一个合格的钣金件，只需一招，让你从此焕然一新！

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来源：《钣金与生产》杂志2023年第6期/全文2958字，阅读需要7分钟

文/韩一健·江苏海利风电设备科技有限公司

在海上风电设备制造领域，经常将厚钢板卷成筒体并进行焊接。 对于两端平行的直筒来说，展开后就是一块矩形钢板。 只要计算好展开长度，卷成圆并返回圆背焊接就比较简单了。 这一点在安风华的研究文章《单层厚壁圆筒展开长度的计算》中有详细解释。 然而，当带有斜切的圆柱体进行斜切时，斜切必须将端部展开后，才是曲线。 如果展开曲线不准确，修圆后焊接时会出现两零件干涉或间隙过大，大大增加焊接工作量，严重影响质量和交期。 斜切厚壁圆筒没有斜角，焊接不方便。 这种情况在实际应用中很少见。 为了让大家了解钣金的特性，本文将从不带斜角的斜切圆柱体开始。

不带斜角的斜角圆柱体的钣金形状

钣金是金属板材（通常小于6mm）的综合冷加工工艺。 其显着特点是同一零件的厚度一致。 从上面的定义我们可以看出，钣金有两个特点：第一，钣金适用于薄板，但不适用于厚板。 厚壁圆柱钣金件的图纸可以为加工提供参考，然后结合各公司的具体情况可以适当调整，具有一定的参考价值。 其次，同一钣金件的厚度一致，定义中强调“显着”二字。 对于斜切圆柱体，斜切处的厚度是渐变的。 当它制成钣金零件时，厚度会相同，从而使本体的某些部分与原始零件相比增加或减少，与原始斜切的形状不一致。

钣金零件通常在 Pro/E 零件下的钣金子类型内建模。 为了清楚地看到转换后钣金切口的变化，您需要首先在实体子类型中建模，然后转换为钣金零件。 这样，更换驱动面时，气缸的内径和外径就不会发生变化。

画出如图1所示的两个零件。首先画出上面的三角形部分（该部分只是为了切割圆柱体和检查干涉，所以画了一个简单的形状）和一个内径为1000mm，高度为1900mm的直圆柱体厚度为50mm。 拔出圆柱体时，在开口处留有1mm的间隙，以便以后膨胀。 当然，你也可以在钣金子类型下打开，然后组装成一个整体，利用三角形的斜角来切割圆柱体； 打开圆柱体零件，在菜单“零件”上选择应用程序下的“钣金”，右侧弹出钣金零件转换菜单管理器，选择圆柱体的外圆作为驱动面。

图1 厚壁圆柱及三角干涉检查件

实体模型和转换后的钣金零件之间的比较如图2所示。可以清楚地看到切口发生了变化。 这是因为钣金的特点是同一零件的厚度一致，会弥补斜切时缺失的材料。 去除多余的材料，使沿板厚方向的表面垂直于驱动面。

图2 实体模型和转换为钣金零件的比较

分析装配背景下的全局过盈量，如图3所示，两零件的过盈量为745645mm3，可见过盈量主要集中在斜切的高侧。

图3 驱动面为外圆时圆柱体与三角形件的干涉分析图

重新选择圆柱内圆作为驱动面，如图4所示，可见干涉量为768867mm3，干涉主要在斜切的低侧。 从以上数据可以看出，当驱动面选择为外圆或内圆时，干涉体积变化不大。 区别仅在于干扰发生在哪个部分。 为了直观起见，将干扰量换算成重量约6kg。 可以看出，焊接时需要去除很大一部分材料，而且不是在同一个地方去除，导致加工困难。

图4 驱动面为内圆时圆柱体与三角形件干涉分析图

一侧有斜角的斜角圆柱体的钣金形状

根据之前绘制的图形，将圆柱体外侧倒角至钣金子类型内的C47，只留3mm平台（实体子类型内不能进行倒角，实体子类型内倒角不可能干涉，但零件不是钣金零件，无法转换为钣金）。 对不同驱动面选择的分析表明，选择外圆为驱动面时的干涉量为279442mm3，选择内圆为驱动面时的干涉量为5416.60mm3。 前者约为后者的51倍。 可见，在外侧开斜角时，应选择干涉体积内圆为驱动曲面。 外侧倒角后，去除外侧的材料，只接触内侧。

如果改为C47缸体内侧倒角。 通过选择不同的驱动面，分析结果如下：当选择外圆为驱动面时，干涉体积为5915.95mm3，当选择内圆为驱动面时，干涉体积为302049mm3。 看三维组装图，可以明显看出，高处的差距也非常大。 大的。 由此可见，在对内侧进行倒角时，应选择外圆作为驱动面，这也符合直观的想法。

两侧带有斜角的倒角圆柱体的钣金形状

现在将圆柱体的外倒角设置为C30，内倒角设置为C17，中间也留出3mm的平台。 选择不同的驱动面进行分析结果：选择外圆作为驱动面时，干涉体积为343437mm3。 当选择内圆作为驱动面时，干涉体积为163161mm3。 当选择内圆作为驱动面时，干涉体积较小，但干涉体积为单边坡度。 口的30（163161/5416.60）倍。 如果仔细观察，可以发现两部分的实际接触点实际上是在3mm平台处。 那么3mm平台处的圆柱面可以作为驱动面吗？ Pro/E 只能选择零件的内圆或外圆作为驱动面。 经过再三考虑，我决定在画画的时候做出改变。 尝试将3mm平台处的圆柱面与三角形部分的30°斜面相交（此处选择3mm平台）内圆柱最高点的高度值1852.08mm和最低点的高度值1255.10mm将曲面（即半径为R=500+17=517mm的圆柱面）作为驱动面的最高点和最低点的值，这样在圆柱体上进行斜切时，做不要选择上面三角形部分的30°斜面作为切割面。 而是根据刚刚确定的最高点和最低点的值，在驱动面上绘制一个新的切削面（在倒角的情况下选择内圆）作为圆柱体。 切口如图5所示。测量新截面的角度为30.84°。 可以看出，两截面之间夹角较小，但与圆柱体中心线相交的高度相同。

图5 驾驶面替代图

利用该方法绘制一个两侧都有斜角的倒角圆柱体，分析干涉体积，如图6所示，显示为5253.81mm3，约为0.04kg。 看起来很理想，但这种绘制方法会产生干扰。 体积变小，间隙会变大吗？

图6 传动面修正时圆柱体与三角形件干涉分析图

翻开装配图，发现很难观察。 然后将装配图每隔30°将圆柱体剖成一段，以便观察。 如图7所示，可以看出0°截面处圆柱体的3mm平台与三角形部分的斜面紧密相连。 贴合时，基本不存在干涉或缝隙。 其余三段始终有一个角尖与3mm平台处的斜角接触，另一角与三角形部分有间隙或干涉。 这是由于钣金厚度一致造成的。 。 从干涉图中可以看出，一般选择内圆作为驱动面时，干涉发生在低点处。 如果绘制剖面时将驱动面低点的高度值稍微调低至1255.10mm，则干涉量会变小，但间隙会稍大一些，这样焊接起来会更容易。

图7 修改驱动面时圆柱体及三角形件剖视图

双边斜角倒角圆柱扩径

一旦获得两侧都有斜角的斜面圆柱体的钣金 3D 绘图，在 Pro/E 中展开它就相对简单。 通常情况下，零件是根据中性层展开的。 Pro/E 钣金中的 K 因子反映了中性层的位置。 当K=0.5时，中性层为板厚的一半。 根据参考文献《单层厚壁圆柱体展开长度的计算》：中性层的位移可以利用材料力学方法计算，但计算较复杂，通常采用实验方法。 借用参考文献，根据R/S（气缸内半径/气缸壁厚）=500/50=10，根据表格可查到位移系数X=0.47，见表1。 生产时的位移系数，可以参考图8将材料裁剪出来，做斜角，然后卷成圆形。

表1 中性层位移系数

图 8 展开视图

结论

厚壁圆筒是由较厚的钢板卷制而成。 根据钣金的定义，它们不属于钣金件的范围。 通常厂家的做法是布局布局，但是布局的时候，并没有比较直观的感觉。 通过Pro/E绘制三维钣金零件图，然后辅助绘制剖面的二维工程图。 可以清晰地看到干涉或间隙位置以及干涉体积的大小。 在计算展开长度时，虽然受到钢材的材质、轧制时的应力、钢材是否加热、各厂家设备和工艺的差异等诸多因素的不利影响，但这些因素可以通过以下方式进行调整：实践经验。 因子的值即可求解。 因此，利用Pro/E绘制倒角圆柱体的3D钣金零件图及展开图，对于加工两侧带斜角的倒角圆柱体具有很大的参考价值。 按照本文的思路，也可以画出一个圆弧面的圆柱体。 当然，要考虑的情况会变得更加复杂。

关于作者

韩一健，高级工程师，主要从事模具、数控机床、风电塔筒内件等机械相关工作，发表论文10余篇。

韩一健

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