表面展开图作业指导书.doc

表面展开图作业指导书一、表面展开图作业的目的和任务1. 目的 了解放样的基本知识。 掌握平面体、圆柱体、圆锥体及异形管制件等常见形体的表面展开图绘制方法与步骤。 通过制作模型对绘制的展开图加以检验，并掌握模型制作的要领与方法，培养学生的动手能力。 培养学生认真细心的工作作风。2. 任务每位学生在下列四种模型中各选择一题。 绘制平面体表面展开图并作出形体的模型。 空间迂回管接头 扭转变形接头 绘制圆柱管制件表面展开图并作出形体的模型。 带补料三通管 偏交异径圆柱管接头 斜交三通管接头 绘制圆锥管制件表面展开图并作出形体的模型。 两节渐缩变形接头 圆柱与圆台斜交三通管 三节渐缩变形接头 绘制异形管制件表面展开图并作出形体的模型。 天方地圆接头 斜口异形管接头二、放样的基本知识1. 表面展开图将立体表面的实际形状依次摊在一个平面内叫做立体表面的展开，展开后画出的图形即是表面展开图，如图2-1所示。(a) 锥管展开示意 (b) 锥管的展开图图2-1 制件的展开工业生产和人们日常生活中所用的许多金属制件大都按以下步骤加工而成。 画出制件的视图（称为施工图）； 根据视图按1：1比例画出制件的表面展开图（称为放样图或放大样）； 下 料； 成 型； 焊接或铆接。 (a) 球磨机 (b) 破碎机 (c) 选粉机 (d) 回转窑图2-2 通过放样制作的各种建材工业设备 图2-3 通过放样制作的各种管接头2. 画出制件的视图与展开图制件的施工图表达的是成品的形状，也是绘制展开图的依据。而展开图则反映的是制件各表面的真实形状，如图2-4所示。(a) 视图 (b) 表面展开图图2-4 制件的视图与表面展开图图2-5 在制件材料上绘制表面展开图用图解法绘制展开图需要掌握以下知识。 求一般位置直线的实长 直角三角形法 旋转法 求两相交立体的表面交线 表面取点法 辅助平面法 辅助球面法*辅助球面法简介由相贯线的特殊情况可知，当圆球与一回转体相交、且球心位于回转体的轴线上时，相贯线为一与回转体轴线相垂直的圆。当回转体轴线平行于某一投影面时，此圆在该投影面上的投影成一直线，如图2-6所示。 图2-6 球与回转体相交采用辅助球面法求作相贯线时，两相交立体应符合下列条件： 两回转体的轴线相交 两回转体的轴线均与某一投影面平行【例1】如图2-7所示，用辅助球面法求作圆柱与圆台的交线。图2-7 求作圆柱与圆台的相贯线投影分析：该两立体均为回转体，且轴线都与V面平行并相交，符合辅助球面法的作图条件。作图步骤： 以两回转体轴线的交点O为辅助球面的球心。 以O为球心，适当长度为半径作圆，该圆即为辅助球面的V面投影。辅助球面分别与圆柱和圆锥产生相贯线L1和L2，L1和L2，的交点e、f即为相贯线上的点，如图2-8所示。当改变圆球的半径，用上述方法便可求得相贯线上的若干中间点。 图2-8 求相贯线的中间点 图2-9 求相贯线的特殊点 辅助球面的最大半径Rmax 等于O到两回转体轮廓素线交点中最远点a的距离（因为再增大半径就没有交点了），从O 分别向两回转体轮廓素线作垂线，最小球半径Rmin等于两垂线中较长的一条（若再减小半径辅助球面便被该立体完全包住而没有交点了），如图2-9所示。 连接各点完成作图，如图2-10所示图2-10 作出相贯线3. 下料在制作材料上绘出展开图后，便可按图形从材料上切割出所需要的板件，包括加工成型之前的余量。常用切割钢板的机械设备如图2-11所示。 (a) 7mm钢板电冲剪机 (b) 钢板冲剪机(c) 激光切割机(d) 数控等离子切割机(e) 气割机与气割钢板(f) 线切割机与线切割图2-11 钢板的切割各种切割方法简介： 激光切割利用聚焦后的激光束作为主要热源的热切割方法。 等离子切割等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分局部熔化和蒸发，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割机配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳 气割气割就是用氧-乙炔（或其它可燃气体，如丙烷、天然气等）火焰产生的热能对金属(如钢板、型钢或铜锭)的切割。气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。 线切割线切割是电火花加工的一种，主要用来加工模具。方法是使一根钼丝(快走丝型线切割机)或铜丝(慢走丝型线切割机)穿过工件，通过走丝机构使其做连续运动，同时在此钼丝或铜丝上通过脉冲高压电，它与工件之间产生火花放电，烧蚀金属，并由切削液带走金属屑，而形成孔洞，再由数控设备通过步进电机使工件做一定形状的进给运动，使放电产生的孔洞形成连续的切口，这样一直进行到加工结束。线切割的特点是有很高的加工精度，且加工变形小。可用于加工形状复杂的板材，也适用于加工淬火钢和硬质合金工件。4. 成型成型是指将下好的材料通过加压的方法使其保持一定的形状，以便于焊接（或铆接）。成型的设备主要有液压数控折弯机、卷板机等，如图2-12所示。 (a) 液压数控折弯机(b) 卷板机图2-12 成型5. 焊接、铆接及咬口连接用加热、加压等方法把金属工件连接起来，称为焊接。焊接工件的方法比较多，制作金属制件通常采用的是电焊。即利用电能，通过加热加压，使两个或两个以上的焊件熔合为一体的工艺。焊接及焊接件如图2-13所示。 图2-13 焊接及焊接件铆接分为有铆钉连接和无铆钉连接两种类型。铆钉连接：用铆钉连接金属构件的方法，如图2-14所示。图2-14 自动铆接机、铆钉与铆接件无铆钉连接：利用板材压接机和专用连接模具，通过一个瞬间强高压加工过程，依据板件本身材料的冷挤压变形，形成一个具有一定抗拉力和抗剪强度的无应力集中内部镶嵌圆点，即可将不同材质不同厚度的两层或多层板件连接起来，如图2-15所示。图2-15 无铆钉铆接机与铆接件咬口连接：将金属板材通过折边、咬口的方式连接为一整体的方法，称为咬口连接，如图2-16所示。咬口连接适用于厚度小于1.2毫米的普通钢板、厚度小于1.5毫米的铝板和厚度小于0.8毫米的不锈钢板。 图2-16 咬口机与咬口件6.板材厚度对制件加工的影响制件都是由具有一定厚度的板材加工而成，在实际工作中人们将板材分为里皮、外皮和板厚中心层，如图2-17所示。 图2-17 材料的里皮、外皮与中心层 图2-18 按中心层尺寸绘制展开图当制件的板材厚度小于1.5毫米时可以忽略其对制件加工的影响。若使用较厚的板材加工制件，则板材的厚度就不可避免的会对展开图的尺寸和形状产生影响。必须采取相应的措施，即板厚处理。例如分别用1毫米和10毫米厚的钢板制作外径为800毫米的圆管，两者的下料长度就不相同，这种区别就是板厚处理的结果。下面简要介绍常用的板厚处理方法。 根据制件的形状处理板材厚度 曲面形制件的板厚处理当板材被卷曲时里皮受压长度缩短，外皮受拉长度伸长，只有板材的中心层长度不变。因此在绘制展开图时应该以中心层尺寸为依据，在放样时只画出中径的视图即可，如图2-18所示。 折线形制件的板厚处理板材被弯成折线形状时的变形与弯成曲面形是不同的，图2-19(a)所示为一方形直管，弯成型后板材在拐角处发生急剧变形。此时，里皮长度变化不大，而板厚中心层与外皮的长度都会产生较大的变化。所以矩形断面管应以里皮的展开长度为准，放样时画出里皮的视图并按此绘出展开图，如图2-19(b)所示。(a) (b)图2-19 折线形制件的板厚处理 对倾斜表面的板厚处理图2-20(a)所示一天圆地方接头，其侧表面均为倾斜位置，上下端面都是外皮高里皮低。通常以上下端面板厚中心层的垂直距离h为制件的展开高度，并根据前面的介绍，在考虑了板厚情况下画出该制件的实际施工图如图2-20(b)所示。(a) (b)图2-20 倾斜表面的板厚处理 按不同的接口形式处理板厚同一形体的封闭边称为接缝，不同形体的结合位置即为接口。在实际生产中接口的板厚处理分为不铲坡口和铲坡口两种类型。 不铲坡口的板厚处理图2-21(a)所示为一没有经过板厚处理的等径直角弯管。从图中可看到不但弯管的角度不对，而且在接口中部出现了缝隙，因而无法保证制件的质量。此管经板厚处理的情况如图(b)所示。在弯管内侧，圆管外皮在A点接触，外侧是里皮接触，中间O点附近可以视为圆管中径接触。由板的厚度形成一自然坡口，A处坡口在里，B处坡口在外。由此可知，圆管的展开高度A处应以外皮高度为准，B处以里皮高度为准，O点处以圆管的板厚中心层的高度为准。因此得出展开图板厚处理规则：对于俯视图中的等分点1、2、8三点应画在外皮上，4、5、6三点要画在里皮上，而3、7两点则画在中径上。定好位后才可用平行线法作展开图（展开图的长度应等于中径的展开长度），如图2-21 (c)所示。 (a) (b)(c)图2-21 板厚处理 铲坡口的板厚处理在接口处铲出坡口有利于提高接口的强度、便于管件的吻合。坡口分为X形和V形两类，见图2-22。(a) X形坡口 (b) Y形坡口图2-22 坡口图2-23为接口铲成X形坡口的直角圆管接头，管件的内侧均为中心层接触。因此按中心层尺寸绘制展开图即可。图2-23 X形坡口的直角圆管接头又图2-24为一任意角度的方管弯头，图中采用的是单面外铲V形坡口，接口处全为里皮接触。因此便可按里皮的尺寸绘制展开图。 图2-24 V形坡口的方管弯头三、作业指导1.平面体的表面展开图 空间迂回管接头空间迂回管接头的图形和尺寸如图3-1所示。 形体分析该管接头由四块侧表面拼合而成，由于管口尺寸为正方形且上下两端的圆弧半径相等。故四个侧面中，两个内侧表面和两个外侧表面的形状、大小均分别相同。 图3-1 空间迂回管接头 作图要点要注意分析视图中反映各侧面实形部分的投影，此外还要注意四个侧面上圆弧部分展开长度的计算，即圆弧部分的展开长度S=(外侧表面的圆弧半径r=75+25，内侧表面的圆弧半径r=7525)。各侧表面的实际形状为投影反映实形的部分与圆弧展开长度部分之和，展开图如图3-2所示。 图3-2 侧表面的展开图 图3-3 连接法兰为增强模型的外观效果，可按如图3-3所示的形状和尺寸在模型上下两端作出连接法兰。为便于粘接各表面，应在展开图边缘处留有适当的余量。 扭转变形接头扭转变形接头图形和尺寸如图3-4所示。图3-4 扭转变形接头 形体分析扭转变形接头由8个侧表面组成，其中左右两侧表面为正垂面，前后两侧面为侧垂面，形体中间的4个小三角形平面为一般位置平面。由于图形前后、左右均为对称，故展开图亦为对称图形。 作图要点首先分析视图中不反映实长的一般位置线段的投影，对于画展开图需要用到的线段可用直角三角形法求出其实长。在视图中求出实长后用三角形法依次展开各表面，扭转变形接头的表面展开图如图3-5所示。 图3-5 扭转变形接头的展开图 图3-6 下底连接法兰扭转变形接头下底法兰的图形及尺寸如图3-6所示，上底法兰可参照该图尺寸作出。2. 圆柱管制件的表面展开图 带补料三通管带补料三通管图形和尺寸如图3-7所示。图3-7 带补料三通管 形体分析图3-8 补料的展开图该管接头由三节等径圆柱管和一块补料组成，由于带有补料，使得管道中部的空间增大，便于管道中物料的运动。由于1节圆管与2、3节的直径相等，且轴线相交，所以相贯线为特殊情况，其投影成直线。如图3-8所示，从补料的左视图可看出，其下半部为带有交线的半圆柱面，两侧上端为大小相同的等腰三角形，其正面投影可反映该三角形的实形。 作图要点三节圆柱管直接按视图中的尺寸用平行线法展开。补料的半个圆柱面的展开长度为d/2，在左视图中将半圆分为6等分，并过等分点作对应线至主视图上，定出各等分素线的实长。再将展开图中的d/2线段分成相应的等分，按对应关系求得展开图中各等分素线上断点的位置，连接各点完成半圆柱面的展开图。最后在展开图的两端按视图中的尺寸画上两等腰三角形，补料的展开图如图3-8所示。竖管1及侧管2、3的视图和展开图如图3-9(a)(b)所示，可按图3-9(c)中的尺寸作出圆管端面的连接法兰。(a) 竖管的视图与展开图 (b) 侧管的视图与展开图 (c) 连接法兰图3-9 圆柱管的展开图 偏交异径圆柱管接头偏交异径圆柱管接头图形和尺寸如图3-10所示。 图3-10 偏交异径圆柱管接头 形体分析两相交立体均为圆柱体，在画展开图前应先求出两立体的表面交线。求交线可用表面取点法，也可用辅助平面法（应画出俯视图）。 作图要点按平行线法先画出竖管的展开图，下料后粘结成型。水平管按完整形体展开，下料后弯成型稍加固定。再将完成的竖管定准位置靠上并沿结合线在水平管上画出交线。随即将其打开沿交线剪切，并粘结成型，最后再将两管粘牢，竖管的展开图如图3-11所示。图3-11 竖管的表面展开图参照图3-9（c）中的尺寸做出圆管端面的连接法兰。 斜交三通管接头斜交三通管接头图形和尺寸如图3-12所示。图3-12 斜交三通管接头 形体分析两相交立体均为圆柱体，在画展开图前应先求出两立体的表面交线。可用辅助平面法，也可用辅助球面法求，相比较用辅助球面法作图简单。 作图要点该制件的作图要点同上例，即先展开斜管，然后在成型的水平圆管上定位、画线和剪切。完成大圆柱的粘结后再将两管组合为一整体。两管的表面展开图如图3-13、3-14所示。 图3-13 斜管的展开图 图3-14 水平管的展开图3. 圆锥管制件的表面展开图 两节渐缩变形接头两节渐缩变形接头图形和尺寸如图3-15所示。图3-15 两节渐缩变形接头 形体分析若将两节渐缩变形接头中的第二节反向放置便可与第一节组成一圆台。 作图要点圆台的展开图为带圆弧的扇形，绘制减缩变形接头展开图的要点是在视图中画出两节的交线。交线的求作方法如图3-16（a）、(b)所示。 (a) 过点a、b作圆的切线 (b) 做出两节的交线图3-16 交线的求作方法求出两节的交线后，便可按放射线法绘制圆锥的展开图。作图时要注意确定交线上各点在展开图中的位置。两节减缩变形接头的表面展开图如图3-17所示。按图3-17所示的展开图剪裁，便可得到两节的图形。在将两节锥管合成时要注意准确定位。图3-17 两节减缩变形接头的表面展开图参照图3-9（c）中的尺寸做出圆管端面的连接法兰。 圆柱与圆台斜交三通管圆柱与圆台斜交三通管图形和尺寸如图3-18所示。图3-18 圆柱与圆台斜交三通管 形体分析由于圆柱管处于倾斜位置，因此只能利用辅助球面法求两形体的相贯线。 作图要点利用辅助球面法求出两立体的表面交线后，按平行线法展开圆柱管，并按完整形体展开圆台。将圆台初步成型后定位圆柱管于其上，并在锥面上画出交线，然后沿交线下料，最后将两管合成。圆柱管的表面展开图如图3-19所示。图3-19 圆柱管的表面展开图 三节渐缩变形接头三节渐缩变形接头图形和尺寸如图3-20所示。图3-20 三节渐缩变形接头 形体分析三节渐缩变形接头的形体分析与两节的情况类似，若将三节渐缩变形接头中的第二节反向放置便可组成一圆台。如图3-21所示。图3-21 三节构成一圆台 作图要点绘制三节减缩变形接头展开图的要点是在视图中画出两交线的投影。交线的求作方法如下： 按尺寸60、85、70及110、30画出圆台的视图，分别过O1、O2作圆与圆锥素线相切，如图3-22（a）所示。 按45°、30°及85、70长作出弯管上头两节的轴线，在轴线的上端以30为直径定出a、b两点， 如图3-22（b）所示。 以中间节轴线端点O2为圆心，R2为半径作圆，如图3-22（c）所示。 过a、b点作圆的切线，后再作出两圆的公切线，求出切线交点c、d、e、f，连接cd、ef即得各节的交线，如图3-22（d）所示。 将各节的交线按正反倒置方法量在视图中便可绘制圆锥的展开图，作图时要注意确定交线上各点在展开图中的位置。 (a) (b)(c) (d)图3-22 交线的求作方法三节渐缩变形接头的表面展开图如图3-23所示。图3-23 三节渐缩变形接头的表面展开图4. 异形管制件的表面展开图 天方地圆接头天方地圆接头图形和尺寸如图3-24所示。图3-24 天方地圆接头 形体分析管接头的侧表面由四个等腰三角形和四个过渡圆角组成。 作图要点绘制展开图时尤其要注意四个过渡圆角的展开。通常是将圆角分为若干小三角形，求出三角形各边的实长后依次将其展开，如图3-25所示。天方地圆接头的表面展开图如图3-26所示。 图3-25 将圆角分为三个三角形 图3-26 天方地圆接头的表面展开图 斜口异形管接头斜口异形管接头图形和尺寸如图3-27所示。图3-27 斜口异形管接头 形体分析同天方地圆接头。 作图要点将圆角分为小三角形后，注意各小三角形边长的变化，如图3-28所示。此外作图时还要注意斜口中的长边在主视图中反映实长（不能在俯视图中量取），斜口异形管接头的表面展开图如图3-29所示。 图3-28 将圆角分成小三角形 图3-29 斜口异形管接头的表面展开图四、学生作业展示图3-30所示为学生制作的各种展开模型。 (a) 扭转变形接头 (b) 斜圆锥三通管接头 (c) 偏置异形管接头 (d) 带补料圆柱管接头 (c) 斜交圆柱管接头 (d) 两节渐缩变形接头 (e) 三节渐缩变形接头 (f) 空间迂回管接头 (g) 斜口变形接头 (h) 带补料圆柱管接头 (i) 偏交圆柱管接头 (j) 两节渐缩变形接头图3-30 学生制作的模型