Solidworks 3D钢结构库在辅助设计和生产实践中的应用

摘 要： 利用Solidworks 3D钢结构库的建立三维模型可以随时查看零件和零件之间搭接状态，克服现行软件的弊端；同时可以快速得到下料的外形展开图并为以后的各项模拟运算打下基础；针对复杂的装配体，利用solidworks可以做出动态的装配动画。

关键词： CAD；参数化；钢结构库

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）0410144－02

0 引言

在机械设计领域，钢结构设计占据很大的一块比重。一个优秀机械设计人员不仅要对所设计的机械零部件做各种力学分析及其它模拟计算，同时在特定的环境要求下还要保证所设计的零部件要满足能够进行物料输送、液态存储等要求。在物料传动设计中为了保证物料可以高效率的传送，设计人员会设计圆滑过渡的连接管路，然而在制作单位拿到的设计图中，很多钢结构零件图制作都非常复杂，设计人员要对零部件花费大量的时间来进行放样。为了能够给制作单位传递设计意图，设计人员还要出具展开图，但是钢结构的展开不仅需要空间三维展开放样知识和实际经验，同时在展开放样的过程中需要花费大量的时间来进行验算，这对设计人员造成很大的困难，降低了设计人员的工作效率。

在实际工作中，用三维CAD平台solidworks软件对设计中经常用到的T型三通、Y型三通、锥管、牛角弯头、天圆地方、封头、喇叭口等连接管进行设计时，利用solidworks参数化驱动来完成复杂的钢结构设计，可以让设计人员摆脱复杂、繁琐的绘图展开工作，更专注于自己的设计工作，从而提高工作效率。这种有效的设计方法能够大幅提升设计人员的设计能力，使其轻松的完成各项工作，同时将3D设计引入一个更高的领域。

1 solidworks钢结构库的制作及应用

1.1 建立Solidworks钢结构库环境

首先通过solidworks良好的对话窗口建立一个常用的标准件数据库文件夹和子文件夹，在建立的Solidworks钢结构库每个子文件夹下绘制我们所需要的三维模型，并对各个三维模型命名以便于我们可以直观的辨别每个零部件，为得到最后的零部件展开图提供便利的条件，结果如图1所示。

1.2 钢结构件在各种环境下进行皮厚处理的方法

在制作复杂的钢结构时，设计人员不仅要计算加载到钢结构的各种承载力还要考虑到环境因素对于钢结构制作的影响，不同的环境下有不同的展开方法。制作钢结构多采用中厚板来进行制作，如果不考虑板厚所带来的影响，就无法得到正确的展开图形，严重的话会导致材料报废，给企业带来巨大的损失。

我们建立钢结构三维模型的时候要把皮厚处理要贯穿于每一步，利用Solidworks良好界面建立模型之间的数学方程式实现人机对话从而建立经过皮厚处理的三维模型。建立Solidworks三维模型要符合设计需求同时还要能够指导制作单位进行钢结构制作，减小制作难度。

常见的坡口处理的方法有四种：

1）对于焊缝要求不高的钢结构件，如一些薄板对接的结构件、钣金件，我们采取不切割坡口（内部焊接弯曲内侧外部焊接弯曲外侧或者整体焊接外部或内部）进行对接，这样可以减小制作的难度，在一定程度上会提高工作效率。这种搭接的方式是采用弯曲件内侧外皮接触、弯曲件外侧里皮接触来进行展开放样的。

2）对于焊缝要求较高同时所焊接的钢结构管径较小，如输送油、水、气态的管道等，无法在内部进行焊接，我们可以在其外部进行开坡口来提高焊接质量。这种搭接的方式采用里皮接触来进行展开放样。

3）对于焊缝要求较高同时管壁较厚直径较大的钢结构件，对钢结构的里面和外面都要割坡口来提高焊接质量，这种钢结构件焊接人员可以直接到达焊接操作区域进行焊接。这种搭接的方式采用中心接触的位置来进行展开放样。

4）对于焊缝要求较高同时在外部无法焊接的钢结构件，要在钢结构内部割破口来提高焊接质量。这种搭接的方式采用外皮接触来进行展开放样。

通过上面四种处理坡口的方式，我们可以解决绝大部分环境因素所带来的影响。各种钢结构的管径、壁厚、弯曲角度都不一样，而且每一种钢结构进行皮厚处理后展开外形也不一样，所以Solidworks针对钢结构件所处环境的不同相对建立了合理的三维模型，并对坡口进行了皮厚处理。只需对这几种常见的焊接方式建立一个库文件，就可以减少设计人员的工作量，不需要处理复杂展开放样，仅仅输入几个关键尺寸就可以得到展开外形，提高数倍的工作效率。

2 Solidworks钢结构库应用

2.1 虚拟放样展开、数据转换及数控切割

Solidworks钢结构展开后的二维图形通过编辑后直接就可以使用，编程人员将这种二维的图形输入数控切割机编程系统，数控切割机会自动识别完成切割，从而实现了CAM在CAD的软件下完成虚拟放样展开->数据转换->数控切割。

合理的钢结构展开图，不仅符合设计理念，还可以节省材料，减少制作人员重复折弯，从而提高制作效率。图2是经过优化的5节牛角弯头得到的展开图，5节弯头展开图合理的排列在一起，制作人员只需要进行一次折弯，就可以完成5节牛角弯头的制作。同时这种排列方式还可以最大限度提高材料利用率。

2.2 虚拟放样展开、模拟成型动画及模拟成型分析

对于复杂的双曲面钢结构件和自由曲面钢结构件很多展开是沿用一些二维的软件或二次开发的语言做展开放样，这些展开软件是无法做模拟分析的，尤其对于一些压力容器的受压分析需要在借助其它的软件才能够完成。使用solidworks可以对一些常用的封头、喇叭口建立钢结构数据库，使用的时候在一拖一放之间就可以完成，我们仅仅修改几个参数尺寸就可以了。软件自动运算得到展开图的同时，solidworks也迅速的完成了动画模拟成型并直接给出详细的成型分析报告，实现了CAE在CAD的软件下完成虚拟放样展开->模拟成型动画->模拟成型分析，图3为分瓣的封头展开及其模拟分析。

3 结束语

现代生产模式多为单个、小批量生产，对产品精度和生产流程时间的要求也越来越高，这就需要不断的研发以适应这种要求的制作手段。

目前流行的各种三维CAD软件有很多，基本上都提供了钢结构建模工具。设计人员在solidworks提供的CAD环境下通过软件所具有的参数化特点，建立solidworks的三维钢结构库，直接调用、修改其参数，就可以得到所需要的二维展开图形。同时也可为钢结构的各项数据进行分析。制作单位也可以直接调用设计展开图进行数据转换，完成钢结构件外形的数控切割。

Solidworks钢结构库的建立不仅可以提高设计效率，同时对于钢结构制作起到指导性的作用。在参数化模型库建立的同时对于所设计的结构件可以在solidworks所提供的平台进行模拟成型和有限元分析，使CAD、CAM、CAE同时在solidworks完成所有的工作，为ERP管理运作提供一个自动化、高速的平台。