张杰斌
（厦门市特水集团有限公司，厦门 361000）
摘要：本文通过对非标准钢制管配件传统作图、放样、下料、制作工艺进行描述，剖析了传统放样下料工艺存在的问题，提出了AutoCAD与Excel综合应用、Solidworks应用两种新工艺，提高非标管配件放样下料的准确度，为市政给排水非标准钢制焊接管配件制作提供可参考的依据，确保市政给排水管配件的高质量完成。
关键词：焊接管配件；放样下料；SolidWorks软件；Excel和AutoCAD软件
0引言
本文主要对在市政给排水工程中常见的钢制管配件进行讨论，一般在实际施工中由于现场工程的需要，市场上采购的标准成品管配件无法满足工程设计的要求。很多情况下根据工程需要，现场焊接制作非标准管配件，通过测量、作图、卷制、放样下料、气割、组对、焊接成体等工序来完成。
在给排水工程钢制管配件使用非常广泛，制作量大，放样下料的精度直接影响了管道组对焊接的质量，钢制管配件制作的难点在于放样下料。传统钢制管配件放样下料的方法是手工放样作图法。本文通过实例展示另外两个非标准钢制管配件放样下料新工艺的应用，创新计算法和SolidWorks软件进行展开放样和传统放样的对比，即提高了放样生产效率，又提高了放样精度。
1.传统钢制管配件放样的描述、分析与存在的问题
1.1钢制管配件传统放样工艺的描述与分析
焊接管配件制作时首先要在管道上划出定位中心线，然后用样板裹着管道对准中心，用石笔划出切割线进行开孔切割，最后再进行组对焊接；或者管配件的展开图完成后，根据计算尺寸确定钢板尺寸，按照1∶1比例进行放样，将放大样在钢板上画出，手工或半自动切割机气割下料后卷圆校正，最后组对焊接[1]。
钢制管配件的传统放样下料的方法是手工放样作图法。作图法是通过绘制管件的投影图，画出管件展开各相贯线的交点，根据交点绘制管道的平面展开图。如图1为异径斜三通展开图。对于管径较小的配件，可以在标准样板或钢板上按1∶1的比例进行展开；对尺寸较大或其辅助线数值较大的设备展开,则需要有较大且平整场地,以便做出1∶1实样，然后再按照1∶1的比例将展开图画在标准样板或钢板上。
1.2管配件传统放样下料存在的问题
当前，市政给排水工程随着城镇化的推进而发展迅猛，尤其是对于大管径给水管道的设计应用越来越多，传统的手工作图与放样下料的方法日渐短板，难以跟上发展的要求[2]。其存在的问题主要表现在：
(1)工作效率低，对人员的展开放样能力要求高。展开图的制作传统工艺尚且停留在手工绘制的阶段，作图步骤繁杂、作业量大、精度要求高。特别对于管径较大的配件，展开图的取点多、周长长，需要大且平整的平面来展开放样下料。
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图1 异径斜三通展开图
（2）放样下料偏差较大、管配件的产品质量无法得到保证。展开下料为整个管配件制作工作第一个工序,下料的精度直接影响到后续工作,直至影响最终产品的质量及工作进度。放样下料人员技术水平的差异以及测量工具等因素的累计误差，也将导致放样精确度低。
（3）管配件质量不合格导致安全隐患大。放样下料精度低，组装过程中容易产生弯曲、扭曲和错位，焊接完成后会产生残余应力集中，长期下去应力集中点会发生形变，到一定程度可能导致管配件破裂，造成巨大的安全隐患伏点。
因此，传统非标准钢制管配件的放样下料工艺需要进行改进，以适应于快速发展的市政给排水行业管网的构建。
2.非标准钢制管配件制作放样下料的新工艺
当前，随着各种设备的更新换代以及机械应用软件的快速发展，管配件的放样下料精度与效率得到了很大的提高。本文就两种新工艺进行讨论，其一是：AutoCAD与Excel表格的综合应用，用Excel表格的函数功能计算出绘制放样展开图的各个参数，然后将这些参数导入AutoCAD软件中，从而绘制出所需的管件展开图。其二是：采用Solidworks软件，利用软件的强大功能高效、快捷、精准地绘制出放样下料展开图（以异径斜三通为例）。下面对这两种新工艺进行详细的描述。
2.1 AutoCAD与Excel表格的综合应用
AutoCAD强大的绘图功能已经在施工和机械工程中广泛的应用。使用CAD软件进行展开图的绘制可以提高放样的精度和相比传统放样减少工人的工作量。应用CAD绘制展开图需要多条辅助线和绘制线，特别是对于大口径管件的展开图中需要大量的绘制线。每项市政给排水工程都需要不同口径和不同类型的管件，不同尺寸和类型的展开图只能逐件绘制求得，这需要消耗大量的时间用于展开图绘制。因此单用AutoCAD方法，将影响工作效率，难以适应现代市政给排水工程的需求[3]。
利用Excel表格函数公式可以进行各种规格管配件放样尺寸的自动计算。将查阅资料[4]得到各种函数方程输入电子表格，计算出各个点的坐标，以异径斜三通为例，详细计算表格见表1，然后将得到的坐标值（，）直接粘贴在AutoCAD多线段功能下的命令栏中，将直接绘制出该管件放样展开的曲线图，然后在结合已知条件画出管件完整的放样展开图。根据展开图制作出标准样板或将DWG/DXF文件图植人到FastCAM软件的绘图模块通过数控编程切割下料。
此工艺将Excel软件和AutoCAD的优点完美的结合了，实现了管件放样下料的计算和解决了不同管件AutoCAD放样下料效率低的问题。Excel表格函数公式设置完成后，只要输入不同管径的参数包括外半径，弯头节数，管厚，弯头弯曲度数，等分数n等，即可简单快速的得到管件放样展开图的坐标值。AutoCAD在空间形体展开上可以无限延伸，不受场地空间的限制，所以不受管配件大小限制适用范围广。此工艺放样效率高且放样偏差小，解决了传统手工放样下料纯在的问题。
2.2 Solidworks软件应用
Solidworks，即基于Windows开发的三维CAD系统，具有强大的钣金设计功能且易学易用。借助SolidWorks软件的钣金展开功能可快速地得到管配件精确的放样展开图。下面以异径斜三通为例展示SolidWorks软件进行放样展开。设主管直径Ф=1020mm，长度L=2200mm，支管直径Ф=630mm，支管轴线相对于主管轴线夹角60°。放样步骤如下：1、建立三维模型，通过主管零件圆柱体的建模和支管零件圆柱体的建模得到如图2的实体。2、通过生成抽壳特征和生成薄壁拉伸切除特征得到如图3的两个零件实体。3、通过对两个零件进行薄壁拉伸切除和生成插入折弯特征、展开钣金零件得到如图4的零件展开图。4、将展开的钣金生成相贯线，等分取点，获取了放样的尺寸如图5所示。将其直接生成DWG/DXF文件图植人到FastCAM软件的绘图模块通过数控编程切割下料。
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图5 放样展开图
应用Solidworks软件对非标准管配件展开放样操作简单，通过建立三维模型，形成相贯线，绘制出数条母线，然后进行标注，就能准确计算出母线长度，对于非标准钢制管配件，不论管件尺寸大小、复杂程度，均可以计算出结果。与传统的手工作图法既提高了施工效率，又保证了准确率。
3 结束语
传统非标准钢制管配件放样下料工艺误差大、效率低、受限于人员的技术水平、产品质量无法得到保证。而Excel表格与AutoCAD的配合使用具有计算精准、作图效率高、所有的计算均由Excel表格自动完成，大大简化计算尺寸所需的时间；数据准确，在避免浪费材料、提高管件组装质量上起到很大的作用。Solidworks的三维模拟展开功能，使得设计的图纸在生产前便可得到验证。因此，新工艺的运用不仅提高了劳动效率，降低了劳动强度，而且确保了产品的质量，为安全生产保驾护航。
参考文献
[1] 熊大远. 实用管道工程技术[M],北京：化学工业出版社，2011，12.
[2] 陈锋. 异径同心斜交三通放样下料技术应用[J]，石油和化工设备，2019，07.
[3] 张淑枝等. 浅谈焊接管配件下料制作新工艺[J]，水利水电施工，2014，06.
[4] 梁邵华. 钣金展开计算实用手册[M],北京：机械工业出版社，2003，03.
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