淺談鈑金零件的展開與特征識別的研究

摘 要：鈑金類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、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)計以及對這些特征設(shè)計的具體分析，最后通過物理方面的理論知識驗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

中圖分類號：TG386 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0126-01

從現(xiàn)階段的發(fā)展形勢來看，鈑金零件已然得到了長足性的運用，例如在汽車以及化工等諸多行業(yè)中的運用，同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造水平同樣也得到了長遠的發(fā)展和革新，在諸多產(chǎn)品中，帶有曲面的鈑金件的運用頻率將出現(xiàn)的越來越高。除此之外，鈑金計算機輔助工藝規(guī)劃可在正常工作當(dāng)中強化所有工作人員的工作效率，同時也能提升企業(yè)在市場中的競爭力。所以，對鈑金件的不斷研究和革新具有深遠的工程價值和意義。

1 鈑金零件特征設(shè)計

現(xiàn)階段，按照鈑金件所具有的一些特點，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不足之處，也就說，如果對造型的定義出現(xiàn)了誤差，那么，對這種誤差的更新工作是相當(dāng)?shù)睦щy，同時也存在較多的復(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)耐晟疲绕浔憩F(xiàn)在對一些工程信息的表達上。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中可以明顯的看出，倘若要創(chuàng)建一個模型，而這個模型不但要對鈑金件所具有的一些特點進行反映，同時又可在一定程度上符合CAD等系統(tǒng)要求，那么，我們運用特征造型技術(shù)可為是一個行之有效的渠道。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，同時也能對現(xiàn)階段在幾何造型方式中所遇到的一些常見問題進行較好的處理和解決。

所謂特征，也就是對信息進行描述的一種集合體，它除了具有一定的特定形狀，同時也能對一些工程語義進行較好的表達，在設(shè)計以及制造等工藝中可得到較好的運用。完全實現(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)，同時也為參數(shù)化特征造型可實現(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值的一個實體。在產(chǎn)品定義中，零件形狀及其架構(gòu)是關(guān)鍵之處，怎樣通過形狀特征等對某個產(chǎn)品所具有的一些形狀和架構(gòu)進行一定的描述，是特征建模過程中的關(guān)鍵，對所有的鈑金件來講，均能將其通過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，通過一系列的特征進而形成一個鈑金件，這些特征間通過彼此聯(lián)系的方式進而又形成一個相當(dāng)完善的零件。按照鈑金件具有的一些特點，我們對鈑金件所具有的特點歸納為彎曲特征與平面特征。對平面特征來講，它是整個零件的一個最為基本的構(gòu)成部分，屬于連接彎曲的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對彎曲特征，它是通過不同的加工流程進而形成的一種形狀，這種特征主要通過彎曲屬性以及相應(yīng)的幾何元素等進行反映。

3 對鈑金件基于能量法的曲面展開算法

對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前后面積不變這一原則對曲面進行展開。

能量法就是從能量的觀點出發(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)系式來分析、計算、檢驗待求解的問題。基于能量法的曲面展開算法，首先依據(jù)面積不變原則將曲面三角網(wǎng)格模型中的三角形逐個展開到二維平面上，展開過程中部分已展三角形會影響后續(xù)三角形的展開，導(dǎo)致展開過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結(jié)構(gòu)的完整，我們將三角形的展開分為無約束展開和約束展開。對于約束展開，構(gòu)建能量模型對展開點進行修正，從而使展開結(jié)果更加合理。曲而的三角形個部展開后，以曲而離散點為研究對象，計算各點的變形能，再次對展開后的各點位置進行修正，得到最后的展開結(jié)果。

3.1 三角形的無約束展開

利用該算法對曲而進行展開時，同樣要先選擇展開基點。包含展開基點，且第一個被展開的三角形被稱為基三角形。基三角形從空間到二維平面的映射過程中形狀不發(fā)生任何改變。基三角形展開結(jié)束后，圍繞基三角形對其他三角形進行逐個展開。

3.2 三角形的約束展開

在某些三角形的展開過程中，兩個頂點已經(jīng)被展開，而第三個頂點已經(jīng)在其他的三角形中被展開了，稱這一類三角形的展開為約束展開。不可展曲面的三角化模型中，在兩個三角形中對同一點進行展開時，得到的展開位置會不重合。

3.3 變形能的計算和調(diào)整

當(dāng)外力作用于彈性體時，彈性體發(fā)生變形，外力作用點將發(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程中積蓄了一定的變形能，且該變形能來源于外力所做的功，在結(jié)構(gòu)體彈性變形過程中，如果忽略功能轉(zhuǎn)換過程中的微量損失，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，這些桿件在展開為平面后，桿的長度改變，發(fā)生了一定的變形，因此可以將曲面展開理解為在外力的作用下將曲面壓平，在此過程中假設(shè)彈性體每一個瞬間都處于平衡狀態(tài)，如果忽略功能轉(zhuǎn)換過程中的微量損失，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

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

參考文獻

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