摘要：对于钣金件所进行特征研究是以“零厚度”为基础，并提出一个全新的方法使钣金件完成自动展开工作。文章就对钣金件自动开展所使用的新方法进行探讨，通过探讨发现其相对于其他方法来说脱离了对三维平台所产生的依赖，展开过程也变得更加简单和便捷。
关键词：钣金件；自动展开；新方法
前言：当前，对钣金件所使用的造型方法主要包含了二维和三维两种方法，这些方法的使用十分依赖于产品信息，对于其他非几何信息难以进行有效处理。为了克服此类方法本身所具有的局限性，特征造型便被人们提出，并在钣金件造型中得以应用，从其所产生的效果来看较为理想。
一、“零厚度”钣金件简介
（一）”零厚度“概念
有很多学者在构造钣金件时进行相关实践，并说明当处于“零厚度”这一条件时，通过借助各类约束来实现相关设计工作。由于母钣自身厚度是相同的，所以人们在钣金件进行分析时应当将其看成是由多个零厚度面共同连接在一起而组建的，这也就是人们所说的“零厚度”假设[1]。在该假设下，钣金件所有面都可以看作是无厚度面，此时可以选择使用B-rep法来对其自身数据结构进行表示。但是，因为人们将钣金件看作是零厚度面，因此B-rep中体这一概念应当随之发生变化，其应当被视为各面集合。
（二）“零厚度”条件下特征设计
在此条件下，要想设计钣金件所有的特征时主要具备以下两种特点：第一，将其都看作是由零厚度面所构成的，促使设计工作能够降低对软件所产生的依赖，在设计中与三维造型系统相比较将会变得更加便捷。第二，在对其自身边界进行表示时，所选择的方法为边界表示法，促使人们在对钣金件上所进行的计算工作将变得更加简单和方便。
二、钣金件特征类型
当CAD系统是以特征为基础而形成的，如果以某一规则对特征来进行相应的操作与定义将会产生非常多的好处，例如将以生成方式为标准，将其本身所具有的特征进行归类和划分，在对此类特征所使用的计算方法进行创建时只需要构建一种方法饥渴，不需要对每一种特征都创建出相应的方法[2]。对于钣金件本身所具有的特点，可将其划分两种类型：（1）主特征。该特征主要是指钣金件本身构成部分所具有的特征，其主要包含了弯曲特征和平钣特征；（2）辅特征。其指的是圆孔、方孔等特征，是依附于主特征而存在的。
每一个钣金件都能够划分出众多的特征，由于其本身所存在的关系可将其构成健全的钣金件。对于钣金件本身所具有的特点，可将钣金件所具有的特征划分成以下两种类型：（1）附属特征。所谓附属特征是依赖于其他的特征而无法独立存在的，也就是附属特征需要依附在主特征上；（2）相邻特征。该特征主要是指邻接关系，互相之间独立存在的特征。每个特征本身能够拥有众多相邻特征，这些特征本身所拥有的地位是相同的。
三、钣金件特征建模
钣金件中所含有的特征间拥有十分紧密的联系，而通过利用各个特征之间所存在的关系来对产品的具体情况进行描述，这是特征建模需要重点思考的问题。在以往，利用图数据结构来表示钣金件本身所具有的特征，在对这些数据结构进行处理时关系相对较多，而且也较为复杂，数据量也过多，这对于计算机处理来说是非常不利的[3]。文章在特征建模上所采用的是链表和二叉树两种数据结构来进行构建。根据主特征本身所具有的作用先定义基准特征，就是以该特征位置为基准，其他特征位置相对该特征位置所发生的变化，再利用各个主特征所具有的关系，将钣金件根据多叉特征树进行分解，此特征树所存在的树根就是基准特征，树叶节点所表示的为主特征，树干则表示各个特征之间所存在的关系。由于在对多叉树本身的数据结构所进行的操作处理相对较为麻烦，所以通过采用克努特变换将原本的多叉树结构进行处理和改变，最后形成二叉树结构，如此便可以将特征设计变为对特征二叉树所进行的设计I。
四、钣金自动展开
（一）长度计算
在进行设计时，人们可将钣金件看作是无厚度面所形成的集合，但是在钣金件形成过程中，厚度因素是需要人们重点考虑的因素。现阶段，可以使用中性层来确定具体的展开尺寸，所谓中性层则是指当金属钣金件发生弯曲以后，由于外边部分受到拉力作用而边长，内部部分受到压力以后则会变短，在内外之间所存在的才来既不能够被拉长，而不可将其缩短，其被人们中性层（如图一所示）。
图一 中性层
如图二所示，A和B两面为没有发生折弯的区域，而C面则是发生弯折的区域。L1L2则是钣金件外表面设计时的尺寸，LALB为A、B两面的尺寸，R则是弯曲发生变形区域中性层自身的曲率半径，r代表的为内圆角半径，A面和B面之间所形成的夹角为σ。图三则是钣金件在展开以后所形成的示意图，其中L＇A、L＇B、L＇C所表示的为三个面相对应的尺寸，因此钣金件展开长度为
L=LA+LB+R*σ L=L1+L2+R*σ-（2r+t）
其中L所代表的为展开之后的长度，H则代表的为A和B两个面所形成的夹角，R则中性层曲率半径，r为内圆半径，t为钣金件厚度，所以R=δ*t+r，其中δ所表示的为中性层偏移系数。
图二 未展开钣金件 图三 展开后的钣金件
五、钣金件展开过程
根据文章研究所使用特征建模方法和钣金件自身所具有的特点，要想使钣金件自动展开可以选择中序遍历特征二叉树的方法，其具体内容为：第一，应当对中序遍历二叉树，将所有结点按照一定顺序进行“连动”展开，其主要是指当两个相邻的面，其中一个已经展开，而另一个面在开展过程中也要对已展开面进行处理。第二，为了能够有效避免重复搜索特征实体，在对特整体二叉树进行遍历时不对辅特征进行搜索，当主特征全部完成展开时，再利用辅特征，以此来完成钣金件的展开工作[4]。
总结：总之，文章所提出的自动展开方法属于一种新方法，与其他方法相比较具有明显特点：（1）对钣金件自动展开算法进行计算时是以“零厚度”假设条件为基础，将钣金件看作是相邻零厚度面所构成的，使得展开过程脱离了三维平台，在计算上变得更加简便。（2）进行特征分类，同时使用特征二叉树存储结构以钣金件本身特征间的关系为基础。（3）使用遍历特征二叉树的方法来对钣金件进行自动展开，其方法有利于钣金件自动展开，而且还能够大大避免钣金件出现重复搜索的情况。
参考文献
[1]茅杰,马春华,钱宏辉,等.钣金展开计算方法研究及应用[J].制造业自动化,2016,38(10):70-73.
[2]祝德春,吴明,韩德斌,等.面向工业4.0的智能制造系统钣金件自动展开技术研究[J].机械制造与自动化,2016(6):242-247.
[3]徐开宝,王旭.拉伸及冲压钣金件的展开计算实例[J].山东工业技术,2016(13):27-27.
[4]邹泽昌,杨开怀,周长海,等.90°三节渐缩弯头钣金件的放样展开方法研究[J].新技术新工艺,2016(10):7-9.
论文作者:钱一萍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
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