第4章 钣金g.doc

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第四章 钣金 2
4.1 基本术语 2
4.1.1 折弯系数 2
4.1.2 折弯扣除 3
4.1.3 K-因子 3
4.1.4 折弯系数表 4
4.2 利用钣金特征建立钣金零件 5
4.2.1 基体法兰 6
4.2.2 绘制的折弯 8
4.2.3 边线法兰 9
4.2.4 斜接法兰 9
4.2.5 褶边 11
4.2.6 转折 11
4.2.7 断开边角/边角剪裁 12
4.2.8 薄片 13
4.2.9 通风口 13
4.2.10 钣金零件折弯处的切除 16
4.2.11 闭合角 18
4.2.12 展开 19
4.3 转换成钣金零件 19
4.4 生成钣金零件的工程图 23
4.5 小结 25

第四章 钣金
钣金零件在汽车、石化、通用机械制造业中有着广泛的用途，在我们的生活中也经常可以见到钣金零件，如电脑机箱、汽车外壳、手机的外壳等都属于钣金零件。钣金零件是实体建模中比较特殊的一种类型，是具有折弯的薄壁零件。钣金零件中所有的壁厚都相同，折弯半径都可以使用指定的半径值。
利用SolidWorks建立钣金零件的方法，可以分为两种：
（1）使用钣金工具建立钣金零件
这种方法利用了钣金工具命令，从最初的基体法兰特征开始，直接将零件作为钣金零件开始建模。该方法是常用的方法，也是本章所要讲述的重点内容。
（2）将实体零件转换成钣金零件
这种方法可以按照常规的建模方法先建立零件，然后将其转换成钣金零件。
4.1 基本术语
钣金零件在折弯过程中，折弯处内侧的材料受到压缩，外侧的材料受到拉伸，从而导致板件折弯处的展开长度与折弯前的长度不相等，其程度与钣金零件的材料种类、热处理状态、机械性能、板材的厚度及折弯半径均有关系。为了反映钣金零件经折弯后，折弯处的长度所发生的变化程度，可以选用如下几个参数之一：【折弯系数】、【折弯扣除】和【K-因子】，而且这些参数之间有一定的关系。
4.1.1 折弯系数
零件要生成折弯时，可以指定一个【折弯系数】，但指定的【折弯系数】必须介于折弯内侧弧长与外侧弧长之间。
【折弯系数】可以由钣金件原材料的总展开长度减去非折弯长度来计算，如图4-1所示。

图4-1 【折弯系数】示意图
用来决定使用折弯系数值时，总展开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 —— 非折弯长度
4.1.2 折弯扣除
当在生成折弯时，用户可以通过输入数值指定一个明确的【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4-2所示。

图4-2 【折弯扣除】示意图
用来决定使用折弯扣除值时，总展开长度的计算公式如下：
Lt = A + B - BD
式中： BD ——— 折弯扣除
Lt ——— 总展开长度
A、B ——— 虚拟非折弯长度
4.1.3 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基准，如图4-3所示。【K-因子】即为钣金件内表面到中性面的距离t与钣金厚度T的比值，K=t/T。

图4-3 【K-因子】示意图
使用【K-因子】也可以确定【折弯系数】，计算公式如下：
BA =л（R+t）A/180 =л（R+KT）A/180
式中： BA ——— 折弯系数
R ——— 内侧折弯半径
K ——— K-因子 K=t/T
T ——— 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）
由上面的公式可知，【折弯系数】即为钣金件在折弯时，中性面上的圆弧长度。因此，指定的【折弯系数】的大小必须介于钣金的内侧圆弧与外侧圆弧之间，以便与折弯半径和折弯角度的数值相一致。在机械工程中，钣金件的精度都不高，使用SolidWork中的钣金工具进行折弯操作时，选择默认的参数即可，例如【K-因子】一般都取0.5，即钣金件的中性层位于板内侧与板外侧的中间位置。
4.1.4 折弯系数表
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】来确定。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】以及板件的厚度。
在SolidWorks中有两种【折弯系数表】可供使用：一是带有.blt扩展名的文本文件，二是嵌入的Excel电子表格。本小节介绍第二种类型。
在SolidWorks中，所生成的新【折弯系数表】保存在嵌入的Excel电子表格程序内，根据需要可以将【折弯系数表】的数值添加到电子表格程序中的单元格内。
电子表格的【折弯系数表】只包括折弯90°的数值，其它角度折弯的【折弯系数表】或【折弯扣除】值由SolidWorks计算得到。生成【折弯系数表】的方法如下：
（1）选择菜单栏中的【插入】/【钣金】/【折弯系数表】/【新建】命令，系统弹出如图4-4所示的【折弯系数表】对话框。

图4-4 【折弯系数表】对话框
（2）在【折弯系数表】对话框中设置单位，键入文件名，单击【确定】按钮，则包含折弯系数电子表格的嵌置Excel窗口出现在SolidWorks窗口中，如图4-5所示。折弯系数电子表格包含默认的半径和厚度值。
（3）在Solidworks图形区的表格外单击，以关闭电子表格。

图4-5 折弯系数电子表格
4.2 利用钣金特征建立钣金零件
钣金的工具栏如图4-6及图4-7所示。其中钣金命令包括：基体法兰、转换到钣金、边线法兰、斜接法兰、褶边、绘制的折弯、闭合角、转折、断开边角/边角剪裁、展开、折叠、展开、切口等。下面以生成图4-8所示的钣金零件为例，介绍钣金命令的使用。

图4-6 常用钣金工具栏

图4-7 自定义钣金工具栏

图4-8 钣金零件
4.2.1 基体法兰
【基体法兰】是钣金零件设计的起点。建立基体法兰特征以后，系统会将该零件标记为钣金零件。该特征不仅生成了零件最初的实体，而且为以后的钣金特征设置了参数。基体法兰特征是通过拉伸草图来建立，草图可以是开环的草图，也可以是封闭的草图。开环的草图作为拉伸薄壁特征来处理，封闭的草图作为轮廓来处理。
在上视基准面上绘制草图。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【基体法兰】命令，或单击常用钣金工具栏中的【基体法兰/薄片】按扭，系统弹出【基体法兰】属性管理器。在属性管理器中输入【钣金参数】厚度为0.5，勾选【反向】选项，单击【确定】按钮，建立的法兰特征如图4-9所示。

图4-9 【基体法兰】属性管理器及操作过程
在钣金零件设计树中，基体法兰特征除生成【基体-法兰1】以外，还生成了【钣金1】和【平板型式1】两个特征，如图4-10所示。

图4-10 钣金零件设计树
其中【钣金1】包含默认的折弯参数，包括折弯半径、折弯系数及释放槽类型。若要编辑钣金，则右击【钣金1】，选择【编辑特征】，系统弹出【钣金1】属性管理器，如图4-11所示。其中的参数设置说明如下：
（1）【折弯参数】：其中【固定的面或边线】定义了被选中的面或边线在展开时使之保持不变；【折弯半径】定义了建立其他钣金特征时默认的折弯半径，也可以针对不同的折弯设定不同的半径值，本钣金零件设置半径为2。

图4-11 【钣金1】属性管理器
（2）【折弯系数】：其中折弯系数类型中的折弯系数表、K-因子、折弯系数与折弯扣除在4.1中已有详细说明，在此不再赘述。
（3）【自动切释放槽】中的参数设置说明如下：
【自动释放槽类型】下拉列表框中可以选择3种释放槽类型：
1）【矩形】：在需要进行折弯释放的边上生成一个矩形切除。
2）【矩圆形】：在需要进行折弯释放的边上生成一个矩圆形切除。
3）【撕裂形】：在需要撕裂的边和面之间生成一个撕裂口，而不是切除。
【使用释放槽比例】：释放槽比例是释放槽切除的尺寸与板厚之比，默认比例是0.5，即释放槽切除宽度是板厚的1/2。
在设计树中的节点【平板型式1】用于展开钣金零件。默认情况下，平板型式特征是被压缩的，因为零件处于折弯状态。若想平展零件，右击【平板型式1】，选择【解除压缩】。
4.2.2 绘制的折弯
【绘制的折弯】是在钣金零件处于折叠状态时将零件沿着折弯线进行折弯。在草图中只允许使用直线，可为每个草图添加多条直线。折弯线长度可以不与正折弯面的边线长度相等。
在基体法兰上表面绘制两条折弯线，单击图形右上角的图标结束草图的绘制。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【绘制的折弯】命令，或单击钣金工具栏中的【绘制的折弯】按扭，系统弹出【绘制的折弯】属性管理器。在【折弯参数】/【固定面】选项中，指定绘图区中需要固定的表面，并在折弯角度中输入90，单击【确定】按钮完成绘制的折弯后的模型，如图4-12所示。

图4-12 【绘制的折弯】属性管理器及操作过程
4.2.3 边线法兰
【边线法兰】特征可将法兰添加到钣金零件的一条或多条边线上。添加法兰时所选的边线必须为直线，系统会自动将其厚度链接到钣金零件的厚度。
选择菜单栏【插入】/【钣金】/【边线法兰】命令，或单击钣金工具栏中的【边线法兰】按扭，系统弹出【边线－法兰1】属性管理器。在【法兰参数】/【边线】选项中，选择绘图区中欲生成边线法兰的一条边线，在【角度】选项框中输入角度为90,在【给定深度】选项中，输人边线法兰的长度值30，单击【确定】按钮，如图4-13所示。

图4-13 【边线－法兰1】属性管理器及操作过程
4.2.4 斜接法兰
【斜接法兰】特征可将一系列法兰添加到钣金零件的一条或多条边线上。草图可包括直线或圆弧，【斜接法兰】轮廓可以包括一条以上的连续直线。草图基准面必须垂直于生成斜接法兰的第一条边线。可以在一系列相切或非相切边线上生成斜接法兰特征。使用圆弧草图生成斜接法兰时，圆弧不能与钣金件厚度边线相切，但可以与长边线相切，或在圆弧和厚度边线之间有一条直线相连。
如图4-14所示，选择一个窄面作为草图基准面绘制出一条水平直线，该直线以内侧面上端点为起点，长度为8。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【斜接法兰】命令，或单击钣金工具栏中的【斜接法兰】按扭，在绘图区中选择绘制好的草图，系统弹出【斜接法兰1】属性管理器。在绘图区中选择【基体－法兰1】的3条边，在属性管理器中输入【隙缝距离】0.25，【启始处】等距1和【结束处】等距为1，【法兰位置】选择【材料在外】按扭。单击【确定】按钮完成斜接法兰后的模型，如图4-15所示。

图4-14 【斜接法兰】草图

图4-15 【斜接法兰1】属性管理器及操作过程
4.2.5 褶边
【褶边】可将褶边添加到钣金零件的一条或多条边线上。所选边线必须为直线，斜接边角被自动添加到交叉褶边上。
选择菜单栏【插入】/【钣金】/【褶边】命令，或单击钣金工具栏中的【褶边】按扭，系统弹出【褶边1】属性管理器，在【边线】/【边线】中选择绘图区中欲生成褶边的一条边线，在【类型和大小】中输入角度为225°，半径为1，单击【确定】按扭完成褶边后的模型，如图4-16所示。

图4-16 【褶边1】属性管理器及操作过程
4.2.6 转折
【转折】通过从草图线生成两个折弯而将材料添加到钣金零件上。草图必须只包含一条直线，直线可以不是水平或垂直直线，折弯线长度也不一定要与用户正折弯面的长度相等。
选择【边线法兰1】的上表面作为草图绘制平面，绘制一条转折线。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【转折】命令，或单击钣金工具栏中的【转折】按扭，在绘图区中选择绘制好的草图，系统弹出【转折】属性管理器。在【选择】/【固定面】选项中，指定绘图区中需要固定的表面，在属性管理器中选择【转折等距】类型为【给定深度】，输入距离5，输入转折角度60°，单击【确定】按钮完成转折后的模型，如图4-17所示。

图4-17 【转折1】属性管理器及操作过程
4.2.7 断开边角/边角剪裁
【断开边角】可以从折叠的钣金零件的边线或面上切除材料。
选择菜单栏【插入】/【钣金】/【断裂边角】命令，或单击钣金工具栏中的【断裂边角】按扭，系统弹出【断开－边角1】属性管理器，在绘图区中选择要倒角的面，在【距离】中输入5。单击【确定】按钮完成断开边角后的模型，如图4-18所示。

图4-18 【断开－边角1】属性管理器及操作过程
4.2.8 薄片
【薄片】和【基体法兰】共用一个命令按钮。【薄片】命令可为钣金零件添加薄片，系统会自动将薄片特征的深度设置为钣金零件厚度。至于深度的方向，系统会自动将其设置为与钣金零件重合，从而避免实体脱节。草图可以是单一闭环、多重闭环或多重封闭轮廓，并且草图必须位于垂直于钣金零件厚度方向的基准面或平面上。可以编辑草图，但不能编辑定义。原因是已将深度、方向及其他参数设置为与钣金零件参数相匹配。
选择如图4-19所示的面作为草图绘制平面，绘制一个直径为10的圆。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【薄片】命令，或单击钣金工具栏中的【基体-法兰/薄片】按扭，系统显示添加薄片特征后的模型。

图4-19 添加薄片
添加薄片特征后，还需进行【拉伸切除】。选择薄片特征的上表面作为草图绘制平面，绘制出一个直径为5的同心圆。选择菜单栏【插入】/【特征】/【拉伸切除】命令，或单击特征工具栏中的【拉伸切除】按扭，【终止条件】选择【完全贯穿】，完成拉伸切除后的模型如图4-20所示。

图4-20 拉抻切除
4.2.9 通风口
【通风口】是扣合特性中的一个命令，可在钣金零件的面上生成各种形状的通风口。
以钣金的一个面作为绘制平面，绘制出如图4-21所示的草图。选择菜单栏【插入】/【扣合特性】/【通风口】按钮，系统弹出【通风口】属性管理器，如图4-22所示。其中【边界】选择草图中最大直径的圆弧，【填充边界】选择最小直径的圆弧。【筋】选择同心

图4-21 【通风口】草图

图4-22 指定【边界】

图4-23 指定【筋】
圆弧的两条中心线，如图4-23所示。【翼梁】选择中间的三个圆弧，如图4-24所示。单击【确定】按钮完成通风口后的模型，如图4-25所示。

图4-24 指定【翼梁】

图4-25 【通风口】

图4-26 建立基准面1
选择菜单栏【插入】/【参考几何体】/【基准面】命令，或单击常用特征工具栏中的【基准面】按扭，系统弹出【基准面1】属性管理器，其中【参考实体】选择【右视基准面】，输入距离50，单击【确定】按钮生成如图4-26所示的基准面。
选择菜单栏【插入】/【特征】/【镜向】命令，或单击常用特征工具栏中的【镜向】按扭，系统弹出【镜向1】属性管理器，其中【镜向面】选择【基准面1】，【特征】选择【通风口1】，单击【确定】按钮生成如图4-27所示的通风口镜向，再将【基准面1】隐藏。

图4-27 【镜向1】属性管理器及操作过程
4.2.10 钣金零件折弯处的切除
首先生成如图4-28所示的边线法兰，设定法兰参数、角度及法兰长度如图所示。
选择菜单栏【插入】/【钣金】/【展开】命令，或单击常用钣金工具栏中的【展开】按钮展开生成的边线法兰，如图4-29所示。并在底面上绘制出草图。
然后单击【拉伸切除】按钮，【终止条件】选择【完全贯穿】，生成图4-30所示的切除特征。
在底面上绘制出如图4-31所示的草图，半径为11。选择菜单栏【插入】/【钣金】/【薄片】命令，或单击常用钣金工具栏中的【薄片】按钮，选择生成如图4-31所示的薄片特征。
然后再选择菜单栏【插入】/【钣金】/【折叠】命令，或单击常用钣金工具栏中的【折叠】按钮将展开的边线法兰折叠，折叠后如图4-32所示。

图4-28 生成边线法兰

图4-29 【展开】边线法兰

图4-30 拉伸切除

图4-31 生成薄片

图4-32 【折叠】边线法兰
4.2.11 闭合角
【闭合角】用于在钣金特征间添加材料。
选择菜单栏【插入】/【钣金】/【闭合角】命令，或单击常用钣金工具栏中的【闭合角】按钮,系统弹出【闭合角】属性管理器，参数设置如图4-33所示，其中【要延伸的面】选择钣金的两侧面，【边角类型】选择【重叠】，【缝隙距离】中输入0.3，单击【确定】按钮生成闭合角如图4-33所示。

图4-33 【闭合角】属性管理器及操作过程
4.2.12 展开
在钣金零件设计树中，【平板型式】是最后一个特征。在特征管理器中，【平板型式】之前的所有特征在折叠或展开的钣金零件中都出现过，而【平板型式】之后的所有特征则只有在展开的钣金零件中才会出现。可以通过将【平板型式】解除压缩来展开整个钣金零件。
在钣金零件特征管理器中右击【平板型式】按扭，在弹出的快捷菜单中选择解除压缩，钣金零件被展开。展开后的模型如图4-34所示。

图4-34 【展开】钣金零件
4.3 转换成钣金零件
生成钣金零件常用的方法就是利用钣金工具，但在SolidWorks中可以对常规零件进行折弯识别，从而将一个实体零件转换成钣金零件。现在用该方法生成如图4-35所示“垃圾斗”中的“斗体”。

图4-35 “垃圾斗”
下面用实体建模的方法生成钣金零件图4-36所示的“斗体”。

图4-36 “斗体”
（1）选择右视基准面作为草图平面，选择菜单栏【插入】/【工具】/【草图绘制】/【直线】命令，或单击常用草图工具栏中的【直线】按钮，绘制草图并标注尺寸，如图4-37所示。

图4-37 草图
（2）建立拉伸特征。选择菜单栏【插入】/【特征】/【拉伸】命令，或单击常用特征工具栏中的【拉伸】按扭，系统弹出【拉伸】属性管理器，拉伸类型选择【给定深度】，在【深度】输入框中键入深度值为200，单击【确定】按钮完成拉伸，如图4-38所示。

图4-38 拉伸特征
（3）建立抽壳特征。选择菜单栏【插入】/【特征】/【抽壳】命令，或单击常用特征工具栏中的【抽壳】按扭，系统弹出【抽壳1】属性管理器。在【厚度】中输入抽壳的薄壁厚度0.5，单击【移除的面】选项框，在绘图区模型上指定要开口的面。单击【确定】按钮完成抽壳，如图4-39所示。

图4-39 【抽壳1】属性管理器及抽壳过程
（4）插入折弯，选择菜单栏【插入】/【钣金】/【插入折弯】命令，或单击常用钣金工具栏中【插入折弯】按钮，系统弹出【折弯】属性管理器,参数设置如图4-40所示，其中【折弯参数】、【折弯系数】、【自动切释放槽】的设置与前述设置一样。【切口参数】选项是指在所选边线上切除材料形成缺口，缺口的类型有三种，可以单击【改变方向】按钮进行调整。三种不同切口形状如图4-41所示,这里应选择图(b)的切口形状。

图4-40 【折弯】属性管理器及插入折弯过程

（a） （b） （c）
图4-41 切口形状
（5）另外，在SolidWorks 2009新增加了【转换到钣金】命令，大大减少了从实体零件转换到钣金零件步骤。以上(2)、（3）两步所生成的零件，可以用新功能【转换到钣金】命令一步完成。具体步骤如下：在4-38的拉伸实体基础上，选择菜单栏【插入】/【钣金】/【转换到实体】命令，或单击常用工具栏【钣金】/【转换到实体】按钮。系统弹出【转换到实体】属性管理器,参数设置如图4-42所示，其中【钣金参数】中的【选取固定实体】选择展开时固定的平面，输入【钣金厚度】与【钣金的默认半径】的值。在【折弯连线】中选取需要折弯的边线，单击【确定】按钮完成转换到实体，如图4-42所示。
（6）用【拉伸切除】或【简单直孔】命令加入铆钉孔，如图4-43所示。
（7）制作如图4-44所示的“铆钉”。
（8）制作如图4-45所示的“横把手”。

图4-42 转换到钣金

图4-43 “垃圾斗体” 图4-44 “铆钉”
（9）制作如图4-46所示的“竖把手”。
（10）将上面的钣金零件装配在一起，就成了“垃圾斗”。

图4-45 “横把手” 图4-46 “竖把手”
4.4 生成钣金零件的工程图
现以图4-46所示的“竖把手”零件为例来说明如何生成钣金零件的工程图。有关工程图的设计详见第六章“工程图”。具体步骤如下：
1. 生成钣金零件的标准三视图
（1）单击标准工具栏中的【新建】按钮，选择“A3郑大”图纸模板，建立新的工程图。
（2）选择菜单栏【插入】/【工程视图】/【标准三视图】命令，或单击常用工具栏【视图布局】/【标准三视图】按钮。在【标准三视图】属性管理器中，单击【浏览】按钮，弹出【打开】对话框，选择所需打开的钣金零件，单击【打开】按钮，即可生成对应钣金零件的标准三视图。
2. 添加等轴测视图
（1）选择菜单栏【插入】/【工程视图】/【模型视图】命令，或单击常用工具栏【视图布局】/【模型视图】按钮，系统弹出【模型视图】属性管理器。
（2）在属性管理器的【标准视图】选项中选择【等轴测】按钮。
（3）移动指针到合适位置单击以放置该视图，生成等轴测视图。
（4）选择合适的比例并标注尺寸，如图4-47所示。

图4-47 “竖把手”工程图

3. 零件下料图
当生成一钣金零件时，【平板型式】被自动生成。利用【平板型式】可以方便的生成钣金零件的下料图，具体操作步骤如下：
（1）单击标准工具栏中的【新建】按钮，选择“A4郑大”图纸模板，建立新的工程图。
（2）选择菜单栏【插入】/【工程视图】/【模型视图】命令，或单击常用工具栏【视图布局】/【模型视图】按钮，系统弹出【模型视图】属性管理器。
（3）单击【浏览】按钮，在【打开】对话框中选择所要打开的钣金零件，单击【打开】按钮。在更多视图选项中选择【平板型式】。
（4）移动指针到图形区合适位置，单击以放置该视图。
（5）标注尺寸后，如图4-48所示。

图4-48 “竖把手”下料图
4.5 小结
SolidWorks钣金设计工具功能强大，简单易学。初学者可在较短的时间内学习掌握，从而完成较复杂的钣金零件设计。本章首先介绍了钣金零件的基本概念、钣金设计的相关术语，如折弯系数、折弯扣除和K-因子等，然后分别以实例详细介绍了二种生成钣金零件的方式：使用钣金工具建立钣金零件和由实体零件转换成钣金零件。并简要说明如何使用工程图工具生成工程图（零件图）以及利用建立平板型式视图来生成下料图。