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  • 阀门基于SolidWorks的高效设计方式
    发布日期:2017-1-28


    摘 要:应用SolidWorks软件的“零件”、“装配体”、“工程图”三大模块进行民用阀门设计。基于参数化设计理念,结合民用阀门的设计特点,介绍三种设计方式,提升设计效率,简化设计过程。

    关键字:Solidworks 参数化设计 民用阀门 三维建模


    0 引言

    目前,民用阀门厂商之间的市场竞争日趋激烈,促使着新品的设计与生产周期的缩短。故“如何在较短周期内完成设计的同时减少图纸设计的出错率”成为了广大设计者的一个新的问题。传统的平面二维绘图软件工具,在处理民用阀门这种系列化、通用化、相似化程度较高的产品时,设计周期越短则出错率越高,费时费力,不宜作为首要的设计工具。SolidWorks采用了参数化和特征造型技术,能方便地创建任何复杂的实体、快捷地组成装配体、灵活地生成工程图。设计者应用SolidWorks软件,结合着合理高效的设计方式,即可大大简化阀门类产品的设计开发,降低研发成本与周期。

    1 应用SolidWorks进行阀门设计

    应用SolidWorks进行阀门设计,可以一站式地完成各个零部件的建模及其工程图的绘制,并可以通过零部件之间的模拟组装,来直观准确地反映零部件之间的装配关系。图1为SolidWorks软件构建的两端内螺纹两片式中孔填料密封结构球阀。

    图1 螺纹球阀组装体

    1.1 建模与工程图模块介绍

    SolidWorks的建模过程简单易学,只需选取一个平面进行草图绘制,然后通过运用“旋转、拉伸、切除、扫描、阵列”等一系列特征命令的组合,便可完成建模的过程。建模完成后,转到工程图模块,通过几个简单的命令,便可以自动生成所需的三视图,同时还可根据需要生成局部视图、剖面视图、断面等各种辅助视图。在进行工程图纸的标注时,可以通过手动或者自动的方式添加基本尺寸信息,手动添加尺寸公差、粗糙度、形位公差等等,图面效果可以完全符合国标要求。另外,在图形修改上,SolidWorks作为一款优秀的参数化软件,设计者只要在模型上做出的任何参数上的修改,工程图都可以实现同步更改,便捷且不易出错。图2为1张应用SolidWorks设计完成的球阀阀帽工程图纸。

    图2 阀帽工程图纸

    1.2 装配模块介绍

    SolidWorks装配模块可以将绘制好的零部件加载到虚拟装配环境中,并且提供各种配合关系命令,设计者可以很方便地通过零部件之间如共线、共面、同轴、相切等装配关系来完成整个装配过程。装配完成后,借助“剖切”命令,可以观察各部件之间的配合情况,同时设计者在装配环境中也可以很方便地对零部件进行设计参数的修改。另外,通过“干涉检查”命令进行装配体中的干涉检查,可以有效杜绝零部件之间装配干涉等设计失误。

    2 基于SolidWorks的三种高效设计方式

    2.1 系列化式设计

    民用阀门中同一系列的产品往往有很多种规格如DN15、DN20等,不同规格之间的结构基本上是完全相似的,其差异大多仅仅体现在其尺寸大小上,包括通径、壁厚、螺纹、长度等等。这类产品在应用SolidWorks进行设计的时候就需要运用系列化设计的方式来减轻产品设计工作量。

    系列化设计方式的总体思路如下:先构建一个规格的全套设计,这里的全套设计是包括该规格中所有零部件的三维模型及其工程图纸,然后在设计同系列其他规格的时候,只需要对三维模型中的参数按照模型树顺序逐步修改,SolidWorks便可完成模型、装配模型及工程图纸的同步更新,剩下的工作仅需要对模型及图纸名称的更新、工程图纸图面的局部调整等等,这种方式的工作量远远小于重新建模、设计出图的工作量。

    以设计全系列(DN15~DN50)两端内螺纹两片式中孔填料密封结构球阀为例进行进一步说明,该系列球阀结构由阀体、阀帽、阀球、密封座、阀杆、填料、压帽、手柄、螺母组成。

    (1)先建立起DN15规格的全套图形设计,包括所有零部件三维模型以及其工程图纸,以DN15阀帽设计过程进行简要说明如下:外形草图绘制→旋转特征→八角草图绘制→拉伸切除特征→内部草图绘制→旋转切除特征→添加螺纹装饰线→倒角倒圆→保存完成三维模型→转工程图→放置视图→标注尺寸及公差→标注表面粗糙度及位置公差→标注图纸其他技术信息→保存完成工程图纸。

    (2)按照系列化设计方式进行DN20规格同系列球阀设计,以DN20阀帽基于DN15阀帽运用系列化设计方式为例,简要说明如下:复制一份DN15阀帽的三维模型及工程图纸文件并重新命名→打开三维模型→按照模型树顺序逐步修改草图及模型特征参数→保存三维模型→打开工程图纸→根据情况调整模型比例→重新摆放及局部调整好图面尺寸信息→保存完成工程图纸;整个过程,不需要重新建模,只需要重新对模型参数进行调整,调整后的模型工程图会自动进行更新,对比重新建模并出图的方式,这种处理方式在设计效率上有了明显提升。

    (3)密封座、阀杆、填料、压帽、螺母这类零部件内部设计参数少,除了上面这种手工修改模型参数的方式以外,还可以使用SolidWorks中“系列零件设计表”的功能来代替,以达到系列化设计的目的。“系列零件设计表”是将驱动参数保存在Excel表格中,通过输入多组驱动参数,完成对模型文件的修改,形成多个不同的配置。配置是指由一个零件或者一个部件派生而成的形状相似、大小不同的一系列零件或者部件集合。当需要获取所需的系列规格时,只要通过配置管理器进行选取,即可自动将模型更新为该三维模型,这种方式可以很方便地用于O型圈、填料、螺母这种少参数的简单零件,只需将参数复制输入Excel表格,即可完成整个零件库的构建。

    2.2 成组划分零件族式设计

    民用阀门中除了同系列的产品以外,还有很多种彼此存在相似点的产品,以球阀为例,螺纹连接式球阀、法兰连接式球阀、卡压式球阀等等,它们之间就只有连接端结构是存在差异,而球阀主体部位却是完全相同,这种彼此之间相似的产品就可以被称为同一个零件族产品。当然除了连接端以外,还有很多种可以划分成族类的情况,包括阀门配件,如阀球有平底阀球、空心阀球、实心阀球等等。这类零件族类的产品在应用SolidWorks进行设计的时候就需要运用零件族式的设计方式来减轻设计工作量。

    运用成组划分零件族方式进行阀门设计的总体思路如下:先对公司现有产品根据彼此之间的相似处进行成组划分,如图3就是依据阀门类别进行划分。当需要设计一款全新的阀门产品时,就可以根据它的结构特点,从划分的组别中寻找最为相近的产品模型及其工程图纸,然后对该模型进行修改,例如公司有现成的连接端为螺纹的球阀产品,当需要进行一款连接端为焊接的球阀产品开发时,就可以直接在螺纹球阀的SolidWorks模型上,将阀门螺纹连接端部建模过程中的部分草图及特征进行修改,改成焊接端部设计,这样的好处在于可以大幅缩短建模的时间,同时可以最大程度的保留相应工程图中的图面信息,只需要在工程图纸上对模型修改的部分重新标注尺寸、公差及粗糙度等信息,即可迅速完成工程图纸的更新,设计效率远高于重新建模及出相应的工程图。

    当然,这种设计方式也有着自身的局限性,就是当没能找到公司现成的相近产品的时候,就只能按照全新的产品进行设计,这样的局限就凸显了下文中介绍的“开发库式设计”的重要性。

    图3 民用阀门按类别划分零件族

    2.3 开发库式设计

    民用阀门中有不少产品,虽然不能被划分到同一个零件族类,但是彼此之间某些局部结构要素还是存在相似之处的,例如壳体表面的商标图案、手柄上的印字、阀杆上的螺纹孔等等,这类结构要素,在构建不同的阀门模型过程中往往都会重复性出现,故将重新性出现的要素进行划分并建立起各类图形库,当需要的时候进行复制调用,这种方式即被称作为开发库式设计。

    根据调用对象不同,可以划分成以下三类:

    (1)草图库:SolidWorks的草图文件在建模过程中可以很方便地进行复制粘贴操作,整个过程只需要选择一个平面进行草图放置即可,故建立一个重复利用的草图库可以简化部分草图绘制工作,故诸如手柄开关符号、厂家商标图案、认证图案信息等等均可以绘制成草图保存,并做为一个图形库使用,当在绘制一个手柄的时候,需要用到开关符号时,从草图库中选取复制即可。

    (2)典型零件模板库:将典型零件按照规范绘制,并作为模板存放于模板零件库中,当遇到相似部件设计的时候,直接调用模板文件,通过前文介绍的修改模型参数的方式进行设计,以最大程度简化建模过程及工程图纸图面信息的布置。

    (3)通用件、标准件库:将阀门零部件按照种类进行划分,以方便寻找为准则,新设计产品的时候,优先考虑公司现有零配件,直接调用现有配件模型,这种构建标准件通用件的方式可产生极佳的经济效益。

    除了以上划分方式以外,不同的公司可以根据自身实际情况进行库的分类,一个合理的开发库的构建,可以减轻阀门设计中的重复性工作,明显提升设计效率,需要格外重视。

    3 结语

    综上,应用SolidWorks软件进行民用阀门的设计与开发,结合文中介绍的三种相辅相成的高效设计方式,可以明显提升企业的设计效率,降低研发成本与周期。在SolidWorks软件的帮助下,让设计者在日渐缩短的开发周期中能够集中更多的精力放到设计本身上来。

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