)了螺旋面的扭曲。我們可以通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)三角形的尺寸可以做出展開(kāi)圖，然后沿對(duì)角兩個(gè)定點(diǎn)進(jìn)行折彎，則可以完成螺旋面的過(guò)渡。雖然其表面不是螺旋面，但是他四條邊完全在螺旋面的對(duì)應(yīng)位置。然后我們通過(guò)多個(gè)小的螺旋片的對(duì)接，以一個(gè)近似于旋轉(zhuǎn)樓梯的形式從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的螺旋曲面過(guò)渡形式。圖4是按照這種思路在電腦上合成的整個(gè)螺旋面的效果圖，圖5是實(shí)際加工的零件照片。圖3圖43：基本加工方法圖53.1展開(kāi)計(jì)算我們使用圖3圖43：基本加工方法圖53.1展開(kāi)計(jì)算我們使用AUTOCAD軟件，首先在計(jì)算機(jī)中做出零件的三維實(shí)體（如圖4），然后通過(guò)炸開(kāi)命令，使其分解成基本單元。對(duì)于平面類(lèi)的形狀，我們可以直接復(fù)制使用；對(duì)于圓弧面的形狀，我們可以直接測(cè)量其空間尺寸，然后在平面坐標(biāo)系中二次繪制，從而得到管道各個(gè)面的展開(kāi)圖，并將展開(kāi)圖以dxf文件格式導(dǎo)入激光切割機(jī)的編程軟件。側(cè)片的展開(kāi)圖中一定要按照三維模型中螺旋面各過(guò)渡三角形的尺寸進(jìn)行拼接，并測(cè)量各過(guò)渡面的角度和方向。展開(kāi)圖中標(biāo)記好各輔助線的位置，便于我們后續(xù)加工折彎成型。（見(jiàn)圖6）3.2零件的加工對(duì)于圖4中的前后兩片的加工，我們采取激光切割下料一四輥卷曲圓弧一冷作修整的工藝方法。對(duì)于兩側(cè)的螺旋面零件的加工，我們采用激光切割下料并刻蝕出各過(guò)渡三角形交接處的輔助線一折彎?rùn)C(jī)以輔助線為折彎的基準(zhǔn)線，按照CAD中測(cè)量出的各平面之間的夾角折彎成形一冷作修整成形的工藝方法。組焊時(shí)我們沒(méi)有采用專(zhuān)門(mén)的擺焊工裝進(jìn)行零件的拼合，而是采取零件以成形邊為基準(zhǔn)直接對(duì)接組焊的方法，由于單個(gè)零件的尺寸精度較高，組焊后整個(gè)零件的方口高度尺寸901和910控制圖6在5mm以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的效果。4：結(jié)束語(yǔ)雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了很多模塊化的展開(kāi)軟件，只需要輸入簡(jiǎn)單的數(shù)值便可實(shí)現(xiàn)精確的展開(kāi)，但是其購(gòu)買(mǎi)使用費(fèi)用卻相當(dāng)可觀，而且管道類(lèi)零件千變