采用proengineer软件对气电立焊及进行快速虚拟设计(编辑修改稿)

采用proengineer软件对气电立焊及进行快速虚拟设计(编辑修改稿)内容摘要：

滑块强制成形；焊缝双面均采用水冷铜滑块强制成形；无需外加气体，采用自保护药芯焊丝单面水冷铜滑块强制成形 (注意：三种方法的焊接材料都有所区别 )。 (2)气电立焊关键参数的 控制。 气电立焊的焊接位置垂直或接近于垂直方向，电孤轴线方向与母材熔深方向成直角，熔化的焊丝金属堆积叠加，熔池不断水平上移形成焊缝，其熔深产生所需热量的传递方式与其他电弧焊有所不同。 气电立焊焊接电弧产生的热量主要流向三个方向：熔化焊丝、熔化母材、滑块吸收。 a．母材坡门截面积控制。 它是影响熔深的主要参数之一，熔深反映了坡口两侧母材的熔化量，直接决定焊接质量。 增加坡口截面积就增加了焊接线能量，增加熔深：熔深的大小南熔池过热金属的过热河南机电高等专科学校 度即温度梯度决定；影响熔池熔融金属过热度的因素也就是影响熔深大小的因素。 b．线能量控制。 一般电弧焊焊接线能量 =IU/vwE ；气电立焊焊接时，采用等速送丝、大电流密度、较高的电弧电压，其送丝速度等于熔化速度正比于向坡口填充金属的速度，经推导可得焊接线能量 =E KiUS (Ki 为焊丝熔化系数， S 为坡口截面积 )。 增加电弧电压可增加焊接线能量。 c．冷却速度控制。 当焊接规范和坡口参数确定后，焊丝和母材吸热 可以认为是不变的，而强制成形的铜滑块吸热，则随冷却介质水变化较大。 水温度和流量对吸热影响很大，低水温和大流速带走的热量远大于高水温低流速的情况，所以在焊接厚板时应减少水流量；焊接薄板时可增加水流量；通过调节水流量来调节熔池的冷却速度可有效控制熔深大小。 由于气电立焊熔池与普通未受约束的焊接熔池状态不同，熔深的形成方式和影响熔深的因素也不同。 两种厚板 EGW焊接工艺如表 21所示。 表 21典型 EGW焊接工艺参数 板厚 /mm 焊根间隙 /bmm 焊丝 数 丝速 1/ minvm 电流 /IA 电压 /IU 焊速 1/cm minv  线能量 1E/kJ cm 35 8 1 2 13 13 360 370 38 37 171 80 8 1 2 15 15 400 410 44 41 551 10 1 2 15 15 420 410 45 41 630 (3)几种实用的焊接材料。 a．目前国内用量较大的是神户制钢公司生产的 DWS03G和 DWS一 60G型药芯焊丝，具有电弧稳定、飞溅小、气渣保护好、焊缝质量稳定等特点。 使用时，应在焊缝背面配用 l(I御型陶瓷衬垫，在衬垫表面覆盖一层玻璃布，可使衬垫与钢材紧密相贴，防止跑渣。 在衬垫的背面还有一块钢板，便于在装配衬垫时用钢楔子将衬垫与钢板压紧，避免陶瓷衬垫破碎。 b．自保护自动立焊焊丝一般采用林肯 (Lincoln)公司 NR43l药芯焊丝。 自动立焊工 艺大都在露天或高空场合施工，在有大风的情况下，自保护焊可以不受风的影响而停止施工。 河南机电高等专科学校 另外，目前自保护立焊设备的价格也比气保护立焊设备的价格低得多。 (1)气电立焊设备主要组成。 气电立焊设备主要由携焊机头升降的机械系统；快速送丝系统；水冷强迫成型系统；焊接电源及供 (保护 )气系统；焊枪及焊枪摆动控制系统；焊接过程自动控制系统等组成，如图。 图 气电立焊设备示意 型号： SEG1；输入电压： AC 380177。 10％ V；行走速度 O～ 530mm／ min；驱动方式 i齿轮／齿 条；质量 22 kg；最大负载 50 kg；立焊；外型尺寸： 360 mmx665 minx365 mm适合板厚： 9～ 32 mm；单面 V型坡口； 1980双面 x型坡口。 (2)船体气电自动立焊机的要求。 气电自动焊最适用于船体总段大合拢缝的焊接，如图 ，多个永磁体吸盘将铝合金齿条轨道固定在船体钢板上，其轨道可以接长数十米。 焊机的整体机架内具有自动提升机构和自动锁定装置，便于船体立缝焊接时的高空作业，使操作安全可靠，使焊接熔池始终处于最佳观察状态。 另外，送丝系统控制箱、焊接电源、循环冷却器等都安装在焊机整 体机架内，与被焊物体较近，故各配套线管大为缩短，有利于焊前准备和设备操作，也便于安装运输；焊接控制系统中设置了电压、电流传感器，能自适应焊接坡口变化。 设置了供气控制传感器和循环冷却水压指示调节器，能保证焊接质量控制。 瑞典 ESAB公司采用悬挂在焊缝顶部的牵引电机的动链条牵引机头上升的方案，既节省了磁力轨道和装卸工时费用，叉减轻了工人的劳动强度。 河南机电高等专科学校 图 油轮船侧分段大合拢焊缝 河南机电高等专科学校 3 主要零部件建模 立式焊机结构设计大致完成后，即可对主要零部件进行三维建 模，为进一步的装配工作打好基础。 在建模过程中有时不仅仅是单个零件的创建，而是从整个系统设计出发，综合考虑装配、制造等问题，有时甚至要用程序来解决零件的建模问题。 在三维建模过程中，我们充分利用了 TOPDOWN 的设计方法，以确保整机设计不出错误，同时也利用一些建模技巧，尽量缩短了建模过程所占的时间。 气电立焊设备是一个复杂的装配体，仅零件建模总数就超过三百个，所以，如何对建模数据进行妥善管理，是一个非常重要的问题。 我们对每个组件或部件都创建了相应的文件夹，为保证最后总装不出零件冲突问题，对名称相同的零件，如螺 栓、螺冒等，后面都加上所属组件的缩写名。 由于零部件总数众多，对每个零件的建模过程都作相应介绍显然是不现实的。 为此，我们挑选了一些具有代表性的零件，在创建这些零件时运用了相当多的技巧，所以着重介绍它们的建模过程。 丝杠是此次立式焊机设计中传动装置的核心零件，创建时主要运用了螺旋扫描功能。 但考虑到仿真运动时需定义螺母沿螺旋线的槽机构运动，所以在螺旋扫描切材料前必须先将螺旋曲线做出，而螺旋曲线创建需要一定的技巧，所以丝杠的创建具有一定的代表性。 （ 1）绘制丝杠二维截面，用旋转加材料做出丝杠外 圆柱面如图 和图 ； （ 2）利用螺旋扫描功能创建一螺旋曲面 ,必须与圆柱面相交如图 ； （ 3）选择螺旋曲面和整个丝杠外圆柱面 ,点击“编辑” “相交”，软件自动创建螺旋曲面和外圆柱面的交线，即螺旋线； （ 4）利用螺旋扫描在外圆柱面上切出牙形，同时其螺距应与螺旋曲面螺距相同； （ 5）倒角并隐藏螺旋面螺旋线后，丝杠零件如图。 图 绘制丝杠外圆二维截面 河南机电高等专科学校 图 丝杠外圆柱面创建 图 创建螺旋曲面 河南机电高等专科学校 图 丝杠零件 在立式焊机的结构设计中，很多 地方需要用到齿轮传动，所以，如何创建具有严格渐开线齿廓的齿轮三维模型，成了一大难题。 在很多资料中，齿轮的创建是以圆弧线代替渐开线，我们认为这样的建模思路是不严谨且不科学的。 为此，我们专门开发了 PRO/E 参数化齿轮建模方法，只需要创建一个标准齿轮，其余只需要输入模数、齿数、压力角等参数，软件即能自动生成新的齿轮三维模型。 齿轮本身有很多种类，由于此次自动焊接机的仿真过程中只用到直齿轮，同时也是受时间的约束，我们只对直齿轮做了参数化设计。 下面用较为详细的篇幅，来说明我们是如何创建这些齿轮模型的。 在立式环缝自动焊 接机的结构设计中，很多地方需要用到齿轮传动，所以，如何创建具有严格渐开线齿廓的齿轮三维模型，成了一大难题。 在很多资料中，齿轮的创建是以圆弧线代替渐开线，我们认为这样的建模思路是不严谨且不科学的。 为此，我们专门开发了PRO/E 参数化齿轮建模方法，只需要创建一个标准齿轮，其余只需要输入模数、齿数、压力角等参数，软件即能自动生成新的齿轮三维模型。 齿轮本身有很多种类，由于此次自动焊接机的仿真过程中只用到直齿轮，同时也是受时间的约束，我们只对直齿轮做了参数化设计。 下面用较为详细的篇幅，来说明我们是如何创建这些齿轮模型 的。 （ 1）首先，在记事本中创建如下三段程序并保存： 程序 1： tooth_number number=20 enter the number of teeth: module number=3 enter the module: 河南机电高等专科学校 pressure_angle number=20 enter the pressure angle: face_width number=15 enter the face width: rad_fillet number= enter the fillet: 程序 2： rad_pitch=*tooth_number*module rad_base=rad_pitch*cos(pressure_angle) circular_pitch=pi*module tooth_thick_on_pitch=circular_pitch/2 rad_addendum=rad_pitch+1*module rad_dedendum=*module inv_phi=tan(pressure_angle)pressure_angle*2*pi/360 tooth_thick_on_base=2*rad_base*(tooth_thick_on_pitch/(2*rad_pitch)+inv_phi) ang_tooth_thick=tooth_thick_on_base/rad_base*360/(2*pi) ang_tooth_space=360/tooth_numberang_tooth_thick 程序 3： todeg=180/pi roll_angle=0 solve roll_angle*todegatan(roll_angle)=trajpar*ang_tooth_thick for roll_angle sd7=rad_base*(1+roll_angle^2)^ （ 2）运行 PRO/ENGINEER 软件，新建一个文件，命名为“ CHILUN”零件，注意不要用缺省模板，利用 mmns_prt_solid 模板创建。 （ 3）点击“工具” “程序” “编辑设计”，在弹出的程序编辑对话框中按照如下方式输入程序： VERSION REVNUM 78 零件 CHILUN 的列表 INPUT 此处插入程序 1 END INPUT RELATIONS 此处插入程序 2 END RELATIONS ADD FEATURE (initial number 1) 内部特征标识 1 点击“文件” “保存”，系统会询问是否将所做修改体现到当前模型中，点击“是” 河南机电高等专科学校 “当前值”。 至此，系统程序已经创建完毕。 （ 4）创建齿轮本体。 点击“插入” “拉伸”，选择 FRONT 面为草绘面， TOP 面为向上面。 草绘一圆，直径取任意值，拉伸长度也取默认值。 点击“工具” “关系” ，弹出参数关系对话框，在“查找范围”中选择“特征”，在模型树中选择刚才创建的拉伸特征。 在关系输入框中输入“ 2d =2*rad_addendum”和“ 1d =face_width”两个关系式。 点击“确定” “编辑” “再生” “当前值”。 如图 和图。 （ 5）经过轴线创建一基准平面，与 TOP 面的夹角取默认的 45176。 创建夹角的关系，点击“工具” “关系”，选择“特征”，点击刚才创建的基准平面 ，将“ 0 d =360/tooth_number”输入关系对话框，电击“确定” “编辑” “再生” “当前值”，生成与 TOP 面成18176。 的一个基准平面。 如图。 图 拉伸一圆柱体 河南机电高等专科学校 图 定义齿轮本体参数 图 创建镜像基准平面 （ 6） 在齿轮本体端面上画一曲线，以端面为草绘面， DTM1 为向上面。 点击“工具”“关系”，在弹出的关系设置对话框中选择“特征”，点选刚才创建的曲线，在关系对话框中输入 3d =ang_tooth_space/ 4d =ang_tooth_thick、 5d =rad_base，其中 3d 、 4d 、 5d 分别为中心线角度、圆弧弧度、及圆弧半径的参数符号。 点击“确定” “编辑” “再生” “当前值”。 最后，将该 曲线镜像到齿轮本体的背面。 （ 7）点击“插入” “可变截面扫描”，按住 CTRL 键选择刚才创建的两条曲线，点击草绘按纽，绘制截面如图。 点击“工具” “关系”，在关系对话框中输入程序 3。 完成可变截面扫描齿廓曲面创建， （ 8）镜像上一步创建的渐开线齿廓面，以基准平面 DTM1 为镜像面。 （ 9）以齿轮本体端面为草绘面， DTM1 为向下面，草绘一截面切减出第一个齿槽。 同时，以关系式来控制草绘中大圆的直径，关系式的输入在此不再赘述，如果屏幕上显示大圆直径符。