Pro/E环境下不锈钢钣金的结构设计

摘要：随着技术水平的不断提高，计算机辅助制图软件逐渐取代手工制图，而倍受青睐的不锈钢钣金已被广泛应用到生活中的各个领域。Pro / E是一套由设计至生产的自动化软件，包含了不锈钢钣金的设计，因此如何在 Pro / E设计环境下进行不锈钢钣金的结构设计是当前社会设计人才必须掌握的一门技术。本文主要探讨 Pro / E设计环境及不锈钢钣金的材质特点，根据实际情况讨论如何在 Pro / E环境进行不锈钢钣金的结构设计，希望对相关设计人员及学者有所帮助。

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在现代产品设计中，计算机的辅助设计因设计直观、简便、优化等特点被逐渐推广。以往的计算机辅助设计主要是在二维视图中建模，只能起到辅助绘图的作用，但随着产品的复杂化、多元化的需求，设计软件也开始朝着三维的设计界面方向发展，例如复合建模软件 UG 和 I-DEAS 适于构建复杂的结构， Pro / E 则适合相对简单的结构零件和复杂结构部件的设计。

与同等 CAD 软件相比， Pro / E 可以实现三位造型的方向性与随意性，同时可在线进行结构、部件的模拟装配，并可进行可行性分析，在缩短产品设计周期的同时降低生产成本。正是由于 Pro / E 软件的这些优越特点，使其成为世界上三维建模软件中的领头者。

1   Pro / E 设计环境及功能介绍

Pro / E 三维建模软件提供了集成最紧密、最全面的产品开发环境，包含了工业设计与机械设计等领域的多项功能，同时涵盖了功能仿真、制造、数据管理等强大的功能，被广泛应用于电子、机械、家电、航天等各个领域，是目前应用最为广泛的三位建模软件。

Pro / E 是新一代的产品结构造型系统，以参数化著称，是参数化技术设计的最早应用者。 pro / E 软件具有强大的设计功能，在目前的三维结构设计中应用广泛，包含机械实体的设计及加工，是当今社会机械 CAD / CAM / CAE 领域的主流软件，在国内外均占有重要地位。

Pro / E 采用了模块方式，包含了草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等应用功能，保证用户可以根据自己的需要进行选择性设计与使用。同时， Pro / E 系统自带的标准件库包含了螺栓、螺母、螺钉、螺柱、垫圈、密封圈、弹簧等基本型材与常用零部件，均可被直接调用，方便设计人员设计。

Pro / E 中建构不锈钢钣金设计的环境可分为三种：

①直接新建钣金文件类型：新建一零件一钣金件；

②在装配模块中建构钣金件为新零件：元件创建一零件一钣金件；

③将现有实体零件转化为钣金件：选择应用程序中的钣金件一钣金件转换。

Pro / E 环境下的钣金设计内容包括创建分离钣金壁、创建附加钣金壁、钣金折弯操作、钣金成形操作、钣金的其他操作、钣金设置等，因钣金零件都是通过薄板冲压、拉伸和折弯等工序后形成的，所以 Pro / E 中的钣金建模与实体建模有很大的不同。 Pro / E 设计环境为钣金建模创建了一个不同于实体建模的设计环境，使其更加贴近实际的加工方式。

Pro / E 中钣金设计的折弯系数不固定，主要是根据不同公司所使用机器的折弯机的槽刀来设定，这将直接影响到钣金设计折弯的实际尺寸。

2   不锈钢的特点

不锈钢是一种新兴材料，因其具有表面美观、使用可能性较大、强度高、耐腐蚀、耐高温、免维修以及生命力强等优越特点，被广泛应用与公共场合的设施及露天条件下的工作环境，例如常见的晾衣架、门窗、自动售票机、检票机等。由于不锈钢表面有拉丝纹路，在生产过程中容易划伤表面且不以修复，因此在设计生产过程中要充分考虑钣金相邻焊接件的相对位置、坡口角度、加工产的实际生产情况等因素，科学、合理的进行不锈钢钣金的设计与生产。

不锈钢在实际加工生产工程中不宜焊接，易造成不锈钢外侧表面的烧伤，因此在钣金结构设计中尽量用折弯代替焊接，同时也方便后期处理。对于不锈钢的机械加工过程中，不锈钢表面易成撕裂状，焊接难度较大，对于必须焊接的不锈钢需使用直流焊机，并配用专门的不锈钢焊条。

3   Pro / E 环境下不锈钢钣金的结构设计

在 pro / E 环境下进行不锈钢钣金的结构设计时，主要是以 wall 特征建构钣金主题特性，然后利用冲孔、折弯、局部冲型、展开等操作实现钣金设计。在 Pro / E 环境下钣金件有绿色和白色的曲面，只有再生成功后，才形成侧曲面 ( 深度 ) 。绿色侧称为驱动侧，白色侧则表示厚度。

P ro / E 环境下钣金设计所需的功能齐全，现就主要功能做简单的介绍：

3 ． 1   建立基本薄壁

Pro / E 环境下打开菜单 管理器，在特征类中选择钣金件，进入钣金设计界面。打开菜单 管理器，“选项”中包括平整、拉伸、旋转、混合、偏移、高级功能，主要用于生成第一薄壁，即基础壁。

在创建钣金的薄壁时，对于薄壁外形线的圆弧弯曲处可利用内径尺寸的标注改变薄壁厚度，主要操作步骤是选择工具栏 “草绘”中“特征工具 下的 “ 加厚 ” 动能，即可实现。

3 ． 2   钣金切口

在实际生产加工过程中，由于材料的挤压，钣金在折弯过程中极易在弯曲处形成材料的突起变形，因此在三位建模设计中，通常在钣金折弯处挖出小面积的切口，以避免材料的挤压变形。创建钣金切口特征时，要在剖面出建立局部坐标系，切口挖出的凹槽应与钣金互相垂直，使弯曲处不会产生挤压。

3 ． 3   钣金冲孔

冲孔具有 cut 的特征，需选定钣金上冲孔的位置，按照装配 方式的要求冲出凸形的钣金，而冲孔所需的加工工具在定义切口特征时就已定义完成。冲孔特征定义的步骤为：打开工具栏的“工具”，打开 UDF 特征 (UDF 特征可分为单一的和从属的 ) ，输入参数值，并选定参考几何数据，完成特征定义。

3 ． 4   钣金折弯

折弯特征用以将钣金的平面区域弯曲某个角度或弯为圆弧状，此类特征只能用于钣金的平面区域，而不能建立在另一个折弯的特征上，主要的折弯包括折角和卷曲两种形式，包括规则、带有转接、平面三种选项。一般钣金折弯处需加入缝止裂槽、伸展止裂槽、矩形止裂槽、非圆形止裂槽等样式的止裂槽，以防止钣金因折弯造成的裂缝。

3 ． 5   钣金展开

Pro / E 具有展开钣金薄壁的功能，具体的展开方式分为三种：

①一般形的展开：即针对钣金平面区域的展开，可选取一个平面或是一个边作为展开固定边；

②含转折区的展开：即针对含有转折区域的钣金的展开，可先选取钣金展开的所有固定面，再选取所有的转折面；

③剖面驱动的展开：此方式常用以展开具有不规则外形的薄壁及薄壁上的薄唇或凸缘。具体步骤是先选取钣金固定面，再指定一条剖面线来决定变形曲面展开的形状进行剖面展开。

Pro / E 可轻易展开薄壁为平面、圆弧面、圆锥面等几何形状的钣金，但对其他不规则外形的薄壁，展开时则易造成材料变形或无法展开的现象，这种情况下，则需使用 Pro / E 下的变形区域、曲面切割、边线切割等功能，是需要展开的钣金拥有“钣金的外边界线”或“具有钣金外边界线的变形曲面相邻”的特性，从而方便钣金薄壁的展开。

Pro / E 环境下不锈钢钣金的结构设计功能还远远不止这些，其他的设计特征还包括钣金切开、平整阵列、造型印贴等，完全涵盖钣金设计所需的一切功能。

不锈钢钣金的设计既要满足功能上的要求，也要满足外观上的要求，但实际生产中两者是相互矛盾的，且很难权衡。若要完全满足功能上的要求，则不得不忽视外观上设计要求；如若完全满足外观要求，则在结构设计、加工生产中可能无法实现，或是因成本高于实际使用价值导致得不偿失。所以，在 Pro / E 环境下对不锈钢钣金进行结构设计，必须科学权衡功能要求与外观要求，并根据实际使用环境及适用人群确定设计的偏重方向。

钣金零部件焊接时，若因钣金设计面积过大，则易因高温或受压而造成表面凹凸不平，无法达到用户需求用于实际的应用中。因此在设计三维结构骨架模型时，设计人员必须要考虑钣金零部件这一特性，并采用分割侧壁的方式将钣金分为两部分，对接处折弯并用螺钉紧固，杜绝焊接时对侧壁外表面的损伤，有效降低因钣金面积过大造成生产工程中材料的浪费与经济损失。

4 总结

通过实际操作与经验可知， Pro / E 是一款技术先进、功能强大的设计软件，可以很方面的创建各个零部件，并可根据钣金的实际生产加工模拟焊接、去除干涉，可以有效的避免一些无谓的失误。同时，科学、合理的利用 Pro / E 对不锈钢钣金的结构设计进行设计，可以保护不锈钢的拉丝表面免受损伤，减少人工焊接工作量及焊接对不锈钢造成的损伤。

Pro / E 三维建模软件的参数化、钣金件折弯与展开等多项实用而强大的功能在提高产品设计水平与提高设计效率上发挥着积极地作用，是世界工程设计领域发展的必然趋势。因此，使用 Pro / E 软件开发不锈钢钣金产品，可使其设计水平产生一个实质性的飞跃。本文章来自御云钣金软件，更多详细信息请点击： www.bjmes.cn