SolidWorks钣金放样在实际工作中的应用

一、引言

在应用奥斯麦特技术的有色金属冶炼设备中，熔炼炉是一个主要关键设备，为满足其冶炼工艺上的要求，其炉体上部形状的设计一般为不规则大小头异形体，由于其直径大、钢板厚且形状不规则，需采用多块钢板放样下料拼接而成，所以给制作带来很大的困难，尤其是不规则部分的展开放样，准确性和精度成为了炉体制作过程中的技术关键。

SolidWorks软件是一款基于Windows开发的机械设计三维CAD系统。SolidWorks能够为工程师提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误并提高产品质量。其钣金特征能够让钣金零件很方便地自动生成钣金平面展开图，下面就利用SolidWorks软件对熔炼炉不规则锥壳体部分进行钣金设计、展开和放样的方法进行分析说明。

二、炉体上部结构概述

云南锡业机械制造有限责任公司承制的十万吨铜冶炼项目熔炼炉如图1所示，炉体下段为圆柱形壳体，上部为异形的不规则形斜锥壳体，圆柱形壳体直径为6m，整个炉体采用钢板的厚度为40mm，斜锥形壳体上部平面由多个半径曲线相切而成，形状尺寸如图2所示。其中，圆柱形壳体的制作很好完成，这里主要对异形的不规则锥壳体利用SolidWorks软件进行建模、分片、展开及放样的方法进行分析介绍。

三、炉锥体组对方案分析

本炉锥体需要确保的尺寸有：①高度；②下端圆直径；③上平面各半径相切尺寸。中部形状在保证这三个尺寸的基础上圆滑过渡。

由于炉锥体形状较大，不可能采用一张整板进行制作，需要多块钢板成形拼焊而成，根据焊接制造通用工艺，为避免焊接应力的集中产生，各条拼接焊缝之间应相互错开，避免十字型焊缝的出现，所以建模放样前对焊缝分布位置的确定很关键，主要应考虑以下几点：①成形方便；②展开放样后的尺寸，应最大限度地利用购进钢板的长度和宽度尺寸，减少材料损耗；③成形组对时方便，尽量减少组成块数。一般有两种焊接组对方案，如图3、图4所示。图3为环整纵错的方法，即保持环焊缝为一整条，纵焊缝交错开，图4为纵整环错的方法，即纵焊缝为一整条，环焊缝交错开。

按本炉锥体实际尺寸及40mm厚钢板（长为10.5m，宽为2510m m）购入情况分析，由于环整纵错的方法在放样展开后，所需要的钢板原材料宽度会较大，在钢厂轧制后出厂的有限钢材板宽上切割下料，会造成很多材料浪费，需拼接四层才能整体成形，且在弧形的压制过程中吊装定位等难度较大。实际工作中我们采用了图4的成形拼接方案。

四、利用SolidWorks钣金功能进行建模切割放样

1.建模

在运行的SolidWorks软件中选择一基面绘制炉锥体上平面尺寸草图，如图5所示。其中 R19970的一段弧线设定为实线，其余各段为构造线，完成确定后，创建一新的基准面与刚作完草图的基准面平行，使两基准面的距离等于炉锥体的高度值，在新基准面上绘制一草图，如图6所示。圆半径等于上一草图中的 R3130，其中 A点的位置为上一草图中 R1997O与 R3130切点的垂直投影， B点为 A点对中心轴线的镜像点， A和B点之间为实线，其余为构造线。选择两草图中的实线，用“钣金放样折弯”工具，生成一钣金零件，厚度填入40m m，折弯线数量处填入“16”，使其在最后生成的放样图上出现折弯线，在工人压制壳体和各片壳体组对时有参考基线，如此生成一个瓦片，如图7所示。接下来，选第一个草图基准面，用“转换实体运用”命令，选择转换第一个草图中 R1260的线段，如图8所示。确定后退出。选择新创建的基面，用“转换实体运用”命令，选择第二个草图中圆的线段进行转换后，用剪裁实体命令剪裁线段，如图9所示。线段的一端点与已成形的瓦片一端点重合，另一端点与中心轴线的距离为150mm，这是为了避免使成形的瓦片形成一尖角，在组对焊接时产生应力集中。确定退出后，选择两草图中的实线，用“钣金放样折弯”工具，生成另一块钣金零件，厚度同样填入“40m m”，折弯线数量处填入“16”，如此生成另一个瓦片，如图10所示。同理生成如图11所示的第三块瓦片。对已成形的第一、第二块瓦片做镜后得到如图12所示效果，到此时，炉锥体不规则部分的建模完成，余下的另一半为规则的圆柱体，同理建模后如图13所示，这样整个异形炉锥体的建模就完成了。

2.切割放样

接下来的工作要根据企业现有的库存料或目前市场上可以采购到的钢板尺寸，按既定的组对方案进行炉锥体环向切割分片，并使相邻块之间的环缝交错开来。此过程可反复修改切割尺寸数据进行宽度上的调整，使壳体瓦片最终展开后达到合理的下料尺寸，充分提高板材的利用率，降低损耗。

具体步骤为：点击FeatureManager树区配置标签，在母配置下新建一个配置，名称命名为“1”，表示第一块组对瓦片，选择垂直于炉锥体底面的基准面作一个矩形框草图，如图14所示。标注尺寸，选择所注尺寸主要值配置为此配置，确定后使用切除-拉伸命令进行切除，在对话框中方向1、2选择“完全贯穿”，勾选“反侧切除”，配置点选“此配置”，特征范围点“所选实体”，并选择自己想切割的那一块瓦片。如弹出“要保留的实体”对话框，选择自己想保留下的实体，确定切除后，除留下已切好的这块实体外，在FeatureManager设计树中选择其他瓦片实体进行压缩，这样一块待放样下料的瓦片就完成了，如图15所示。再点击FeatureManager树区配置标签，双击默认配置，回到整体已建好的瓦片实体，新建配置2，同样步骤切割出第二块放样下料的瓦片。循环步骤，直至把所有组成炉锥体的瓦片均切割完成。

3.生成展开放样图

让每一块瓦片生成展开放样的工程图，如图15的第一块瓦片：双击配置1，点击“文件”菜单中“从零件制作工程图”，生成工程图时选择模型为“平板型式”，即生成了该零件的下料展开平面图，除两边线外图上还绘出了14条折边线，这是由于在钣金成形时，设置了折弯线数量为16条，由于SolidWorks软件的钣金件为精确展开，其零件展开后，两曲线边是非线性的，不能标注圆弧尺寸，其零件的展开下料图如图16。

每一块瓦片均生成对应的放样工程图后，将其另存为数控切割机所能识别的“.dwg”文件格式，保存选项中选择激活输出比例1∶1。

五、生成切割下料排版图

利用AutoCAD软件打开已保存的每一块瓦片图形，按购买的钢板尺寸进行重新排版编辑，如图17所示，其对应的瓦片位置图如图18。做到充分利用原材料，降低材料损耗，编辑排版好的文件同样存为“.dwg”格式，并输入自动数控切割机进行板材实际切割。

六、结语

利用SolidWorks软件对大型不规则炉的钣金壳体进行了放样展开，实现了对复杂曲面的精确展开与放样，本公司承制的此不规则异体斜锥钢结构壳体的组对瓦片，如使用传统的“作图法”或“计算法”是很难进行准确展开的，SolidWorks软件的使用让我们实现了精确、高效且方便的建模展开放样及排版切割下料，确保了炉体各瓦片的组对成形精度，提高了工作效率并降低了原材料消耗，值得大力学习和推广，使之更加广泛地应用于生产实践。