AUTO_DESK_INVENTOR_2008机械设计实战教程08_焊接技术(陈伯雄)

AIP2008 实战教程 08 第第第第 8 8 8 8 章章章章 焊焊焊焊接接接接技技技技术术术术 机械设计和加工中，焊接件占有重要的比例，它是用来设计多个零部件在焊接的工艺下进行组 装的合件，Inventor 为此提供了相关功能。 本章将介绍焊接环境中的三个焊接特征组、焊接种类以及焊接件工程图。 1 1 1 1. . . . 焊焊焊焊接接接接件件件件装装装装配配配配设设设设计计计计 Inventor 为焊接结构件的装配设计提供了一种专用的模板,模板名称是 Weldment(GB).iam。 创建焊接件可以使用以下两种方式： 将将将将一一一一般般般般装装装装配配配配转转转转换换换换成成成成焊焊焊焊接接接接合合合合件件件件 创建一般装配，在菜单栏中选择“转换（C） ”-“焊接件（W） ” ，弹出如图 8-1 的提示(实际 上，只要我们进入焊接环境后尚未保存该文件，用“撤销”功能仍可以回到装配环境)； 确认后弹出对话框，设置有关焊接件的参数，界面参见图 8-2。 注意：默认的参数与我们在安装 Inventor 时选定的 GB 标准以及当前的模型材料都不一致：标 准采用了 ISO，而“焊道材料”是铝。可见，默认值不是常用值，所以，我们必须重新设置， “标 准”应为“GB” ；而“焊道材料”应当按要求选择。 参数设置确认后进入焊接件环境，焊接环境的工具面板和浏览器参见图 8-3。 从从从从焊焊焊焊接接接接环环环环境境境境开开开开始始始始设设设设计计计计 新建文件时选择焊接模板 Weldment(GB).iam，参见图 8-4，双击； 图 8-1 转换提示 图 8-2 焊接参数设置 图 8-3 焊接环境界面 图 8-4 选用焊接模板 1 AIP2008 实战教程 08 进入图 8-3 所示的焊接件环境。 单击浏览器中的“焊接”特征组，右键，选择“特性(P)”,在弹出的“特性”对话框中可以 进行焊道特性和焊接材料的设置，参见图 8-5。 “可见”的功能的勾选与否决定焊道是否能 够在模型中可见； “启用”的功能勾选与否将决定能否对焊道特征进行编辑。 图 8-5 焊接特性设置 2 2 2 2. . . . 焊焊焊焊接接接接设设设设计计计计体体体体验验验验 为了大概了解 Inventor 的焊接功能， 现在对一个简单的装配进行焊接， 这两个零件的相对位置 已经固定，参见图 8-6。 焊接的过程如下： 图 8-6 初始装配 图 8-7 焊接参数设置 使用一般的模板新建装配，调入两个零件 08-001.IPT,约束好两个零件的相对位置； 在菜单栏中选择“转换（C） ”-“焊接件（W） ” ，然后设置有关的焊接参数(参见图 8-7)， 确认后将转换为焊接件。 2 AIP2008 实战教程 08 在浏览器中双击“焊接”特征组（参见图 8-8） ，工具面板自动切换到“焊接件特征”工具 面板，单击“角焊”工具（参见图 8-9） ； 图 8-9 “角焊”工具图 8-8 模型浏览器 弹出“角焊”对话框，选择面 1 和面 2 进行焊接，焊脚尺寸为 8mm，参见图 8-10； 面 1 面 2 图 8-10 连续角焊 确认，完成角焊特征； 在浏览器中双击“08-01.IAM”就可以返回到顶级装配（参见图 8-11） ，结果参见模型 08-01.IAM。 图 8-11 结果模型 3 3 3 3. . . . 型型型型材材材材库库库库 作为焊接结构设计，必然要求有型材引用的功能，Inventor 的库功能，单独提供了型材库。自 Inventor R6 开始，库就是自动在安装软件过程中加入了。 3 3 3 3. . . .1 1 1 1 型型型型材材材材库库库库的的的的使使使使用用用用过过过过程程程程 这是 Inventor 提供的标准库成员，随着 Inventor 的安装而自动装入。型材库只能在装配环境 中使用。例如使用角钢型材的过程： 在工具面板中选定“从资源中心放置零部件”功能，见图 8-12 左图； 3 AIP2008 实战教程 08 图 8-12 右边的界面即会出现，在其中展开“型材” ，选定等边角刚（GB9787-88）,双击； 图 8-12 使用型材库 接着将弹出参数选择界面，参见图 8-13，确定后 Inventor 将要求指定结果模型文件的存放 位置和名称。 图 8-13 参数选择 3 3 3 3. . . .2 2 2 2 型型型型材材材材文文文文件件件件存存存存放放放放的的的的位位位位置置置置 在 Inventor 有一个“默认资源中心文件”的文件夹（参见“应用程序选项”界面中的“文件” 选项卡） ；另外，在项目的“文件夹选项”中也有同样的“资源中心文件”路径设置。 如果项目中没有定义自己的“默认资源中心文件”位置，将按“默认内容中心文件”参数所指 定的位置，存放所有不指定结果文件名的标准件文件。 从资源中心调入的型材默认保存在当前的项目文件夹中， 用户可以根据需要更改型材的文件名。 3 3 3 3. . . .3 3 3 3 评评评评论论论论型型型型材材材材库库库库结结结结果果果果模模模模型型型型 非常遗憾，Inventor 在这时没能给用户一个良好的范例，自己的型材库模型做得不怎么好。例 如一根槽钢，浏览器中“轴承体” 原文是 Body，纯属本地化错误所致。 4 AIP2008 实战教程 08 Inventor 的草图见图 8-14，其中 d5 尺寸是为了控制 1:10 的斜度，对方用了 G_NG*G_C 的表达 时，其中 G_NG 是常量 0.1，坐标原点放在图示位置，也是难以理解的做法。 参见图 8-15，这是笔者的同样模型的草图。其中完全不需要手册之外的任何驱动尺寸，1:10 的处理对于本资料的读者早已是轻车熟路, 而坐标原点的位置也是常规位置。 最后，笔者认为上述情况还是可以解释的,这根槽钢原形的作者，对于 Inventor 和机械设计专 业的理解都不到位，这也是多数 CAD 开发商的无奈，但我们不应当忽视这类问题才对。 坐标原点 3 3 3 3. . . .4 4 4 4 关关关关于于于于型型型型材材材材的的的的补补补补充充充充加加加加工工工工 型材做的零件，常常要作补充加工。补充加工可有两类：合件加工和零件加工。 合合合合件件件件加加加加工工工工 在装配完成之后， 利用 Inventor 装配环境下的草图与特征的功能进行， 具体技术方法已经介绍， 在焊接合件环境中，是在“加工”特征组中操作（后面详细展开介绍） 。 零零零零件件件件加加加加工工工工 合件加工虽然能在装配中看到合件使用补充加工后的结果，但不会转移到零件模型上出现。因 此还是应当打开这个零件，做具体的补充加工特征。 注注注注意意意意 图 8-15 笔者的槽钢草图 1:10 的确定 坐标原点 图 8-14 Inventor 资源中心的槽钢草图 5 AIP2008 实战教程 08 Inventor 允许直接编辑由标准件库的型材制成的零件，甚至可以修改截面形状和尺寸。这当然 是不应当做的，对于任何型材的原有的截面参数，都必须在操作功能上进行保护！而现在只能是我 们自己注意这些。 3 3 3 3. . . .5 5 5 5 关关关关于于于于型型型型材材材材零零零零件件件件基基基基于于于于装装装装配配配配的的的的关关关关联联联联设设设设置置置置 可以修改型材的所有参数，这会存在着危险，但是这也给我们提供了一种可能，就是将从型材 库调入的零件改成“自适应”的身份，从而完成同结构、不同尺寸的变形设计。 参见0808-02.IAM 中的零件 08-002.IPT，08-002.IPT 是从资源中心调入的型材，具体过程如 下： 做好其它零件和装配模型； 引入合适的截面形状的型材，长度随意 编辑这根型材，将“轴承体”特征设置成为“自适应” ； 装配这根型材到位，装配约束确定长度。 这些做法，其实就是我们把 Inventor 型材库做出的模型，给进一步完善了。 按说，型材库模型在调入时本来是没法准确输入长度的，长度只能是在装配中确定，而型材库 模型只是限制最大长度。好在开放了可编辑性能，就可我们自己改造了。 问题是，这样一来，想将这根工字钢处理成“无图零件”比较麻烦了，因为基于关联设计得到 的具体长度尺寸，还不知道有什么方法，能自动加入到零件属性之中 结果只好做成“有图零件” 。 在第 7 章介绍的“金属结构生成器”机制支持下，做同样的设计将更加简单和方便。至此，型 材库的使用也就结束了。这就是说，我们实际上并不会真的借助型材库进行设计，在“结构件生成 器”机制中，型材的长度控制都是自动完成的了 4 4 4 4. . . . 焊焊焊焊接接接接特特特特征征征征组组组组 Inventor 的焊接环境界面上有些特殊的内容，这里边多了“准备” 、 “焊接”和“加工”三个焊 接特征组，在浏览器中双击任一特征组便可将其激活。 4 4 4 4. . . .1 1 1 1 关关关关于于于于“准准准准备备备备”特特特特征征征征组组组组 在浏览器中双击“准备”特征组，工具面板将自动切换。这应当是为“焊前准备”的特征组， 焊前准备一般是加工焊接坡口。 Inventor 目前认为，焊前准备也是属于焊接件的装配特征、而不是相关零件的结构。这与一般 焊接件的设计制造规则不太一致。 实际制造中许多焊前准备加工， 多不是临到焊接时才做， 而是 在制备零件时就做好的。但这不会妨碍我们用这个功能，把在现场 做的焊前准备利用这个功能做，其它的在零件上作就是了。 焊前准备多是各种各样的焊接坡口的加工。 Inventor 目前提供 的“准备”功能，可以完成一般的倒角形焊接坡口的创建，也能对 于比较专业的焊接坡口进行设计。 参见图 8-16 和 08-03.IAM，这是标准的、厚板焊接常用的“带 钝边 U 型焊接坡口” 。Inventor 提供的“准备”功能中提供了扫掠， 因此也能顺利完成。 4 4 4 4. . . .2 2 2 2 关关关关于于于于“焊焊焊焊接接接接”特特特特征征征征组组组组 图8-16 带钝边U型焊接坡口 这是最主要的焊接描述，也就是焊缝，参见图 8-17 和 08-04.IAM。Inventor 目前可以支持三类 6 AIP2008 实战教程 08 四种表达方式： “示意焊缝” 、 “角、平焊缝（实体） ”和“坡口焊缝（实体） ” 。 在浏览器中双击“焊接”特征组，工具面板将自动切换，弹出图 8-18 的界面。 对于示意焊缝，Inventor 只要能感应到边，就能创建，完全不会考虑是否有实际焊接的可能。 这仅仅是为工程图的焊接标记准备数据。 对于实体焊缝，Inventor 会检测有关条件，创建实体焊肉，并能根据焊缝材质计算焊缝重量。 这对于实际设计有辅助作用，应当加以充分利用。 4 4 4 4. . . .3 3 3 3 关关关关于于于于“加加加加工工工工”特特特特征征征征组组组组 参见图 8-19，这是进行焊接合件焊接后的补充加工特征描述。 例如 08-05.IAM。在浏览器中双击“加工”条目，工具面板将自动 切换；在右键菜单中选择“新建草图” ，选定槽钢外表面。 之后的操作与零件特征创建过程类似。有点不同的是，在零件表面 创建草图的时候，不会像零件造型时自动投影轮廓，所以驱动尺寸添加 前，要先进行投影。 要结束加工状态，选择右键中的选项“完成编辑”或双击浏览器中 的装配项目。 因为这种加工是基于焊接合件，所以这些特征不会在相关零件模型 上存在。 注意： 注意： 加工特征不能像标准特征那样可以改变颜色； 因为加工特征是“独立于其他零件”的装配环境特征，所以草图 不会自动投影零件边； 加工特征草图中，没有其他草图中的“尺寸显示”控制选项，因此想知道这些尺寸的参数名 就不方便了； 不能把这样的特征“下降到”相关零件上。 5 5 5 5. . . . 焊焊焊焊缝缝缝缝和和和和焊焊焊焊接接接接符符符符号号号号 5 5 5 5. . . .1 1 1 1 示示示示意意意意焊焊焊焊缝缝缝缝 工工工工程程程程概概概概念念念念和和和和结结结结果果果果： 图 8-18 焊缝功能 图 8-17 Inventor 支持的焊缝类型 平焊缝 坡口焊缝 示意焊缝 角焊缝 图 8-19 加工特征组 7 AIP2008 实战教程 08 对于 Inventor 目前的规则，任何一条可感应棱边，都可能创建示意焊缝。这显然与工程实际不 一致，所以需要用户自己把握其合理性。 示意焊缝的结果是用橙色粗线标记焊缝位置，并可以添加三维关联标注的焊接符号。角焊缝受 焊后加工特征的影响。 界界界界面面面面和和和和操操操操作作作作过过过过程程程程： 中： 道 道 道的基础棱边。 选棱边； “链”是自动链选相切的连续棱边； “回路”则用于选择封闭回路。 止条件。有“贯通”和“从表面到表面”两种。使用“从表面到表面”方式时，可以选 择其 意焊缝没有实体结果，也就不会有质量属性。这里需要输入用户认为正确的焊缝法截面 轮廓 是否创建焊接符号。 是为了在模型上为工程图创建标注依据。对于许多焊接件设计来说，这也许是比较 简单 在浏览器中双击“焊接”特征组，在工具面板中启用“示意焊缝” ，将弹出图 8-20 的界面。其 焊焊 选择焊 选择模式 选择模式 “边”是单 范围 范围 焊缝起 他零件上的表面，选择的两个表面必须平行。 面积 面积 因为示 的面积（多数情况下用户不能直接给出） ，然后 Inventor 根据焊缝长度计算相关的质量属性。 面积的默认量纲实际是“平方厘米” ，而非界面所示“平方米” 。 创建焊接符号 创建焊接符号 这是个开关，控制 应用提示 应用提示 其实这仅仅 的处理方式。这样的机制将会把关于焊缝的许多数据处理推卸给用户，好在用户都很熟悉这些 数据。 5 5 图 8-20 示意焊缝 5 5. . . .2 2 2 2 角角角角焊焊焊焊缝缝缝缝 焊缝。根据焊接件设计规则，角焊缝的尺寸以三角形焊肉的直角边长度描述；而 平焊 这是一种实体 缝的尺寸以三角形焊肉的斜边上的高来描述， 两者并不相同。 从目前的实际功能上看， Inventor 提供了角焊缝和平焊缝两种描述机制。 工工工工程程程程概概概概念念念念和和和和结结结结果果果果 ，Inventor 认为两个零件在焊缝所在的表面必须相交，才能焊接并创建角焊 缝， 在这个功能中说明 这与通常的焊接工艺概念不一致。如果焊缝所在表面未相交，将出现如图 8-21 提示框。 8 AIP2008 实战教程 08 图 8-21 出错提示 实际上大量的焊接结构中，焊缝处两零件会故意设计成有间隙的结构，甚至在没有焊接垫板的 条件下，也可能达到 3-4mm 的距离。参见 GB/T985-1998 标准。这样做是因为考虑到确保充分焊透、 焊接中的变形、制造误差等因素，这些已经列入焊接件的设计标准规范中。即便是手工电弧焊，被 焊接零件之间离开一定的距离， 也不是少见的设计。 例如 “手工单面焊反面成形法” ， 参见 08-06.IAM 和工程图 08-06.IDW，两工件间距达 5mm。 界界界界面面面面和和和和操操操操作作作作过过过过程程程程 创建的基础条件是：在焊接装配环境中，模型中带有创建焊缝的结构。在 08-07.IAM 中，常用 的角焊缝已经做出了例子。操作过程是： 在浏览器中双击“焊接”特征组，在“焊接件特征面板”中点击“角焊缝” 。在接着弹出的界面 （参见图 8-22）中输入相关参数，并选定焊缝的两个零件上的相关表面。 在选定焊接的相关表面的时候， Inventor 并非只认识平面， 曲面结果也可以使用， 参见图 8-23。 应应 图 8-22 角焊缝特征参数设置界面 角焊缝 平焊缝 焊缝长度参数 图 8-23 曲面焊缝 应应用用用用提提提提示示示示： 在界面中“间断”栏目中，各个参数可以为空。 参数全空则成为连续焊缝； “间距”空则按照焊缝“长度”和“数字” （应该是间断焊缝的数量）自动创建具体“间距 值” ，但是不会造成封头； 9 AIP2008 实战教程 08 如果“数字”为空，则出现图 8-24 的错误提示； 图 8-24 错误提示 如果给定的焊缝“范围”不能满足“间断”栏目 3 个参数的设置，则按照焊缝“长度”和“间 距”值填充焊缝，而忽略“数字”设置，参见图 8-25。 所以还是把所有的尺寸计算好并填全才好。 图 8-25 间断焊缝实例 5 5 5 5. . . .3 3 3 3 坡坡坡坡口口口口焊焊焊焊缝缝缝缝 这是另一种实体焊缝，可以处理两个零件焊缝附近的面并不接触的情况。 工工工工程程程程概概概概念念念念和和和和结结结结果果果果： 在这个功能中说明，Inventor 认为，两个零件在焊缝 所在的表面可以不必贴合，可以离开一个距离，这是符合 工程需要了；但结果焊肉形状却有些意外。参见图 8-26 和 08-08.IAM。 其实也很简单， 焊接结果极少会是图中上部 Inventor 做得样子， 应当是图 8-26 下我做的结果， 这对于机械工程 师几乎是常识。可见，虽然坡口焊缝允许两个零件有缝隙 了，但对于正确地建立角焊缝的几何结构，目前还不能圆 满完成。如果把角焊缝和坡口焊缝的机制结合在一起，也 许就能彻底解决关于焊缝造型不足了 界界 图 8-26 两种结果 界界面面面面和和和和操操操操作作作作过过过过程程程程：