Pro/E環境下不鏽鋼鈑金的結構設計

摘要：隨著技術水平的不斷提高，計算機輔助製圖軟體逐漸取代手工製圖，而倍受青睞的不鏽鋼鈑金已被廣泛應用到生活中的各個領域。Pro / E是一套由設計至生產的自動化軟體，包含了不鏽鋼鈑金的設計，因此如何在 Pro / E設計環境下進行不鏽鋼鈑金的結構設計是當前社會設計人才必須掌握的一門技術。本文主要探討 Pro / E設計環境及不鏽鋼鈑金的材質特點，根據實際情況討論如何在 Pro / E環境進行不鏽鋼鈑金的結構設計，希望對相關設計人員及學者有所幫助。

 

在現代產品設計中，計算機的輔助設計因設計直觀、簡便、最佳化等特點被逐漸推廣。以往的計算機輔助設計主要是在二維檢視中建模，只能起到輔助繪圖的作用，但隨著產品的複雜化、多元化的需求，設計軟體也開始朝著三維的設計介面方向發展，例如複合建模軟體 UG 和 I-DEAS 適於構建複雜的結構， Pro / E 則適合相對簡單的結構零件和複雜結構部件的設計。

 

與同等 CAD 軟體相比， Pro / E 可以實現三位造型的方向性與隨意性，同時可線上進行結構、部件的模擬裝配，並可進行可行性分析，在縮短產品設計週期的同時降低生產成本。正是由於 Pro / E 軟體的這些優越特點，使其成為世界上三維建模軟體中的領頭者。

 

1   Pro / E 設計環境及功能介紹

Pro / E 三維建模軟體提供了整合最緊密、最全面的產品開發環境，包含了工業設計與機械設計等領域的多項功能，同時涵蓋了功能模擬、製造、資料管理等強大的功能，被廣泛應用於電子、機械、家電、航天等各個領域，是目前應用最為廣泛的三位建模軟體。

 

Pro / E 是新一代的產品結構造型系統，以引數化著稱，是引數化技術設計的最早應用者。 pro / E 軟體具有強大的設計功能，在目前的三維結構設計中應用廣泛，包含機械實體的設計及加工，是當今社會機械 CAD / CAM / CAE 領域的主流軟體，在國內外均佔有重要地位。

 

Pro / E 採用了模組方式，包含了草圖繪製、零件製作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等應用功能，保證使用者可以根據自己的需要進行選擇性設計與使用。同時， Pro / E 系統自帶的標準件庫包含了螺栓、螺母、螺釘、螺柱、墊圈、密封圈、彈簧等基本型材與常用零部件，均可被直接呼叫，方便設計人員設計。

 

Pro / E 中建構不鏽鋼鈑金設計的環境可分為三種：

①直接新建鈑金檔案型別：新建一零件一鈑金件；

②在裝配模組中建構鈑金件為新零件：元件建立一零件一鈑金件；

③將現有實體零件轉化為鈑金件：選擇應用程式中的鈑金件一鈑金件轉換。

 

Pro / E 環境下的鈑金設計內容包括建立分離鈑金壁、建立附加鈑金壁、鈑金折彎操作、鈑金成形操作、鈑金的其他操作、鈑金設定等，因鈑金零件都是透過薄板衝壓、拉伸和折彎等工序後形成的，所以 Pro / E 中的鈑金建模與實體建模有很大的不同。 Pro / E 設計環境為鈑金建模建立了一個不同於實體建模的設計環境，使其更加貼近實際的加工方式。

 

Pro / E 中鈑金設計的折彎係數不固定，主要是根據不同公司所使用機器的折彎機的槽刀來設定，這將直接影響到鈑金設計折彎的實際尺寸。

 

2   不鏽鋼的特點

不鏽鋼是一種新興材料，因其具有表面美觀、使用可能性較大、強度高、耐腐蝕、耐高溫、免維修以及生命力強等優越特點，被廣泛應用與公共場合的設施及露天條件下的工作環境，例如常見的晾衣架、門窗、自動售票機、檢票機等。由於不鏽鋼表面有拉絲紋路，在生產過程中容易劃傷表面且不以修復，因此在設計生產過程中要充分考慮鈑金相鄰焊接件的相對位置、坡口角度、加工產的實際生產情況等因素，科學、合理的進行不鏽鋼鈑金的設計與生產。

 

不鏽鋼在實際加工生產工程中不宜焊接，易造成不鏽鋼外側表面的燒傷，因此在鈑金結構設計中儘量用折彎代替焊接，同時也方便後期處理。對於不鏽鋼的機械加工過程中，不鏽鋼表面易成撕裂狀，焊接難度較大，對於必須焊接的不鏽鋼需使用直流焊機，並配用專門的不鏽鋼焊條。

 

3   Pro / E 環境下不鏽鋼鈑金的結構設計

在 pro / E 環境下進行不鏽鋼鈑金的結構設計時，主要是以 wall 特徵建構鈑金主題特性，然後利用衝孔、折彎、區域性衝型、展開等操作實現鈑金設計。在 Pro / E 環境下鈑金件有綠色和白色的曲面，只有再生成功後，才形成側曲面 ( 深度 ) 。綠色側稱為驅動側，白色側則表示厚度。

 

P ro / E 環境下鈑金設計所需的功能齊全，現就主要功能做簡單的介紹：

 

3 ． 1   建立基本薄壁

Pro / E 環境下開啟選單 管理器，在特徵類中選擇鈑金件，進入鈑金設計介面。開啟選單 管理器，“選項”中包括平整、拉伸、旋轉、混合、偏移、高階功能，主要用於生成第一薄壁，即基礎壁。

 

在建立鈑金的薄壁時，對於薄壁外形線的圓弧彎曲處可利用內徑尺寸的標註改變薄壁厚度，主要操作步驟是選擇工具欄 “草繪”中“特徵工具 下的 “ 加厚 ” 動能，即可實現。

 

3 ． 2   鈑金切口

在實際生產加工過程中，由於材料的擠壓，鈑金在折彎過程中極易在彎曲處形成材料的突起變形，因此在三位建模設計中，通常在鈑金折彎處挖出小面積的切口，以避免材料的擠壓變形。建立鈑金切口特徵時，要在剖面出建立區域性座標系，切口挖出的凹槽應與鈑金互相垂直，使彎曲處不會產生擠壓。

 

3 ． 3   鈑金衝孔

衝孔具有 cut 的特徵，需選定鈑金上衝孔的位置，按照裝配 方式的要求衝出凸形的鈑金，而衝孔所需的加工工具在定義切口特徵時就已定義完成。衝孔特徵定義的步驟為：開啟工具欄的“工具”，開啟 UDF 特徵 (UDF 特徵可分為單一的和從屬的 ) ，輸入引數值，並選定參考幾何資料，完成特徵定義。

 

3 ． 4   鈑金折彎

折彎特徵用以將鈑金的平面區域彎曲某個角度或彎為圓弧狀，此類特徵只能用於鈑金的平面區域，而不能建立在另一個折彎的特徵上，主要的折彎包括折角和捲曲兩種形式，包括規則、帶有轉接、平面三種選項。一般鈑金折彎處需加入縫止裂槽、伸展止裂槽、矩形止裂槽、非圓形止裂槽等樣式的止裂槽，以防止鈑金因折彎造成的裂縫。

 

3 ． 5   鈑金展開

Pro / E 具有展開鈑金薄壁的功能，具體的展開方式分為三種：

①一般形的展開：即針對鈑金平面區域的展開，可選取一個平面或是一個邊作為展開固定邊；

②含轉折區的展開：即針對含有轉折區域的鈑金的展開，可先選取鈑金展開的所有固定面，再選取所有的轉折面；

③剖面驅動的展開：此方式常用以展開具有不規則外形的薄壁及薄壁上的薄唇或凸緣。具體步驟是先選取鈑金固定面，再指定一條剖面線來決定變形曲面展開的形狀進行剖面展開。

 

Pro / E 可輕易展開薄壁為平面、圓弧面、圓錐面等幾何形狀的鈑金，但對其他不規則外形的薄壁，展開時則易造成材料變形或無法展開的現象，這種情況下，則需使用 Pro / E 下的變形區域、曲面切割、邊線切割等功能，是需要展開的鈑金擁有“鈑金的外邊界線”或“具有鈑金外邊界線的變形曲面相鄰”的特性，從而方便鈑金薄壁的展開。

 

Pro / E 環境下不鏽鋼鈑金的結構設計功能還遠遠不止這些，其他的設計特徵還包括鈑金切開、平整陣列、造型印貼等，完全涵蓋鈑金設計所需的一切功能。

 

不鏽鋼鈑金的設計既要滿足功能上的要求，也要滿足外觀上的要求，但實際生產中兩者是相互矛盾的，且很難權衡。若要完全滿足功能上的要求，則不得不忽視外觀上設計要求；如若完全滿足外觀要求，則在結構設計、加工生產中可能無法實現，或是因成本高於實際使用價值導致得不償失。所以，在 Pro / E 環境下對不鏽鋼鈑金進行結構設計，必須科學權衡功能要求與外觀要求，並根據實際使用環境及適用人群確定設計的偏重方向。

 

鈑金零部件焊接時，若因鈑金設計面積過大，則易因高溫或受壓而造成表面凹凸不平，無法達到使用者需求用於實際的應用中。因此在設計三維結構骨架模型時，設計人員必須要考慮鈑金零部件這一特性，並採用分割側壁的方式將鈑金分為兩部分，對接處折彎並用螺釘緊固，杜絕焊接時對側壁外表面的損傷，有效降低因鈑金面積過大造成生產工程中材料的浪費與經濟損失。

 

4 總結

透過實際操作與經驗可知， Pro / E 是一款技術先進、功能強大的設計軟體，可以很方面的建立各個零部件，並可根據鈑金的實際生產加工模擬焊接、去除干涉，可以有效的避免一些無謂的失誤。同時，科學、合理的利用 Pro / E 對不鏽鋼鈑金的結構設計進行設計，可以保護不鏽鋼的拉絲表面免受損傷，減少人工焊接工作量及焊接對不鏽鋼造成的損傷。

 

Pro / E 三維建模軟體的引數化、鈑金件折彎與展開等多項實用而強大的功能在提高產品設計水平與提高設計效率上發揮著積極地作用，是世界工程設計領域發展的必然趨勢。因此，使用 Pro / E 軟體開發不鏽鋼鈑金產品，可使其設計水平產生一個實質性的飛躍。本文章來自御雲鈑金軟體，更多詳細資訊請點選：