SW钣金设计

第11章钣金设计学习目标在新建的零件中开始建立基体法兰特征后，软件自动将这个零件标记为钣金件，此时折弯系数、板厚等相关参数就会自动添加到FeatureManager设计树中。通过本章的学习钣金设计工具、钣金法兰、钣金成形工具、编辑钣金特征以及电气箱等钣金实例，全面掌握钣金设计的相关知识和绘图技能。知识要点钣金设计概述钣金法兰钣金成形工具钣金设计工具折弯钣金编辑钣金特征11.1钣金设计概述钣金(sheetmetal)到目前还没有一个比较完整的定义，国外某专业期刊上将其定义为。钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成形等，其最显著的特征就是零件壁厚均匀。11.1.1钣金设计方法使用SolidWorks2015软件进行钣金设计方法有如下两种。1．将实体零件生成钣金零件设计零件实体，然后转换为钣金零件。按照常规的建模方法创建的零件转换成钣金零件，然后将零件展开，以便能够使用钣金零件的特定特征。用户通过“拉伸”、“旋转”、“扫描”、“放样”等实体特征建模命令设计实体零件，然后通过使用“钣金”工具条中的“转换到钣金”命令，将实体零件换成钣金零件。转换成钣金零件后，用户往往还要根据实际需要对钣金进行修整，如使用“闭合角”对钣金模型边角缝隙进行调整。11.1钣金设计概述图11-1所示，零件采用“拉伸”命令生成基体特征，通过“转换到钣金”命令将实体零件转换为钣金。11.1钣金设计概述“转换到钣金”命令转换如图11-所示。单击“转换到钣金”命令按钮，在弹出的“钣金参数”操控板中选择实体零件的底面为“固定实体面”，输入钣金厚度值0.8mm，折弯钣金0.5mm；并在折弯边线中选择该待转换实体零件中所有折弯，可以使用操控板中提供的“采集所有折弯”命令选择所有折弯。如图11-2所示。11.1钣金设计概述2．通过钣金命令生成钣金零件使用钣金特征创建钣金零件，直接从钣金零件开始建模，从最初的基体法兰开始，充分利用钣金设计软件的所有功能、钣金特有的工具、命令和选项。对于大多数的钣金零件，都是选择这种方法来钣金建模。这种方法与前面方法的区别在于。一开始建模便利用钣金的“基体法兰”命令，然后利用钣金设计的功能命令和特殊成形工具、选项，一步一步生成最终的钣金零件。11.1钣金设计概述11.1.2钣金基本术语钣金设计中相关基本术语有。规则折弯、滚动折弯、缝止裂槽、边缝、凹槽、分割边、尖角、拉伸壁、切割实体和展开等。规则折弯。在零件的平整部分上创建直的折弯特征，它只包含一个草绘图元，并且不能与其它现有折弯交叉。滚动折弯。创建由草绘图元（显示折弯位置、折弯角度和折弯半径）指定的折弯特征。折弯角度为0°~180°。缝止裂槽。沿壁切割或撕裂钣金件时所采用的方法，有助于在建模时将材料拉伸考虑在内，从而满足设计意图。边缝。沿边切割或撕裂钣金件时所采用的方法，有助于在建模时将材料拉伸考虑在内，从而满足设计意图。凹槽。钣金件曲面或边上的切口。分割边。将一条边一分为二的特征。尖角。钣金件的两条边相交所形成的突出部分，该部分可通过切割或冲孔除掉。拉伸壁。从一条边拉伸到空间的钣金件实体结构。切割实体。从钣金件壁中移除材料的实体部分。展开。将成形钣金件中的折弯展平在零件主体平面内，从而为钣金下料提供指导。11.1钣金设计概述11.1.3钣金常用材料及加工设备钣金加工属于机械加工范畴，应用现代机械设备可以简化钣金加工过程并提高加工质量。钣金原材料经过钣金加工可得到满足设计要求的钣金零件，这个加工过程称为钣金加工工艺流程。1．常用钣金材料介绍钣金零件的结构特征决定于钣金零件的应用场合，而它的结构决定的加工过程，也就是所谓的工艺流程。钣金件有的要求密度小、强度高、外观宜人、导电性好，也有的要求成本低、硬度高，用在不同场合时所需的材料也不一样。钣金加工一般用到冷轧板（SPCC）、热轧板（SHCC）、镀锌板（SECC、SGCC），铜（Cu，黄铜、紫铜、铍铜），铝板（6061、6063、硬铝等），铝型材，不锈钢（SUS），根据产品作用不同，选用材料也不也一样。11.1钣金设计概述表11-1中列出了常用钣金材料及代号。11.1钣金设计概述2．钣金加工设备钣金加工基本设备包括剪板机（ShearMachine）、数控冲床（CNCPunchingMachine）/激光、等离子、水射流切割机(Laser，Plasma，WaterJetCuttingMachine)/复合机（CombinationMachine）、折弯机（BendingMachine）以及各种辅助设备如。开卷机、校平机、去毛刺机、点焊机等。图示为钣金加工设备，图11-3、图11-4、图11-5、图11-6分别为。剪板机、数控冲床、水射流切割机和树精折弯机。11.1钣金设计概述11.1.4钣金设计过程产品的结构设计涉及面广，需要综合考虑产品可能出现的各种问题，而且结构设计并不是孤立设计，在设计过程中要充分与电气设计、热设计、外观设计等设计工作配合展开，因此往往是一边设计一边修改、调整，直到最终满足要求，完善产品各方面性能。（1）熟悉产品的技术指标和使用条件结构设计工程师接手新的设计任务后，应该详细了解产品的各项技术指标，尤其是与结构关系密切的技术指标；产品需要完成的功能以及其它特殊要求（如体积、材料、重量的限制等）；产品的工作环境、气候条件、机械条件、储藏和运输条件等。（2）确定结构方案根据产品的工作原理合理绘制结构外形图，即将产品划分为若干个功能模块（功能单元或分机）。划分时应确定各个模块的输入、输出；分清高压侧、低压侧；分清高频端、低频端，选择可靠的机、电、液、控制连接方案。另外，还要考虑产品的通风散热、重量分配、操作简易和加工工艺等各个因素。在划分功能模块时，电气工程师、热流工程师、机械工程师以及系统总工程师应该密切配合，在综合考虑各种因素下得出最佳的功能模块划分方案。11.1钣金设计概述（3）确定产品尺寸和所用材料在确定产品尺寸之前，通常需要先确定产品内部零部件所需空间，尤其是体积较大的零部件更应该优先考虑，然后计算出总的产品尺寸。有时候也会先规定外形尺寸，然后在限定的空间范围内对零部件进行规划布局。通常外形尺寸应该尽可能符合国家标准及行业有关规定，以利于实现“三化”（标准化、系列化、通用化）。（4）进行总体设计在计算机中粗略设计整个产品结构3D模型，并验证电气、控制等功能。（5）进行细部设计详细设计产品零部件，并及时沟通出现的问题，找出对策。确定无误情况下，出二维工程图，并安排加工。（6）产品装配、调试、试运行对加工完成的钣金结构件，与电路板等进行装联装配。调试产品的电气性能，并进行振动测试、高低温测试、老化实验等相关测试。确认产品满足客户要求后进行量产。（7）产品结构件问题反馈、改善对客户使用过程中出现的问题进行跟踪收集、汇总，做出相应对策，改善产品设计，在下一代产品完善设计和功能。11.1钣金设计概述11.1.5钣金结构设计注意事项钣金产品设计属于机械产品设计范畴，它必须遵守机械设计规则，循序渐进，逐渐完成整个设计过程。零件结构直接关系到产品的功能、可靠性、可维护性和实用美观并影响用户的心理。产品的整机结构设计已经发展成为人机工程学、技术美学、机械学、力学、传热学、材料学、表面装饰等为基础的综合性学科。钣金结构设计往往需要综合考虑产品应用过程中可能出现的各方面的问题，从而尽量提前考虑到将来可能出现的设计缺陷。对其设计中的基本要求有。功能性、可靠性、工艺性、经济性、外观及成本等要求。另外，在设计过程中还应该不断完善产品结构的受力状况，提高产品的精度和保证产品寿命，以及方便后续的产品维护，从而降低钣金件在产品的寿命范围内出现失效的可能性。钣金结构设计中应该注意如下问题。能否实现预期功能；能否满足强度、刚度要求；能否满足工艺性、经济性要求；能否满足整机装配；能否满足整机的电气、EMC（电磁兼容）、冷却、散热要求。11.2SolidWorks2015钣金设计工具SolidWorks2015软件可以通过用户定义和添加工具条两种方法实现钣金特征工具栏的启用。11.2.1用户自定义在菜单栏中执行“工具”|“选项”|“自定义”命令，在弹出的“自定义”对话框中勾选“钣金”选项，确定后在SolidWorks软件功能区将调出“钣金”工具条，如图11-7所示。11.2SolidWorks2015钣金设计工具11.2.2添加工具条在功能选项卡中右击，在弹出的下拉菜单中勾选“钣金”选项卡，钣金设计的功能命令便被调出显示在功能区中，如图11-8所示。11.3钣金法兰SolidWorks2015的4种法兰特征。基体法兰、薄片、边线法兰、斜接法兰。基体法兰特征通常是钣金零件的第一个特征。基体法兰特征新建的零件，软件自动将这个零件标记为钣金件，此时折弯系数、板厚等相关参数就会自动添加到设计树中。11.3.1基体法兰/薄片基体法兰是创建一般钣金件的第一个特征，诸如钣金零件厚度、折弯钣金等参数信息在这时候确定。SolidWorks2015钣金设计所涉及的基本术语如下。折弯系数、折弯扣除、K-因子等。在SolidWorks2015中除直接指定和由K-因子来确定折弯系数之外，还可以利用折弯系数表来定义。在折弯系数表中可以指定钣金零件的折弯系数或折弯扣除数值等，折弯系数表还包括折弯半径、折弯角度以及零件厚度的数值。11.3钣金法兰1．基体法兰概述（1）折弯系数零件要生成折弯时，可以给一个钣金零件的折弯指定特定的折弯系数，但指定的折弯系数必须介于折弯内侧边线的长度与外侧边线的长度之间。折弯系数可以有钣金原材料的总展开长度减去非折弯长度来计算，如图11-9所示。用来决定使用折弯系数值时，总平展长度的计算公式如下。Lt=A+B+BA式中。BA——折弯系数Lt——总展开长度A、B——非折弯系数11.3钣金法兰（2）折弯扣除当在生成折弯时，用户可以通过输入数值来给任何一个钣金折弯指定一个明确的折弯扣除。折弯扣除由虚拟非折弯长度减去钣金原材料的总展开长度来计算，如图11-10所示。11.3钣金法兰用来决定使用折弯扣除值时，总平展长度的计算公式如下。Lt=A+B-BD式中。BD——折弯扣除A、B——虚拟非折弯长度Lt——总展开长度（3）K-因子K-因子表示钣金中性面的位置，以钣金零件的厚度作为计算准，如图11-11所示。K-因子即为钣金内表面到中性面的离t与钣金厚度T的比值，即等于t／T。当选择K-因子作为折弯系数时，可以指定K-因子折弯系数表。SolidWorks2015应用程序随附MicrosoftExcel格式的K-因子折弯系数表格。此位于。安装目录\SolidWorks2015corp\SolidWorks2015\lang\chinese-simplified\SheetmetalBendTables\kfactorbasebendtable.xls（下划线为软件安装路径，这里以装在C盘为例）。11.3钣金法兰使用K-因子也可以确定折弯系数，计算公式如下。BA=（R+KT）A／180式中。BA——折弯系数R——内侧折弯半径K——K因子，即t／TT——材料厚度t——内表面到中性面的距离A——折弯角度(经过折弯材料的角度)由上面的计算公式可知，折弯系数即为钣金中性面上的折弯圆弧长。因此，指定的折弯系数的大小必须介于钣金的内侧圆弧长和外侧弧长之间，以便与折弯半径和折弯角度的数值相一致。11.3钣金法兰（4）折弯系数表在SolidWorks2015中有两种折弯系数表可供使用。一是带有.btl扩展名的文本文件，二是嵌入的Excel电子表格。a.带有btl扩展名的文本文件在SolidWorks2015的安装目录\lang\chinese-simplified\SheermetalBendTables\ample.btl中提供了一个钣金操作的折弯系数表样例。如果要生成自己的折弯系数表，可使用任何文字编辑程序复制并编辑此折弯系数表。在使用折弯系数表文本文件时，只允许包括折弯系数值，不包括折弯扣除值。折弯系