CN113486414B - 一种用于过流面平置钢岔管通过三维建模获取精确制作工艺图的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水工金属结构制造技术领域，具体涉及一种用于过流面平置钢岔管通过三维建模获取精确制作工艺图的方法。本发明依照本发明方法得到岔管各管节的精确制造工艺图，根据钢板材料规格进行合理排料、编制材料计划订购。钢板到货后先加工好钢板的拼接缝，点焊成整节板材放置在数控切割机下料平台上，对应节段展开图输入数控切割机控制程序即可进行划线、切割下料、坡口加工工序。本发明专利，在钢岔管三维建模、展开放样时，充分考虑制造工艺需求，将节间错缝、刻压侧母线、提取滚压线坐标表等完整参数提供到工艺图上，为制造工序提供直接指导和标准找正线，方便了后续工序作业、保证了制造时的质量控制更容易实现，从而具有创新性和实用意义。
Description
技术领域
本发明属于水工金属结构制造技术领域，具体涉及一种用于过流面平置钢岔管通过三维建模获取精确制作工艺图的方法。
背景技术
传统的钢岔管是将主管、分岔支管的轴线设置在同一个平面上。因为主管内径大于支管内径，为实现水流的流畅通行接口处设置成一个共切的球面，球面直径一般又大于主管内径，这样岔管接口处就形成一圈大尺寸的环形坑。机组停运检修时岔管内底面会形成积液池，不利于管道内的排水，在潮湿的环境下容易造成管壁的锈蚀，影响正常的使用寿命。
过流面平置钢岔管是一种新型结构。其突出的特点是：将过流底面设置在同一个平面上，安装时底面倾斜布置，能够有效避免管内的积水，是排水过程更顺畅，因此近年来得到广泛地推广应用。
过流面平置钢岔管与轴线平置钢岔管(传统钢岔管)同属于滚压成型的板金类结构件，制作工序基本相同。即通过：放样展开、切割下料、卷板机卷弧、瓦片组圆、整体组拼、接缝焊接成型。其中放样展开图的精确性直接影响钢岔管组拼时间隙的大小和制造质量。是制造过程中的难点重点所在。对于轴线平置的传统钢岔管，制造工艺十分成熟，已有多种软件满足其展开放样生成制造图的操作方法。具体示例如下：
案例1，发明专利ZL201510212604.7提出了一种基于Autodesk inventor软件三维建模展开钢岔管、蜗壳及肘管生成放样坐标的操作方法。通过：①建立二维草图→②建立三维曲面→③修剪→④加厚→⑤展开→⑥提取放样坐标等步骤完成操作。其中①至⑤项是软件的基本操作方法，创造新点在于：通过展开状态下，在轮廓边缘线布置小工艺孔，在工程图环境下完成工艺孔坐标提取并列表表达。
利用Autodesk inventor软件三维建模展开钢岔管和其它钣金类零件，展开系数的设置十分重要，如果不进行调整在默认状态下得到的展开图误差较大，甚至造成成型零件与设计图纸尺寸不符等严重问题。另外，相邻管节展开放样时必须错开纵缝位置，不允许出现十字焊缝。单节管子周长方向分成N个瓦片组合成整圆时，避免在轴线的水平、垂直位置设置纵向焊缝。所述发明专利恰是以岔管轴线的水平面上放样生成1/2的展开图。因此，其图形在制作阶段还需要进行分缝处理，才能应用于生产过程。
案例2，发明专利申请CN102853193A公布了《一种平底钢岔管及其制造方法》，所述平底钢岔管也是采用过流底面平置布局，其主要特征是：在主管与俩支管之间设置有腰梁，在俩支管之间设置有月牙肋，是一种三梁钢岔管和月牙肋钢岔管的组合体。其发明内容：是提出了主管、左右支管、腰梁、月牙肋各零件相关参数及相贯线的计算公式，通过公式计算获得展开时的各个坐标点，“对于复杂的空间曲线，给出曲线上的点坐标，划线时将点相连即可”得到展开图。这种方法统称为公式计算法。
公式计算法纷繁复杂、容易出错，且以有限个坐标点绘制曲线精度有限。现代制造技术普遍采用数控切割机下料，控制程序与CAD图形对接、支持图形直接输入下料。因此上述方法缺乏实用性。
案例3，发明申请《一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法》公布了一种同类型钢岔管的设计方法。所述申请是采用CATIA一款专业设计软件进行管体的展开、绘制施工图。该软件在飞机设计制造领域应用广泛，在钢结构制造行业很少使用。另外，按照通常惯例：设计单位仅提供钢岔管的结构体型图，展开放样图属于制造工艺图，需要制造厂家独立绘制。额外要求设计单位提供属于技术服务，会增加技术服务费。
现有技术采用的展开放样方法有：作图法、数学公式计算法、编制软件程序法、3D软件建模展开法等，使用软件的种类繁杂。其中三维建模展开法已成为发展趋势，正处于完善成熟阶段。过流面平置钢岔管是一种新型结构。目前，尚没有形成一种普遍认可的、基于常用软件的建模展开方法。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于过流面平置钢岔管通过三维建模获取精确制作工艺图的方法：
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：1.一种过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：运用Autodesk inventor软件建立二维草图：打开Autodesk inventor软件，新建第一文件Standard.ipt进入创建零件环境，在xy平面上绘制钢岔管设计图中的俯视图，画出主管、左右椎管、支管的轴线长度及位置；不同管节设置成不同的线型，同轴线使用“共线”命令约束。完成二维草图后保存，作为基础视图使用；
打开“三维模型”菜单，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择XY平面饶主管在俯视图中的轴线旋转90度，得到主管的纵向垂直面，命名为主管竖面；在该平面上新建二维草图，投影主管的轴线，作为中经的下母线使用；以下母线两端作垂直构造线，长度取主管内径加壁厚(φ+δ)/2，用中心线连接构造线上方两端点，得到主管的真正轴线；完成二维草图后退出保存；
重复上述操作，分别绘制出左右椎管、支管在纵向垂直平面的真正轴线；
S02:建立各管节三维曲面：再次打开“三维模型”菜单，点击创建版块的“旋转”命令，选择输出曲面，以主管下母线为截面轮廓、主管轴线为旋转轴，生成主管曲面；
重复上述操作，可以得出左右椎管、支管曲面；
S03:延伸修剪形成岔管相贯曲面：在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“从平面偏移”按钮，选择主管竖面分别偏移月牙肋厚度的±1/2距离，得到左右两个平面；点击曲面版块的“修剪”命令，以左右平面为修剪工具分别修建左右椎管，删除多余部分曲面；
重复修剪命令，分别以主管与左右椎管、左右椎管与左右支管相邻节互为修剪工具，剪切删除多余曲面。点击绘图区右上侧“动态自由观察”按钮，检查曲面封闭情况，发现空缺时选择曲面版块的“延伸”命令，点击需要延长的曲面边、延伸到需要闭合的曲面；延伸与修剪命令交替应用，即可得到完整的岔管相贯三维曲面；完成后进行保存，作为模板图形使用；
S04:各管节加厚形成三维模型：
a.主管三维模型：打开上述“模板图形”，另存为主管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择主管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
b.左椎管三维模型：打开“模板图形”，另存为左椎管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择左椎管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
c.重复上述操作，分别得到其它管节零件的模型：
曲面加厚时需要说明的问题：因为岔管曲面是以主管内径加壁厚(φ+δ)/2mm尺寸建模，保持岔管各管节过流面平置；当左右支管壁厚t与主管壁厚δ不一致时采取两次加厚：第一次加厚到内径位置，偏移δ/2距离，第二次加厚到支管外径位置，偏移(t-δ/2)距离，选着“求和”选项两次完成单节管壁厚度；
S05:各管节分缝位置、刻压上下左右侧母线：
a.主管分缝位置、刻压上下左右侧母线：
根据制造规范规定，相邻管节的纵缝必须错开一定距离，不允许出现十字焊缝；因此，岔管放样时必须考虑错缝位置，习惯的分缝原则是顺水流方向在纵向垂直面左右摆动；根据上邻节分缝位置，主管分缝位置确定在顺水流方向看左侧水平面上45°角度；后续相邻左右椎管分缝位置在右上方45°，左右支管分缝位置在左上方45°；
b.其它管节分缝位置、刻压上下左右侧母线
同理，左右椎管、支管的分缝、刻压上下左右侧母线，与主管的操作基本相同，参照上述步骤“1)至3)”步骤即可完成；
S06:岔管各管节装配检验
新建一个Weldment.iam装配图文件，命名为岔管装配图；将岔管各节三维模型调入，按原始坐标系将各平面对齐，即能组装成一个完整的岔管；根据设计图坡口形式，开出对应边坡口，旋转观察节间缝隙贴合情况，发现错误时回溯“S01至S05”流程进行更正，三维模型保存后装配图自动更新；以装配后的实际状态完成各节段零件的检查校正，从而保证后续展开图的正确性；
S07设置材质、展开系数
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型赋予设计图规定材质；
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型转化为钣金零件；
再点击“展开规则”编辑按钮，进入二次选项栏；默认设置的K系数为折弯状态下展开系数0.44，卷板机滚压成型工况下必须调整为0.5ul；
S08各管节三维模型展开生成工程图
逐个打开S05步骤后完成的各管节零件，首先进行“S07设置材质、展开系数”调整。在“钣金”菜单上，点击“展开模式”版块的“转至展开模型”命令，即可得到该管节的平面展开状态；
点击屏幕左上角一级菜单“新建文件”→选择“Standard.idw”工程图→创建，进入工程图环境。在“放置视图”菜单下点击“基础视图”命令，自动弹出“工程视图”选项卡(如图18所示)，选择“展开模式”、“不显示隐藏线”选项，调整合适比例、视图方向选择“后”→“确定”返回工程图环境；如果零件的边已开坡口时，点击坡口线“不可见”隐藏，只保留最外侧轮廓线；因为“上、下、左、右侧母线”是采用小圆柱拉伸刻压成型，展开状态下显示双线，距离很小，隐藏同侧的一条显示成单线；
在工程图环境下，点击“标注”菜单，可以对“上、下、左、右侧母线”进行“指引线文本”标注，标注尺寸等，通过在展开图上再次“创建二维草图”可以阵列滚压线等。同样的操作也可以在Auto CAD、CAXA软件中完成；
保存文件，退出Inventor软件，三维建模展开过程完成；
S09 CAXA软件中提取滚压线坐标：
打开CAXA软件，完成用户坐标、标注样式、图层等设置，调入“S08”步骤得到的展开图，逐个完成滚压线阵列、延伸和修剪、提取滚压线坐标表。
所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，还包括主管分缝：打开“主管三维模型”，在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”向左侧旋转135°，得到主管分缝平面并命名；以主管分缝面新建二位草图，在草图环境下按F7快捷键剖切主管，投影主管上方内壁截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在该平面上新建一个端面草图，投影主管分缝平面、主管内圆轮廓线；做一个工作点，约束在两线之上得到交点；以“主管分缝平面”的投影线为对称线，画一个长方形，长度大于主管壁厚，宽度0.0001mm，完成草图；点击“拉伸”命令，调整为“求差”和范围“贯通”选项，选择长方形为截面轮廓拉伸确定，主管分缝完成。
所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，还包括主管刻压上、下侧母线：在主管竖面上新建一个二维草图，按下F7快捷键，投影主管内壁上下两条截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，先以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在工作平面上新建一个端面草图，投影主管竖面、主管内圆轮廓线。做一个中心点，约束在两线之上得到交点；以交点为中心画出一个直径0.005mm小圆，完成草图；点击“拉伸”命令，调整为“求差”和拉伸范围“贯通”选项，选择小圆为截面轮廓拉伸确定；上母线刻压成型；再以下构造线和一个端点新建一个工作平面画出一个直径0.005mm小圆，重复后续操作，完成主管下母线刻压成型。
所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，还包括主管刻压左、右侧母线：在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”旋转90°，得到主管水平平面并命名；在该平面上新建一个二维草图，重复步骤2)中的“主管刻压上、下侧母线”中后续操作步骤，即可完成主管左、右侧母线刻压成型。
与现有技术相比，发明的有益效果是：依照本发明方法得到岔管各管节的精确制造工艺图，根据钢板材料规格进行合理排料、编制材料计划订购。钢板到货后先加工好钢板的拼接缝，点焊成整节板材放置在数控切割机下料平台上，对应节段展开图输入数控切割机控制程序即可进行划线、切割下料、坡口加工工序。
卷板机依据板料上滚压线先进行压弯、再进行滚圆弧，以标准样板检查合格后完成卷制瓦片工序。
在组装平台上，根据排料情况，先将分组的瓦片组成单节管子整园，所有管节完成后进行岔管的整体预组装。依据预设的上下左右侧母线位置进行对位找正、测量检查等，完成岔管整体组装工序。因为岔管各管节三维模型在Inventor软件中进行过虚拟“装配检验”，保证了实际组拼不会出现较大误差，局部修磨后即可满足要求。验收合格后编号解体、防腐处理后输运工地安装。岔管制作过程完成。
现有技术提供的工程图，只要清楚表达工件形状、制造尺寸和公差、制作安装的技术要求等即属于合格图纸；制作阶段的工艺图需要对制造工序过程、工序要求、检查测量方法等进行细致的指导，才能保证制造出合格的产品。两者对图纸的要求不同。
本发明专利，在钢岔管三维建模、展开放样时，充分考虑制造工艺需求，将节间错缝、刻压侧母线、提取滚压线坐标表等完整参数提供到工艺图上，为制造工序提供直接指导和标准找正线，方便了后续工序作业、保证了制造时的质量控制更容易实现，从而具有创新性和实用意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明基本操作流程图。
图2是本发明建立岔管xy平面的二维草图。
图3是本发明建立岔管过轴线纵垂面的二维草图。
图4是本发明岔管相贯曲面图。
图5是本发明岔管主管模型图。
图6是本发明岔管右椎管模型图。
图7是本发明岔管右支管模型图。
图8是本发明岔管左椎管模型图。
图9是本发明岔管左支管模型图。
图10是本发明岔管装配图。
图11是本发明钢岔管主管展开图。
图12是本发明钢岔管右椎管展开图。
图13是本发明钢岔管右支管展开图。
图14是本发明过流面平置带月牙肋钢岔管结构图。
图15是本发明中材料设置示意图。
图16是本发明中钣金厚度设置示意图。
图17是本发明中K系数值调整示意图。
图18是本发明中放置视图菜单调整示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
请参阅图1-18所示的一种过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其中图13是某水电站钢岔管的设计图：月牙肋钢岔管结构图，属于过流面平置安装类型，以此为实例三维建模展开，单节采取2个瓦片1/2组拼而成。
如附图1所示，本发明所述基于Autodesk inventor软件三维建模展开生成平面图纸，导入CAXA电子图板软件提取放样坐标表的操作方法，该方法是基于Autodesk inventor软件三维建模展开生成平面图纸，导入CAXA电子图板软件提取放样坐标表的操作方法，这两种软件均为常用专业软件，网上即可下载免费版，经济性和通用性好，在金结制作领域已广泛应用。依照本发明的操作方法，可轻松得到精准的制造工艺图并附带相关参数信息，与数控切割机控制程序对接，可直接用于钢板的切割下料；并提供出卷管时的滚压线坐标，数控切割机可以自动划线，指导卷板机滚压成型工序；预留的上下母线、左右侧母线，可以指导钢岔管整体组拼过程中的找正就位和检查测量等。使制造过程的卷弧、组拼工序更容易控制，从而提高产品质量和节约工序作业时间，提高劳动效率。
该方法包括如下步骤：
S01：运用Autodesk inventor软件建立二维草图：打开Autodesk inventor软件，新建第一文件Standard.ipt进入创建零件环境，在xy平面上绘制钢岔管设计图中的俯视图，画出主管、左右椎管、支管的轴线长度及位置；不同管节设置成不同的线型，同轴线使用“共线”命令约束。完成二维草图后保存，作为基础视图使用(如图2所示)；
(要点说明：每节管线画成单根直线，可以采用到端点预留0.0001mm间隙，或者不同线型区分，避免后续旋转曲面时多节连带。也可以创建Sheet Metal.ipt钣金类零件完成上述操作，零件类型可以相互转换。)
打开“三维模型”菜单，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择XY平面饶主管在俯视图中的轴线旋转90度，得到主管的纵向垂直面，命名为主管竖面；在该平面上新建二维草图，投影(图2中)主管的轴线，作为中经的下母线使用；以下母线两端作垂直构造线，长度取主管内径加壁厚(φ+δ)/2，用中心线连接构造线上方两端点，得到主管的真正轴线；完成二维草图后退出保存；
重复上述操作，分别绘制出左右椎管、支管在纵向垂直平面的真正轴线(如图3所示)。
(要点说明：以主管段壁厚的中经建立曲面，可以更精确得到展开图。依据施工惯例：为减少工地焊接难度，过岔管轴线水平面以上瓦片开成外大内小的双坡口，过岔管轴线水平面以下瓦片开成外小内大的双坡口，所以，以中经放样更接近开坡口的管节截面。)
S02:建立各管节三维曲面：再次打开“三维模型”菜单，点击创建版块的“旋转”命令，选择输出曲面，以主管下母线为截面轮廓、主管轴线为旋转轴，生成主管曲面；
重复上述操作，可以得出左右椎管、支管曲面；
S03:延伸修剪形成岔管相贯曲面：在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“从平面偏移”按钮，选择主管竖面分别偏移月牙肋厚度的±1/2距离，得到左右两个平面；点击曲面版块的“修剪”命令，以左右平面为修剪工具分别修建左右椎管，删除多余部分曲面；
重复修剪命令，分别以主管与左右椎管、左右椎管与左右支管相邻节互为修剪工具，剪切删除多余曲面。点击绘图区右上侧“动态自由观察”按钮，检查曲面封闭情况，发现空缺时选择曲面版块的“延伸”命令，点击需要延长的曲面边、延伸到需要闭合的曲面；延伸与修剪命令交替应用，即可得到完整的岔管相贯三维曲面(如图4所示)；完成后进行保存，作为模板图形使用；
S04:各管节加厚形成三维模型
打开上述“模板图形”，另存为主管零件。隐藏其它管节曲面。在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择主管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型(如图5所示，此时不包括文字标注)。其它管节的操作方法基本相同。
如果壁厚和主管不同时，采用二次加厚合并成规定板厚尺寸，第一次向内加厚过流面平齐，第二次加厚到规定外径。如左右支管图7、图9所示。
a.主管三维模型：打开上述“模板图形”，另存为主管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择主管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
b.左椎管三维模型：打开“模板图形”，另存为左椎管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择左椎管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
c.重复上述操作，分别得到其它管节零件的模型
曲面加厚时需要说明的问题：因为岔管曲面是以主管内径加壁厚(φ+δ)/2mm尺寸建模，保持岔管各管节过流面平置；当左右支管壁厚t与主管壁厚δ不一致时采取两次加厚：第一次加厚到内径位置，偏移δ/2距离，第二次加厚到支管外径位置，偏移(t-δ/2)距离，选着“求和”选项两次完成单节管壁厚度；
S05:各管节分缝位置、刻压上下左右侧母线
a.主管分缝位置、刻压上下左右侧母线
根据制造规范规定，相邻管节的纵缝必须错开一定距离，不允许出现十字焊缝；因此，岔管放样时必须考虑错缝位置，习惯的分缝原则是顺水流方向在纵向垂直面左右摆动；根据上邻节分缝位置，主管分缝位置确定在顺水流方向看左侧水平面上45°角度；后续相邻左右椎管分缝位置在右上方45°，左右支管分缝位置在左上方45°；
管节分缝：打开对应“零件”模型，在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择该节“竖面”绕“轴线”旋转135°，得到分缝平面并命名；以分缝面新建二位草图，在草图环境下按F7快捷键剖切管节，投影管节上方内壁截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在该平面上新建一个端面草图，投影该管节分缝平面、管节内圆轮廓线。做一个工作点，约束在两线之上得到交点。以“分缝平面”的投影线为对称线，画一个长方形，长度大于管节壁厚，宽度0.0001mm(大于或等于软件设置的最小显示尺寸)，完成草图；点击“拉伸”命令，调整为“求差”和范围“贯通”选项，选择草图长方形为截面轮廓拉伸确定。管节分缝完成。
操作要点：熟悉零件在空间的位置，必要时显亮二维草图辨识方向。熟练软件建立工作平面的各种条件，以最简洁的方式创建工作平面。辅助分缝切割的二维草图绘制时可以加宽到易于辨认，完成切割后再修改成不影响精度的小尺寸。
刻压上下左右侧母线：与管节分缝位置操作步骤基本相同，草图截面不限于圆形，也可以采用三角形截面，以及采用“凸刻”命令实现。
1)主管分缝：打开“主管三维模型”，在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”向左侧旋转135°，得到主管分缝平面并命名；以主管分缝面新建二位草图，在草图环境下按F7快捷键剖切主管，投影主管上方内壁截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在该平面上新建一个端面草图，投影主管分缝平面、主管内圆轮廓线；做一个工作点，约束在两线之上得到交点；以“主管分缝平面”的投影线为对称线，画一个长方形，长度大于主管壁厚，宽度0.0001mm(大于或等于软件设置的最小显示尺寸)，完成草图；点击“拉伸”命令，调整为“求差”和范围“贯通”选项，选择长方形为截面轮廓拉伸确定，主管分缝完成；
2)主管刻压上、下侧母线：
在主管竖面上新建一个二维草图，按下F7快捷键，投影主管内壁上下两条截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，先以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在工作平面上新建一个端面草图，投影主管竖面、主管内圆轮廓线。做一个中心点，约束在两线之上得到交点；以交点为中心画出一个直径0.005mm小圆，完成草图；点击“拉伸”命令，调整为“求差”和拉伸范围“贯通”选项，选择小圆为截面轮廓拉伸确定；上母线刻压成型；
再以下构造线和一个端点新建一个工作平面画出一个直径0.005mm小圆，重复后续操作，完成主管下母线刻压成型；
3)主管刻压左、右侧母线：
在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”旋转90°，得到主管水平平面并命名；在该平面上新建一个二维草图，重复步骤2)中的“主管刻压上、下侧母线”中后续操作步骤，即可完成主管左、右侧母线刻压成型(如图5所示)。
b.其它管节分缝位置、刻压上下左右侧母线
同理，左右椎管、支管的分缝、刻压上下左右侧母线，与主管的操作基本相同，参照上述步骤“1)至3)”步骤即可完成，不再赘述。
S06:岔管各管节装配检验
新建一个Weldment.iam装配图文件，命名为岔管装配图；将岔管各节三维模型调入，按原始坐标系将各平面对齐，即能组装成一个完整的岔管；根据设计图坡口形式，开出对应边坡口，旋转观察节间缝隙贴合情况，正确情况下(如图10所示)没有间隙和节间干涉。发现错误时回溯“S01至S05”流程进行更正，三维模型保存后装配图自动更新；以装配后的实际状态完成各节段零件的检查校正，从而保证后续展开图的正确性；
操作要点：操作的目的在于检验零件装配后是否发生干涉或者间隙过大，验证三维模型的正确性，发现错误时可以提前修改，保证后续展开图的正确无误。装配文件有两种：Weldment.iam是钣金装配，可以进行焊接加工坡口等操作；Standard.iam是加工件装配，在三维模型菜单中也可以加工坡口。均能完成上述操作。
S07设置材质、展开系数
打开“钣金”菜单，点击“钣金默认设置”选项卡：消除“使用规则的厚度”选项，厚度中输入对应管节壁厚；
再点击“展开规则”编辑按钮，进入二次选项栏。默认设置的K系数为折弯状态下展开系数0.44，卷板机滚压成型工况下必须调整为0.5ul。
操作要点：默认设置的K＝0.44系数仅适用折弯工况。滚压成型的中性层是板厚中径，系数K＝0.5，不作出调整得到的展开长度与理论长度不符，会产生较大理论偏差。1000mm直径10mm壁厚钢管，展开长小于理论值约4mm。
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型赋予设计图规定材质；打开“工具”菜单，点击“文档设置”命令→进入“标准”选项卡：在“物理特性”栏设置设计图规定的材质(如图15所示)；“应用”“关闭”，完成材料设置。
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型转化为钣金零件；如果在“S01步骤时新建第一文件选择Sheet Metal.ipt”格式，就直接进入创建钣金零件环境，没有此项操作；
打开“钣金”菜单，点击“钣金默认设置”选项卡：消除“使用规则的厚度”选项，厚度中输入对应管节壁厚(见图16所示)；
再点击“展开规则”编辑按钮，进入二次选项栏；默认设置的K系数为折弯状态下展开系数0.44，卷板机滚压成型工况下必须调整为0.5ul；否则将产生所有管节展开长度不对的严重错误！调整后点击“保存并关闭”按钮(见图17所示)；返回上级选项栏，继续点击“应用”“确定”。展开系数设置完成。
需要强调的是：打开岔管所有节段三维模型后，都需要首先完成上述调整和设定，所以，在此特别提出进行说明。
S08各管节三维模型展开生成工程图
逐个打开S05步骤后完成的各管节零件，首先进行“S07设置材质、展开系数”调整。在“钣金”菜单上，点击“展开模式”版块的“转至展开模型”命令，即可得到该管节的平面展开状态；
点击屏幕左上角一级菜单“新建文件”→选择“Standard.idw”工程图→创建，进入工程图环境。在“放置视图”菜单下点击“基础视图”命令，自动弹出“工程视图”选项卡(如图18所示)，选择“展开模式”、“不显示隐藏线”选项，调整合适比例、视图方向选择“后”→“确定”返回工程图环境；如果零件的边已开坡口时，点击坡口线“不可见”隐藏，只保留最外侧轮廓线；因为“上、下、左、右侧母线”是采用小圆柱拉伸刻压成型，展开状态下显示双线，距离很小，隐藏同侧的一条显示成单线；
在工程图环境下，点击“标注”菜单，可以对“上、下、左、右侧母线”进行“指引线文本”标注，标注尺寸等，通过在展开图上再次“创建二维草图”可以阵列滚压线等。同样的操作也可以在Auto CAD、CAXA软件中完成；
完成后打开“文件”菜单→另存为→保存副本为→AutoCAD DWG格式文件，保存文件。退出Inventor软件，三维建模展开过程完成；从而得到各管节的平面展开图纸。
操作要点：目前版本的Inventor软件，没有直接的坐标点列表命令。所以，平面图纸的补充完善需要借助其它软件完成。
S09 CAXA软件中提取滚压线坐标
打开CAXA软件，完成用户坐标、标注样式、图层等设置，调入“S08”步骤得到的展开图，逐个完成滚压线阵列、延伸和修剪、提取滚压线坐标表。
CAXA软件与Auto CAD软件兼容且操作方式基本相同，会CAD软件的技术人员很容易上手，不需要专业学习就能操作。下面以右椎管节进行说明。
a.右椎管节提取滚压线坐标
在CAXA软件打开右椎管节(.dwg)格式文件，在“常用”菜单中设置图层和线型；在“视图”菜单中设置用户坐标系，将右椎管展开图左下点设置为坐标原点，命名坐标系并置为当先；在“标注”菜单中设置尺寸单位和标注样式等。
返回“常用”菜单下，延长展开图的三条对接缝线相交于扇形平面下的中心点。点击环形阵列命令，指定“阵列角度”为展开图扇形夹角，“相邻角度”为“阵列角度”/4n(n为整数)，选择最右侧“上下瓦片对接缝线”(即边线)、扇形中心点“确定”，滚压线生成。补充图形最高点到扇形中心的滚压线。用延伸和修剪命令将各条滚压线与上下轮廓线相交，删除多余部分。滚压绘制完成。
在“标注”菜单下，选择“坐标标注”下拉菜单的“自动列表”命令，从左至右依次点取下曲线上的各滚压线的交点，完成后点击鼠标右键“确定”，指定坐标表放置位置点击鼠标左键完成。双击坐标表，完成“属性定义”添加“序号”、表格标题，完成后保存，退出块编辑命令。重复上述操作，提取图形的上曲线坐标，与下曲线坐标表并排放置。完成其他相关标注后，另存为(.dwg)格式文件(如图12所示)。
重复同样的操作，完成其它管节的滚压线坐标列表，如图11、图13所示。
操作要点：目前版本的Auto CAD软件，可以标注坐标点、提取样条曲线坐标点的系统坐标值，不能直接形成表格。所以，借助CAXA软件可以完成自动列表。两个软件兼容性好，各项命令可以补充应用。
在“标注”菜单上，选择“坐标标注”下拉菜单的“自动孔表”命令，同样可以完成坐标提取，需要先在交点上作出等径小工艺孔。之后的操作基本相同，不再赘述。
需要说明的是：圆管、椎管三维模型的上、下、左、右侧母线即是滚压线，当以“4n(n为整数)”均分整节管周长或扇形展开图夹角时，侧母线与滚压线重合，可以验证“三维模型刻压上下左右侧母线”的正确性，隐藏重复线段即可。
b.主管管节与左右支管管节提取滚压线坐标
主管与左右支管展开图是左、右、下方为直线，上方是曲线的长方形。因此只需进行上曲线的坐标点提取，图形下直线采用：等分数×等分距离＝长度的标注即可，其它操作步骤与“a.”项相同。完成后如图11、图13所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：运用Autodesk inventor软件建立二维草图：打开Autodesk inventor软件，新建第一文件Standard.ipt进入创建零件环境，在xy平面上绘制钢岔管设计图中的俯视图，画出主管、左右椎管、支管的轴线长度及位置；不同管节设置成不同的线型，同轴线使用“共线”命令约束，完成二维草图后保存，作为基础视图使用；
打开“三维模型”菜单，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择XY平面饶主管在俯视图中的轴线旋转90度，得到主管的纵向垂直面，命名为主管竖面；在该平面上新建二维草图，投影主管的轴线，作为中经的下母线使用；以下母线两端作垂直构造线，长度取主管内径加壁厚（φ+δ）/2，用中心线连接构造线上方两端点，得到主管的真正轴线；完成二维草图后退出保存；
重复上述操作，分别绘制出左右椎管、支管在纵向垂直平面的真正轴线；
S02:建立各管节三维曲面：再次打开“三维模型”菜单，点击创建版块的“旋转”命令，选择输出曲面，以主管下母线为截面轮廓、主管轴线为旋转轴，生成主管曲面；
重复上述操作，可以得出左右椎管、支管曲面；
S03:延伸修剪形成岔管相贯曲面：在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“从平面偏移”按钮，选择主管竖面分别偏移月牙肋厚度的±1/2距离，得到左右两个平面；点击曲面版块的“修剪”命令，以左右平面为修剪工具分别修建左右椎管，删除多余部分曲面；
重复修剪命令，分别以主管与左右椎管、左右椎管与左右支管相邻节互为修剪工具，剪切删除多余曲面，点击绘图区右上侧“动态自由观察”按钮，检查曲面封闭情况，发现空缺时选择曲面版块的“延伸”命令，点击需要延长的曲面边、延伸到需要闭合的曲面；延伸与修剪命令交替应用，即可得到完整的岔管相贯三维曲面；完成后进行保存，作为模板图形使用；
S04:各管节加厚形成三维模型：
a.主管三维模型：打开上述“模板图形”，另存为主管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择主管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
b. 左椎管三维模型：打开“模板图形”，另存为左椎管零件；隐藏其它管节曲面；在“三维模型”菜单上，点击“修改版块”的“加厚/偏移”命令，选择左椎管曲面，双向加厚管壁厚度δmm，点击“应用”“确定”按钮，生成三维模型；
c.重复上述操作，分别得到其它管节零件的模型：
曲面加厚时需要说明的问题：因为岔管曲面是以主管内径加壁厚（φ+δ）/2mm尺寸建模，保持岔管各管节过流面平置；当左右支管壁厚t与主管壁厚δ不一致时采取两次加厚：第一次加厚到内径位置，偏移δ/2距离，第二次加厚到支管外径位置，偏移（t-δ/2）距离，选着“求和”选项两次完成单节管壁厚度；
S05:各管节分缝位置、刻压上下左右侧母线：
a.主管分缝位置、刻压上下左右侧母线：
根据制造规范规定，相邻管节的纵缝必须错开一定距离，不允许出现十字焊缝；因此，岔管放样时必须考虑错缝位置，习惯的分缝原则是顺水流方向在纵向垂直面左右摆动；根据上邻节分缝位置，主管分缝位置确定在顺水流方向看左侧水平面上45°角度；后续相邻左右椎管分缝位置在右上方45°，左右支管分缝位置在左上方45°；
b.其它管节分缝位置、刻压上下左右侧母线
同理，左右椎管、支管的分缝、刻压上下左右侧母线，与主管的操作基本相同，参照“主管分封位置、刻压上下左右侧母线步骤”即可完成；
S06:岔管各管节装配检验
新建一个Weldment.iam装配图文件，命名为岔管装配图；将岔管各节三维模型调入，按原始坐标系将各平面对齐，即能组装成一个完整的岔管；根据设计图坡口形式，开出对应边坡口，旋转观察节间缝隙贴合情况，发现错误时回溯“S01至S05”流程进行更正，三维模型保存后装配图自动更新；以装配后的实际状态完成各节段零件的检查校正，从而保证后续展开图的正确性；
S07设置材质、展开系数
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型赋予设计图规定材质；
在三维模型展开之前，需要将各节段三维模型转化为钣金零件；
再点击“展开规则”编辑按钮，进入二次选项栏；默认设置的K系数为折弯状态下展开系数0.44，卷板机滚压成型工况下必须调整为0.5ul；
S08各管节三维模型展开生成工程图
逐个打开S05步骤后完成的各管节零件，首先进行“S07设置材质、展开系数”调整，在“钣金”菜单上，点击 “展开模式”版块的“转至展开模型”命令，即可得到该管节的平面展开状态；
点击屏幕左上角一级菜单“新建文件”→选择 “Standard.idw”工程图→创建，进入工程图环境，在“放置视图”菜单下点击“基础视图”命令，自动弹出“工程视图”选项卡，选择“展开模式”、“不显示隐藏线”选项，调整合适比例、视图方向选择“后”→“确定”返回工程图环境；如果零件的边已开坡口时，点击坡口线“不可见”隐藏，只保留最外侧轮廓线；因为“上、下、左、右侧母线”是采用小圆柱拉伸刻压成型，展开状态下显示双线，距离很小，隐藏同侧的一条显示成单线；
在工程图环境下，点击“标注”菜单，可以对“上、下、左、右侧母线”进行“指引线文本”标注，标注尺寸，通过在展开图上再次“创建二维草图”可以阵列滚压线，同样的操作也可以在Auto CAD、CAXA软件中完成；
保存文件，退出Inventor软件，三维建模展开过程完成；
S09 CAXA软件中提取滚压线坐标：
打开CAXA软件，完成用户坐标、标注样式、图层设置，调入“S08”步骤得到的展开图，逐个完成滚压线阵列、延伸和修剪、提取滚压线坐标表。
2.根据权利要求1所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其特征在于，还包括主管分缝：打开“主管三维模型”，在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”向左侧旋转135°，得到主管分缝平面并命名；以主管分缝面新建二位草图，在草图环境下按F7快捷键剖切主管，投影主管上方内壁截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在该平面上新建一个端面草图，投影主管分缝平面、主管内圆轮廓线；做一个工作点，约束在两线之上得到交点；以“主管分缝平面”的投影线为对称线，画一个长方形，长度大于主管壁厚，宽度0.0001mm，完成草图；点击“拉伸”命令， 调整为“求差”和范围“贯通”选项，选择长方形为截面轮廓拉伸确定，主管分缝完成。
3.根据权利要求2所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其特征在于，还包括主管刻压上、下侧母线：在主管竖面上新建一个二维草图，按下F7快捷键，投影主管内壁上下两条截面线为构造线，完成草图；在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“与轴垂直且通过点”按钮，先以上构造线和一个端点新建一个工作平面；在工作平面上新建一个端面草图，投影主管竖面、主管内圆轮廓线，做一个中心点，约束在两线之上得到交点；以交点为中心画出一个直径0.005mm小圆，完成草图；点击“拉伸”命令， 调整为“求差”和拉伸范围“贯通”选项，选择小圆为截面轮廓拉伸确定；上母线刻压成型；再以下构造线和一个端点新建一个工作平面画出一个直径0.005mm小圆，重复后续操作，完成主管下母线刻压成型。
4.根据权利要求3所述的过流面平置钢岔管建模展开精确制造工艺图的方法，其特征在于，还包括主管刻压左、右侧母线：在“三维模型”菜单上，点击“平面”选项卡下拉菜单中“平面绕边旋转角度”按钮，选择“主管竖面”绕“主管轴线”旋转90°，得到主管水平平面并命名；在该平面上新建一个二维草图，重复“主管刻压上、下侧母线”中后续操作步骤，即可完成主管左、右侧母线刻压成型。
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