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基于Pro/ENGINEER钣金设计模块的异型纸盒结构设计
2017-05-11 22:05:48  作者:韩炬 裴未迟 张利   来源:互联网
  •   由于纸材料的特性,纸盒设计不同于塑料、金属及玻璃等材料的容器设计,在进行纸盒包装设计时,单进行造型设计是不全面的,需要准确的展开结构设计。纸盒的设计应该是一个由立体造型展开成平面结构的过程。传 ...

  由于纸材料的特性,纸盒设计不同于塑料、金属及玻璃等材料的容器设计,在进行纸盒包装设计时,单进行造型设计是不全面的,需要准确的展开结构设计。纸盒的设计应该是一个由立体造型展开成平面结构的过程。传统的异型纸盒设计的方法效率低、可修改性差,很难准确快速地获得纸盒的结构图,操作难度较大。马振国提出的应用NX的钣金设计模块进行异型纸盒轮廓面展开方法,为异型纸盒结构设计打开了新的思路,但是由于异型纸盒种类较多,在应用三维设计软件的钣金模块进行异型纸盒展开的具体操作时,需要将问题更加细化。笔者基于Pro/ENGINEER的钣金设计模块,对不同种类的异型纸盒的展开方法进行详细分析。

  1 异型折叠纸盒的分类

  广义上异型纸盒指除了直角六面体之外的其它盒型,既可以通过基本的成型方法成型,也可以在基本结构的基础上通过一些特殊的设计技巧加以变化。基本立体根据构成自身面的不同有平面立体与曲面立体之分,表面全部由平面构成的立体为平面立体,表面由平面与曲面共同构成或全部由曲面构成的立体为曲面立体。因此异型折叠纸盒的分类主要有3种:斜线型、曲线型、反揿型,见图1。

  

异型纸盒种类

  图1 异型纸盒种类

  2 异型纸盒造型、结构设计方法

  2.1 设计流程

  以Pro/ENGINEER软件作为设计平台,构造相关异形纸盒的三维模型,并利用钣金模块中的成型/展平或构造展开平面的方法实现其三维模型到二维平面结构的转换。设计流程见图2。

  

设计流程

  图2 设计流程

  2.2 实体建模

  利用Pro/ENGINEER的建模模块建立异型折叠纸盒三维模型,Pro/HSETEMTEAL提供了2种钣金件实体建模的设计方式,分别是从实体零件转换为钣金件零件和直接利用Pro/ENGINEER的She-etmetal钣金设计模块进行模型设计。在进行异型纸盒造型设计日寸,Pro/ENGINEER提供的拉伸、扫描、混合3种建模方法可以完成几乎所有的异型纸盒造型设计,见图3。

  

异型纸盒建模

  图3 异型纸盒建模

  2.3 异型纸盒的展平

  异型纸盒的生产与钣金件的制造类似,最主要的是正确确定其展开结构,即以1:1的比例放样。Pro/ENGINEER软件中,在钣金设计时,可以用展平命令将三维的折弯钣金件展平为二维的平面薄板。使用展平(Unbend)命令展开。钣金展平方法如下:

  1)一般的钣金展平。规则命令,此选项为Pro/ENGINEER的默认选项,可以将一般的折弯面展开;过渡命令,此选项用于含不规则曲面的钣金壁,典型的转接面以混合的方式产生薄壁;剖截面驱动,用此选项展开钣金件时,先选取固定面再指定一条驱动剖面线,来决定变形曲面展开的形状。此方式常用于展开具有不规则外形的薄壁。

  2)变形区域的展平。变形区域是钣金壁中不规则的区域,它通常是一个曲面,如圆角面。在钣金展平后,变形区域可产生完全变形,以便其他的区域保持原来的大小。

  3)扯裂方式的展平。异型折叠纸盒绝大多数都属于封闭形式的,所有扯裂方式的展平在异型折叠纸盒的结构设计中应用最广。曲面缝扯裂的操作方法,是将钣金件中无法展开的区域与钣金外边界线之间的曲面移除掉,以产生裂缝,从而将钣金件展平。扯裂方式主要有3种:规则缝、曲面缝和边缝。

  3 异型折叠纸盒设计实例

  以斜线型异型折叠纸盒的结构设计为例。利用Pro/ENGINEER的Part实体模块,建立一个实体,然后利用Pro/ENGINEER自带的钣金转换命令去除上底后将其转换成钣金件,见图4。

  

斜线型异型纸盒

  图4 斜线型异型纸盒

  通过实体零件抽壳后转换而来的钣金件并不是一个完整的钣金零件,因为此时得到的钣金件其钣金壁是完全封闭的,所以并不能顺利的被展平,需要通过添加转换特征,将封闭的钣金壁切开或产生裂缝。

  但是在转换过程中会发现这样的4条边相交于一点的钣金件,无法添加转换特征。通过对比发现该模型与其他可以顺利展开的模型区别在于,它的每个顶角都由4条线相交。

  通过“拉伸”→“去除材料”工具,把该异型折叠纸盒的每个角都去掉一个圆,该圆直径设置为1mm。去除材料后见图5。

  

斜线型异型纸盒去除相交角后的模型

  图5 斜线型异型纸盒去除相交角后的模型

  选择【转换】工具,点选图6中的4条浅色交线为边缝,成功地转换为钣金件。

  

边缝设置

  图6 边缝设置

  用“展平”工具,将该钣金件展成二维线框外形轮廓线图,结果见图7。

  

主体结构展开图

  图7 主体结构展开图

  为上图的2D图建立工程图,并手动标注相应制造尺寸,并保存该文件。单击“文件”→“保存副本”将该文件另存为DWG格式文件,见图8。纸盒结构的进一步完善可以在AUtoCAD中进行。

  

纸盒结构工程图

  图8 纸盒结构工程图

  通过对3种类型的异型折叠纸盒的建模和展开操作得知,如果异型折叠纸盒的每个盒片都是平面图形不包含曲面图形,都可以用钣金展平工具全部展开。如果异型折叠纸盒包含曲面,但是该合体结构模型可以通过拉伸工具创建,或通过直线旋转产生的,都可以全部展开。如果包含曲面的异型折叠纸盒盒体结构不能通过拉伸工具创建,而是通过曲线旋转、混合、扫描等方法创建出来的曲面,则不能在钣金模块中用展平工具展开。解决办法是,将每片盒片结构通过拉伸工具创建后,再展平,通过后期处理得到结构图。具有反揿结构的纸盒不能用Pro/ENGINEER的钣金模块建模并展开。

  4 结论

  通过对应用Pro/ENGINEER钣金模块对异型折叠纸盒设计的探索发现,斜线型异型纸盒和曲线型异型纸盒可以很方便地应用用钣金展平工具精确展开,反揿型异型纸盒用Pro/ENGINEER的钣金模块建模并直接展开非常困难。对应用三维工程软件的钣金设计模块进行异型纸盒的造型、结构设计进行了探索,为异型纸盒的高效设计及生产提供了技术支持。



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