Inventor在扇形段三维配管中应用

2021-01-14黄玉珠陆小武

冶金设备 2020年6期

黄玉珠陆小武

(宝钢工程技术集团有限公司上海 201999)

1 前言

随着时代的变迁，科技的进步，智慧制造的浪潮越来越汹涌。而一个公司是否具有核心的竞争力，同类产品是否能在和其他公司的竞标中凸显，除了对结构本身可靠性的考量外，对设计人员的设计方法和创新理念提出了新的挑战。

Inventor软件是由美国Autodesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件，提供了直观的参数化设计环境，支持用户开发初始的概念草图以及零件和装配的运动学模型。Inventor软件能够自动创建智能部件的几何图形，这些智能部件包括塑料零件、钢结构、旋转机构、管线、电缆和线束等，提供了仿真模块、三维布管设计、钣金设计、装配设计等大的功能模块[1-3]。可以与AutoCAD软件无风险的转化路径，不会丢失设计元素。

众所周知，三维设计对于工程设备的重要作用，这里不再赘述[1-3]。传统二维配管设计方法很难在设计和审图过程中检查干涉问题，且配管路径是根据二维图纸想象的布置走向，不能准确表达管路的路径，故引用三维配管方法。本文选用参数化的Inventor三维布管模块进行配管，在配管的过程中加入结束条件和辅助定位方法，随着模型的改动，自动调整布管的走向，以节约工作时间，提高工作效率。

2 必要性

连铸机扇形段是连铸机产线中至关重要的设备，每条板坯铸机根据辊列的特点分成几种不同规格的扇形段，任一扇形段都由5-6对自由辊，1对驱动辊、上下框架、夹紧装置、压下装置等大部件组成。5种规格的扇形段虽辊子的尺寸不同，但却有着相似的结构特点，通过参数化设计可以实现不同扇形段配管的通用性。当切换扇形段时，三维配管并不需要重新设计，它会根据模型的变化自动驱动新的布管走向，极大的提高了技术人员的工作效率[3,4]。

3 三维布管流程

3.1 标准件库建立[5-7]

Inventor的三维管路模块是建立在已完成的装配部件和按照设计需求建立的资源中心库的基础上。简单来说，管路设计模块的核心功能是，基于预定义的布管布线样式在三维路径上填充管路，形成管路。

三维布管之前，需要先建立设计需要的管件、管材的样式库，这里建议建立企业常用标准件库。

因Inventor软件自带的资源中心库是只读模式，需要先创建一个可编辑的企业标准资源库。本文介绍的是配管方法，这里只举例三维布管样式库的建立步骤。首先优先选择软件自带的标准件资源，复制到可读写的资源中心库中，再对此标准件进行编辑，添加设计需要的规格和参数。如图1所示。

图1 利用已有资源中心库中标准件为自定义标准件

其次当软件自带的三维布管标准件库中的零件不能满足设计需求的时候，需要创建个性化标准件，这里以带配件的硬管为例，介绍自定义三维布管标准件库的建立方法。

1)创建管件的ipart模型[3,7]

进入草图模式，绘制管件的外形，设置外径和内径尺寸；回到模型空间，拉伸草图，即绘制好管件的模型。外径、内径和管长作为管件的参数值。进入ipart编辑器，做好管件的所有规格尺寸，并定义“公称尺寸”列，便于调用此硬管时将此参数与管件的规格尺寸一一映射，如图2所示。

图2 编写硬管的ipart尺寸规格表

2)将硬管发布到三维布管样式库中

打开三维布管命令，在弹出的对话框编辑器中选取管件的类型为管材，定义每个接头的末端处理方式，并设置参数表与硬管ipart表格的映射关系，选取接头的点及轴的方向、结合方式的最大值和最小值，完成后确认，再将零件发布到企业标准件库中，设置族名称、族文件夹名称、标准组织等信息，即发布成功。设置过程如图3所示。

图3 硬管的三维布管样式编写

综上所述，用此方法定义好设计所需的所有管件、管材、管接头的样式库。再回到三维布管样式中，新建一个带配件的硬管样式，定义名称和类别，选择对焊的方式，系统自动选择管材和弯头的样式，从样式库中选取自定义的管件类型，来满足配管的设计方案。设定规则里的最大值、最小值和增量值，当管长度小于最小值时无法生产管路，当管长度大于最大值时，会自动将管路断开，并增加连接接头。如图4所示。用此方法新建企业三维布管样式库，包括带配件的硬管、带折弯的管件和软管，其中每种类型中又细分了各种接头形式的连接方法。

图4 三维布管样式库的建立

如果不需要关联原模型，可以解除与原始模型的关联关系。方法有2个，一是抑制与基础零部件的链接，此方法可逆；二是断开与基础零部件的关联，此方法不可逆。

3.2 装配体轻量化

扇形段的结构非常复杂，尤其在扇形段的设计中引入参数化设计方法[3,8]，更是对计算机的硬件配置提出新的要求，在此基础上进行三维布管是不太现实的。在配管之前，需要对模型进行轻量化处理，即包覆面提取。根据实际情况选择模型的显示部分，内部零件可以选择不显示，只保留配管接口和外形，同时保留与原模型的关联关系，当模型参数改变时，轻量化后的模型也跟随发生相应的更新。

3.3 三维布管应用[4]

传统的三维布管，是在模型空间将管件一个个装配起来，当模型改变时，配管并不能随着长度的改变而自适应变化，给设计修改带来繁重的工作量。而Inventor软件的三维布管模块，集合了配管的所有功能，并将三维布管布线与模型的边界及管路起始点做了约束和定位，当模型改变时，设计参数会驱动配管发生自适应变化，极大的缩短了改图时间。

三维布线有手工布线和自动布线两种，本设计将两种方式结合在一起。首先自动布线，再将布线转化为草图，并将多余的尺寸和约束删除，再添加一些定位尺寸，来控制管路的走向，使管路能够自适应模型的变更。如图5所示，图中1和2是3的两端，设计要求软管不能偏离4。布线时，选取1和2作为节点，创建参考件草图，设置草图与4的距离作为定位尺寸，此点为节点3，完成布线。当1和2位置改变时，软管可以跟随着改变，以实现配管设计的参数化。设计中运用导出工作轴或者工作平面的方法，通过添加工作平面与扇形段模型的定位约束作为布线的路径约束条件。注意在布管之前，一定要在折弯的地方加上定位参考件，比如管夹，来定位管路的轨迹，如图6所示。