钣金设计方法

一、钣金零件的特点钣金零件是以金属板为原料，通过折、弯、冲、压等工艺实现的一类零件，其最大的特点是零件的壁厚均匀。钣金零件一般可分为三类：(1)平板类：指一般的平面冲裁件。(2)弯曲类：由弯曲或弯曲加简单成形构成的零件。(3)成形类：由拉伸等成形方法加工而成的规则曲面类或自由曲面类零件，对于此类钣金零件的展开，SolidWorks需要借助有关插件来完成。如图1所示，这些零件都是由平板毛坯经冲切、折弯或冲压等方式加工出来，它们与一般机加工方式所加工出来的零件存在着很大差别。图1钣金零件示例二、钣金工具SolidWorks提供了很多钣金零件中特有的钣金特征工具，包括基体法兰、边线法兰等，利用这些工具，用户可以很方便地完成钣金零件设计，得到钣金零件的应用状态和展开状态。SolidWorks提供了建立钣金零件的特有工具，这些工具位于“插入”→“钣金”菜单和“钣金”工具栏中，如图2所示。图2钣金工具分页三、钣金零件的设计树钣金零件和普通SolidWorks零件的不同之处就是钣金零件内部具有钣金零件的标识，具有其特性，如图3所示的FeatureManager设计树中包括“钣金1”、“平板型式”等钣金的独有特征。图3钣金零件的设计树(1)“切割清单”：切割清单文件夹类似于普通零件的“实体“文件夹。由于SolidWorks钣金零件中支持多实体钣金，以实现多个钣金部分之间焊接工艺的特点，因此切割清单也可用于工程图中的焊件清单表。(2)“钣金”：钣金特征中包含了默认的折弯参数，如折弯半径、折弯系数、折弯扣除或释放槽类型，如图4所示。图4钣金默认参数(3)“平板型式”：平板型式特征表示了钣金零件在展开状态下的形状。建立基体法兰以后，该特征默认为压缩状态，后续建立的特征也处于此特征的前面。单击“钣金”工具栏中的“展开”按钮，切换“平板型式”的压缩状态，如图5所示，在展开状态下，“平板型式”特征中显示了钣金零件的折弯线草图、边界框以及所有展开的折弯。图5钣金展开状态分页四、钣金零件中的相关概念1．钣金零件厚度钣金零件是一种壁厚均匀的薄壁零件，对于同一个钣金实体而言壁厚是相同的。使用钣金工具建立特征时，如使用开环草图建立基体法兰，钣金零件的厚度相当于壁厚：如使用闭环草图建立基体法兰，则钣金零件的厚度相当于拉伸特征深度，如图6所示。图6钣金零件厚度2．折弯半径钣金件折弯时，为了避免外表面产生裂纹，需要制定钣金折弯时的折弯半径，折弯半径是指折弯内角的半径。如图7所示，SolidWorks中钣金实体的默认折弯半径是在建立基体法兰时，通过编辑“钣金”特征来指定。图7默认折弯半径分页3．折弯系数折弯系数是用于计算钣金展开的折弯算法，SolidWorks中支持常用的“K-因子“、“折弯扣除”、“折弯系数表”和“折弯补偿”等方法。如图8所示，在“钣金”特征中定义默认的折弯系数。图8默认折弯系数4．钣金规格表SolidWorks提供了钣金规格表，即将常用的钣金规格利用Excel表格保存下来，建立钣金零件时，用户可以直接从规格表中读取已经定义好的钣金参数。这些参数包括：(1)钣金厚度。(2)可用的折弯半径。(3)K-因子。SolidWorks提供了钣金规格表的样本，默认保存在“\SolidWorks\lang\chinese-simplified\SheetMetalGaugeTables”文件夹中，用户可以参考“sampletable→aluminum→metricunits.xls”文件建立自定义的钣金规格表，如图9所示。图9钣金规格表样例分页5．释放槽为了保证钣金折弯的规整，避免撕裂和出现折弯时的干涉冲突，必要的情况下应该在展开图中专门对折弯两侧的部分建立一个切口，这种切口称为“释放槽”。在建立法兰的过程中，SolidWorks可以根据折弯相对于现有钣金的位置自动给定释放槽，称为“自动切释放槽”。钣金零件中默认的释放槽类型可以在建立第一个基体法兰特征时给定，包括三种形式：矩圆形、矩形和撕裂型，如图10所示。图10自动切释放槽类型除自动建立释放槽以外，用户可以通过拉伸切除特征，人工建立释放槽：也可以利用“边角剪裁”工具建立释放槽。6．钣金成型工具SolidWorks提供了许多可以形成钣金零件常用形状，如伸展、折弯等形状的工具，这些工具可以认为是作为冲栽、伸展或成形钣金的冲模。应用成型工具可以很方便地在钣金零件中生成一些特定的冲压形状，如百叶窗、凸缘或加强筋，如图11所示。图11钣金成型工具及其应用成型工具只能应用到钣金零件中，并且只能通过设计库使用。1直接使用钣金特征用户在设计钣金零件时，直接使用各种钣金工具（例如【基体法兰】、【边线法兰】等工具）。如图1所示，此模型可以直接基体法兰、边线法兰等工具完成建模，完成的钣金零件可以顺利展开。(F$u2B+F!j)e7J图1直接利用钣金特征设计利用钣金特征设计钣金零件时，可以使用“基体法兰”特征或“放样折弯”特征建立第一个钣金特征。1.1利用开环草图建立基体法兰利用开环草图建立基体法兰时，用户可以定义钣金的厚度、默认折弯半径、默认折弯系数和默认释放槽类型。绘制图2所示草图，单击【基体法兰/薄片】按钮基体法兰特征，给定特征的拉伸长度为20mm、钣金厚度为1.5mm、默认折弯钣金为0.5mm，钣金厚度的方向可以通过【钣金参数】选项组中的【反向】复选框来进行改变。图2从开环草图建立基体法兰基体法兰特征建立后，用户可以利用其他钣金工具来完成钣金零件设计，如图3所示，这里分别使用斜接法兰、薄片特征、拉伸切除及阵列、断开边角等特征完成零件设计，最后完成钣金零件的展开。图3边角剪裁1.2利用闭环草图建立基体法兰利用闭环草图建立基体法兰时，由草图的轮廓定义法兰形状，用户只能给定钣金的厚度参数，如图4所示。建立基体法兰后，需要编辑“钣金1”特征来设置默认的钣金参数，包括折弯半径、折弯系数和释放槽类型。图4由闭环草图建立基体法兰1.3利用放样法兰建立钣金利用放样的折弯，可以类似放样特征利用两个不封闭草图建立放样的钣金，如图5所示。草图中需要建立断开缺口，即放样的轮廓是开环轮廓。绘制草图时，要注意草图中缺口的对应。放样的折弯可以展开，solidworks提供了用于计算放样折弯精度的工具。图5放样的折弯2从实体零件形成钣金用户可以按照一般零件的设计步骤完成钣金零件设计，使用薄壁特征或者抽壳等方法完成壁厚均匀一致的实体零件，这时零件中还没有形成折弯，因此也不存在钣金的弯角。用户可以使用“插入折弯”工具，将薄壁零件转化为钣金零件，最后再利用相关的钣金特征完成最后的设计，如图6所示，这也是早期SolidWorks版本设计钣金零件较为常用的方法。图6由实体零件形成钣金零件另一种情况，有些钣金零件直接使用钣金特征建模时很不方便，或者无法利用钣金特征来完成。这种情况下，先考虑使用实体建模方式，结合曲面工具来建立钣金零件的有关形状，最后再转换成钣金，以达到顺利展开的目的，也是一种很好的建模思路。如图7所示，“夹钳”零件如果直接使用钣金特征建立零件，是非常困难的，也不容易得到钣金零件的展开图，而结合实体建模方式完成零件在思路上要很方便和简捷。图7“夹钳”零件由实体零件转换为钣金零件时，常用的工具包括：1)切口.切口工具用于在生成钣金折弯之前将实体薄壁零件中需要开口的边线进行切除，如图8所示。图8切口特征在实际过程中，一般不单独利用切口特征，用户可以在“插入折弯”工具时直接建立切口。2)插入折弯【插入折弯】工具用于将薄壁零件转换成钣金零件。如图9所示，单击【插入折弯】按钮，选定钣金的固定面，必要时指定需要建立切口的边线，给定钣金的默认参数即可将实体零件转换为钣金零件。图9插入折弯零件插入折弯后，在FeatureManager设计树中中将添加“钣金1”和“平板形式”特征，形成一个带有折弯圆角并且可以展开的钣金零件。相对于直接建立的钣金零件，在转换钣金零件以后，在FeatureManager设计树中中还会增加两个特征：“展开-折弯”和“加工-折弯”，如图10所示。展开-折弯：“展开-折弯”特征表示钣金展开后的形态，并包含了折弯的转换信息。图10中所示的“尖角折弯”代表每个由尖角形成的折弯。加工-折弯：“加工-折弯”特征表示零件的折叠状态。由此可见，【插入折弯】工具的实际意义是，首先将零件中的尖角转换为圆角（形成“尖角折弯”特征），然后将钣金零件进行展开（形成“展开-折弯”特征），最后再将展开的钣金零件进行折弯（形成“加工-折弯”特征），而最终标记为钣金零件。图10展开折弯和加工折弯【不折弯】按钮，用于将转换后的钣金零件快速回退到“钣金1”特征之下，切换到尚未形成折弯的状态，便于用户在熟悉的实体零件环境（如不存在折弯圆角的环境）下进行工作，如图11所示。图11切换折弯状态3)转换成钣金【转换成钣金】工具也可以将实体零件转换为钣金零件，【转换成钣金】工具不需要实体零件中保持壁厚均匀一致，而是直接通过该工具本身设定钣金的壁厚和参数。单击【转换到钣金】按钮，如图12所示，选择模型表面作为钣金固定面（图中模型的后表面），给定钣金的厚度、默认折弯钣金、默认切口间隙，分别选择合理的折弯边线，系统将自动查找需要建立切口的边线并建立切口。除使用默认折弯半径和切口缝隙外，用户也可以在图形区域针对特定的折弯或切口给定不同的折弯半径和切口缝隙。图12转换到钣金FeatureManager设计树中的“转换实体”特征，类似于“展开-折弯”特征，特征中包含了由尖角转换为圆角的折弯信息，如图13所示。对于每个单独的折弯，可以进行编辑其折弯属性，包括折弯半径、折弯介数和折弯系数。图13“转换实体”特征3在装配体中关联设计钣金零件在装配体环境下设计钣金零件，可以方便地参考现有零件的几何体进行关联设计。这样做的好处是：当参考零件的几何体发生变化时，变化可以传递到关联设计的零件中，如图14所示。图14关联钣金零件设计4多实体钣金零件SolidWorks支持多实体钣金零件设计。针对多个钣金部分焊接在一起的钣金组件，用户可以在一个零件环境中进行多个钣金部分的设计。多实体钣金零件的设计思路更加符合工艺过程的思路，零件中的各部分钣金可以顺利展开。同时，由于在同一零件下完成钣金组件的不同部分，可以很好地利用各部分之间进行关联参考，提高了建模的效率，如图15所示。图15多实体钣金在利用多实体方法设计钣金零件时，相对于单独钣金实体不同，读者应注意理解应用如下内容：1)切割清单钣金零件的切割清单中包含当前零件中的所有实体，SolidWorks可以对实体进行归类，将相同的实体归类为一个“切割清单项目”，从而便于用户统计、识别和处理工程图。如图2-16所示，用户可以为不同的钣金部分设置不同的材质和外观属性。图16切割清单2)切割清单项目属性在切割清单文件夹中，右击其中的切割清单项目，从快捷菜单中选择【属性】命令，可以定义切割清单项目的属性。如图17所示，系统可以自动建立有关的属性，用户也可以认为添加其他属性，例如名称、代号等，这些属性可以用于在工程图中。图17切割清单项目属性3)焊缝和焊接符号多实体钣金涉及焊接工艺有关的内容，用户可以通过相关的“焊接”工具在零件中添加焊缝、焊接符号等，这些工具与焊接零件的应用方法相同。4)结合实体操作及装配体相关概念使用多实体设计方法完成钣金零件设计时，读者可灵活运用有关实体操作工具，例如，镜像（阵列）实体、移动/复制实体、分割实体、保存实体等。在单一零件设计环境下，用户无法对多个钣金部分进行干涉检查，这种情况下可考虑采用“保存实体”工具形成装配体文件，在装配体中进行干涉检查。对多实体钣金零件，用户可以实现类似于装配体的爆炸视图、材料明细表和零件序号等功能。自定义成型工具在钣金设计中，成型工具的使用必不可少，SolidWorks在完成安装以后已经为我们提供了一些成型工具（位于Designlibrary下的formingtools文件夹），同时也支持企业自定义成型工具（生成*.sldftp文件），任意复杂的钣金成型特征均可在一拖一放之间完成。建立一个成型工具，通常我们先建立一个模