天方地橢圓錐體的SolidWorks展開及成形胎模設計

■秦皇島秦冶重工有限公司 （河北 066318） 董 輝 王永龍

天方地橢圓錐體的SolidWorks展開及成形胎模設計

■秦皇島秦冶重工有限公司 （河北 066318） 董 輝 王永龍

摘要：本文介紹了利用SolidWorks三維軟件展開天方地橢圓錐體的過程及實際工件成形胎模設計的過程，并闡述了該類零件造型的優(yōu)化和節(jié)約成本的制作方案。

秦冶BCQS型成套無料鐘爐頂隨著冶煉行業(yè)的發(fā)展和國內(nèi)外市場的需求而不斷被優(yōu)化、改進、完善，目前已經(jīng)完成了成熟的技術(shù)儲備和完整的制造能力。本文挑選一例接近天圓地方的卻又有所不同的的工件來闡述初期制作的方案和后續(xù)生產(chǎn)時的改進。

在眾多的資料、文獻中常見“天圓地方”類零件，但是在工廠實際生產(chǎn)中，往往會出現(xiàn)其變體，天方地橢圓就是其中一例，如圖1所示。該零件名稱為過渡連接，板厚25mm，殼體內(nèi)裝配相同形狀的內(nèi)襯套（鑄造，KTmCr26）。由于該殼體零件既無法按照鈑金零件手工制作，又無法采用常規(guī)方法進行鑄造（可以精密鑄造，但是成本太高），為了節(jié)約成本，面對逼近的交貨期，果斷安排對該件進行4段分割，然后分段進行加熱壓制，效果良好。

圖1　過渡連接

1. 設備選擇

該過渡連接工件存在理想的漸變彎曲，所以決定對工件進行加熱，加熱溫度為700～750℃，壓制設備選擇500t的油壓機。

2. 工件拼接方案確定

圖2所示為本次分段壓制的拼接方案，分段線選擇在交界處中心，該方案只需要制作一套壓制胎模，用于壓制分段①、③即可，剩余的分段②、④采用油壓機壓制母線成形（分段②、④本文不做闡述）。

圖2　分段方案

3. 借助三維軟件展開各分段

（1）在前視基準面，繪制橢圓草圖，其中45°線為后續(xù)分割用線/點（見圖3）。

（2）繪制基準面。根據(jù)前視

基準面，平行偏移243mm，作為繪制方形截面的基準面。

圖3

（3）繪制方形草圖（見圖4）。

圖4

（4）在鈑金工具中，選擇“放樣折彎”（見圖5）。

圖5

（5）繪制分段處拼接（分割）基準面，根據(jù)上、下兩草圖中繪制的45°分線/點，繪制分割基準面（見圖6）。

（6）在特征功能欄中，選擇“分割”命令，至此分段①、③造型完畢（見圖7）。

圖6

圖7

（7）“平板型式”展開成平板（見圖8）。為了平板型式中可以順利展開，在操作（6）中分兩次分割，生成兩個工程圖后再截取需要部分的草圖。

圖8

4. 成形胎模設計

成形胎模三維設計在原過渡連接三維實體中進行，因上胎的三維設計過程與下胎相同，下文只針對下胎的設計步驟進行敘述，上胎設計過程不再贅述。

（1）確定胎模上、下連接底板的位置尺寸，如圖9所示，以右視基準面為基準，進行平行偏移，下胎基準面偏移310mm，上胎基準面較下胎基準面偏移350mm。

圖9

（2）在下胎基準面上繪制草圖（見圖10），確定胎模主板各板厚及各件主板間的間隔，板厚16mm，間隔29.4mm。

圖10

（3）選擇特征功能欄中的“拉伸命令”成形到分段①、③內(nèi)壁曲面（見圖11、圖12）。

圖11

圖12

（4）繪制下胎底板，厚度16mm即可。至此，隱藏過渡連接工件，下胎初步繪制完成（見圖13）。

圖13

（5）SolidWorks三維轉(zhuǎn)換到CAD二維繪圖，進行胎模尺寸優(yōu)化。由于過渡連接內(nèi)外壁均為曲面，胎模主板拉伸到曲面的截面也是曲面，此時需要對胎模下料外形輪廓進行優(yōu)化，如圖14所

示。按照優(yōu)化后的輪廓進行排版下料即可。

圖14

5. 壓制工藝流程及注意事項

壓制過程較為簡單，油壓機安裝胎?！徇\工件到胎模→搬挪工件到胎模中心→油壓機施壓→油壓機上移并在上胎與工件間放置等高壓塊→油壓機再次施壓→壓制完成→使用樣板劃線截取需要的分段①、③，如圖15所示。

圖15

注意事項：①壓制前確保工件紅熱狀態(tài)（見圖16），從加熱爐/退火窯中取出時可放置在燃燒的焦炭上方以保持工件的溫度。②搬運工件時采用自制搬運卡爪，以防燙傷。③向油壓機上安裝上、下胎模時必須保證上、下胎模中心重合。④工件放置到胎模上，先進行試壓，觀察工件的成形狀況，隨時調(diào)整工件的位置。⑤在進行到最后階段，應該在上胎與工件之間放置等高塊以保證過渡連接邊緣部位成形到位。⑥在工件上使用樣板截取輪廓時，注意查看樣板母線防線與工件壓痕貼近，以保證截取輪廓準確性。

圖16

6. 過渡連接工件最終成形

在平臺上劃出天方地橢圓的輪廓線，按照輪廓線組對分成4段的過渡連接并加以矯正后焊接（見圖17）。

圖17

7. 改進方向

（1）增加板厚。在結(jié)構(gòu)或者質(zhì)量允許的情況下，盡量采取鑄造手段成形，可以加厚過渡連接的板厚到32mm，方便鑄造成形。

（2）減小板厚。設計成板厚≤16mm，可以冷壓成形，也方便后期矯正。

（3）在板厚不變的情況下，取消方口四角的R圓弧，直接改為尖角，按照圖18所示進行拼接，其中分段①、②、③、④各有2件，①、③分段為三角形，②、④分段為異形，在油壓機上使用通用胎模壓制母線成形。

圖18

8. 結(jié)語

本次工裝設計較為完美地完成了天方地橢圓零件的制作，在過渡連接內(nèi)襯套（KTmCr26）已經(jīng)成形、工期緊張、節(jié)約精密鑄造成本的情況下，采用快速的成形壓制工裝制作過渡連接殼體是一種合適的工藝方法選擇。該工藝方案過程簡單明了，只是后期的鉚工矯正較為繁瑣。

第一次成形胎模壓制后在生產(chǎn)中改進了工件結(jié)構(gòu)，將過渡連接殼體、內(nèi)襯套（KTmCr26）均取消了方口側(cè)R圓弧角，避免了成形胎模制作代料的成本增加。

參考文獻：

[1] 葉林，徐愛莉，李學義. 天圓地方變形接頭展開法的探討[J]. 山東機械，1996（1）：27.

[2] 劉萍華. 基于SolidWorks的鈑金件立體展開放樣[J]. 現(xiàn)代制造工程，2007（10）：61-62.

專家點評

天方地橢圓屬于不規(guī)則形狀，制作中展開放樣一直是難度比較高的工藝過程，尤其對于那些必須采用熱壓的壁厚結(jié)構(gòu)，更顯得困難。作者利用電腦軟件展開放樣和胎具設計，提供了一種可行的制作方法，連同制作過程中的經(jīng)驗，都十分有必要向廣大讀者介紹。

收稿日期：（20150516）