Autodesk Inventor 鈑金(Sheet Metal) · Frame Generator · Tube & Pipe · Harness 摘要
概述
Inventor 能在製造·設備工程師之間佔據獨特地位的原因是 Sheet Metal 與 Frame Generator 兩個模組。鈑金反映了展開圖·K-Factor·Punch Tool 等實際工廠流程的參數化結構；Frame Generator 把型鋼·鋁擠型加到 Skeleton 上，連 BOM 都自動集計。本頁以這兩個模組為中心整理，在組合件篇幅處理過的 Tube & Pipe·Cable & Harness 僅摘要與鈑金·框架物理耦合的接點（細節工作流程見 03）。
0. 模組選擇流程
混淆該用哪個模組時，從產品形態反向判斷。
| 形態 | 建議模組 |
|---|---|
| 薄板（≤ 6mm 為基準）·彎曲為主 | Sheet Metal |
| 型鋼·管·方管結構 | Frame Generator |
| 流體·氣體流動路徑 | Tube & Pipe |
| 電線·訊號配線 | Cable & Harness |
| 複合（鈑金護蓋 + 框架基座） | Sheet Metal + Frame 混合 |
實務中最常見的正是最後一列的「混合」模式。鈑金負責外裝·護蓋·托架，Frame Generator 負責結構基座的分工是標準。
1. 進入 Sheet Metal 環境
鈑金零件與一般 IPT 結構不同。必須進入鈑金專用環境後再堆疊 Feature，Flat Pattern 才能正常產生。
- 選 New → Sheet Metal.ipt 範本是正統做法
- 要把既有 Part 改為鈑金：
Environments → Convert to Sheet Metal
注意： 以一般 Extrude 給予板厚後再轉為鈑金，Flat Pattern 容易失敗。從一開始就使用鈑金範本最為可靠。
2. Sheet Metal Rules — 所有鈑金零件的 DNA
決定鈑金零件行為的所有數值（材質·厚度·半徑·釋放·中立軸）都包含在一個 Sheet Metal Rule 中。選單路徑：Sheet Metal → Setup → Sheet Metal Defaults（或 Ribbon 下方扳手圖示）。
| 分頁 | 項目 | 實務重點 |
|---|---|---|
| Sheet | Material, Thickness | 材質直接關聯 iProperty·Mass 自動集計 |
| Bend | Bend Radius, Bend Relief(Round/Straight/Tear), Minimum Remnant | 預設半徑以與厚度相同 (1t) 為出發點 |
| Corner | Corner Relief(Round/Square/Tear), Miter Gap, 3 Bend Intersection | 雷射加工選 Round，成形選 Square 較穩定 |
| Unfold Rule | K-Factor 或 Bend Table | K-Factor 0.44 為軟鋼基本。依工廠實測調整 |
提示： Sheet Metal Rule 務必放在公司共通 Style Library 中，並在專案(.ipj)固定路徑。各設計者用不同 K-Factor，同一張圖面的 Flat Pattern 展開長度也會有微妙差異。
注意： 要準確展開 Deep Drawing 這類塑性變形，光靠 K-Factor 有極限。必須對 Unfold Rule 套用 Bend Table（實測資料）才能與現場一致。
3. 主要 Sheet Metal Feature
選單路徑：Sheet Metal → Create。
- Face：基本平板。以草圖輪廓生成
- Flange：在邊加直角板。高度·角度·半徑·釋放全部參數化
- Contour Flange：沿輪廓草圖生成鈑金。U 字通道·複雜斷面用
- Lofted Flange：兩個草圖之間用 Loft。漏斗·圓錐台鈑金
- Contour Roll：2D 輪廓沿軸中心滾壓。圓筒殼·管狀鈑金
- Hem：邊折（Single/Rolled/Double/Teardrop）
- Bend：在已存在的兩 Face 之間插入彎曲
- Fold：以草圖線為軸彎折 Face
- Corner Seam：兩板邊角處理 (Miter/Overlap/Reverse Overlap)
- Cut：以草圖切出孔·外形。「Cut Across Bend」選項以彎曲展開基準切割
- Punch：以 iFeature 為基礎的沖頭工具。模擬 Emboss/Lance/Form
- Corner Round / Corner Chamfer：2D Edge 倒角·圓角
提示： 建立 Flange 時務必確認「Bend from the intersection of two selected faces」等細節選項。預設值常與現場流程不同，每次差 ±0.5mm。
4. Flat Pattern（展開圖）
展開圖是雷射·CNC 衝床·折床流程的輸入物。選單路徑：Sheet Metal → Flat Pattern → Create Flat Pattern。
- 生成後以 Go to Folded Part / Go to Flat Pattern 按鈕在 3D ↔ 2D 切換
- 圖面配置：在圖面視圖中 Sheet Metal View →選「Flat Pattern」
- Punch Representation：在圖面選擇實際形狀 / 2 點 Center Mark / 1 點 Center Mark。確保數千衝孔圖面的效能
- Bend Order Annotation：圖面自動標示彎曲順序
Flat Pattern 失敗時因應
Autodesk 官方指引整理的核心原則如下。
- 務必從 Sheet Metal 範本開始
- 不用一般 Extrude，改用 Face / Flange / Contour Flange
- Rip（分裂）僅限先做成 Solid 後再轉鈑金的情況
- 彎曲半徑為 0 則無法展開。最小 0.1mm 以上
- 一個頂點匯集 3 個以上 Flange 時用 Corner Seam 或 Three Bend Corner 整理
提示： DXF 匯出使用 Sheet Metal → Flat Pattern → Export Flat Pattern As DXF。這是寄給雷射工廠的標準格式。慣例是把彎曲資訊另外附在 PDF 圖面中。
5. 鈑金 DFM（設計可製造性）
鈑金必須在建模前考慮製程限制，後製流程才清爽。t 為板厚。
| 項目 | 經驗最小值 |
|---|---|
| 孔-彎曲距離 | 3t 以上 |
| 最小 Flange 高度 | 4t（含釋放） |
| 最小彎曲半徑 | 鋁 1t、軟鋼 1~2t、不銹鋼 2~4t |
| Max Boss Depth | 3t |
| 榫-槽公差 | +0.1~0.2mm（雷射基準） |
提示： 雷射切割後要焊接·組裝的結構，用 Tab-and-Slot 技法提升零件對位性。不用焊接治具也能定位。
K-Factor 決定提示
K-Factor 是鈑金中立軸（不變形層）位置的比例。依材質·厚度·彎曲半徑·製程（空氣彎曲/底部夾緊/壓印）而不同。
| 條件 | 經驗 K-Factor |
|---|---|
| 軟鋼空氣彎曲，R ≈ t | 0.38 ~ 0.44 |
| 鋁空氣彎曲，R ≈ t | 0.33 ~ 0.40 |
| 不銹鋼空氣彎曲 | 0.44 ~ 0.50 |
| Coining（底部壓印） | 0.50 附近 |
提示： 公司實際彎折量測展開長度 - 公式展開長度的偏差反算 K-Factor，此方式可靠度最高。製程改變時重新量測。
Punch Tool 與 iFeature
Emboss·Lance·Louver·Dimple 等成形加工以 Punch Tool（iFeature 基礎）重現。
- 新建 iFeature：在鈑金 IPT 中設計沖頭形狀 →
Manage → Extract iFeature - 儲存至共享函式庫後，其他鈑金零件 Drag&Drop
- 透過圖面 Punch Representation 選項調整圖面速度·可讀性
注意： Punch Tool 預設在 Flat Pattern 中以「Center Mark + Profile」表示。若實際深度成形重要，要同時用 Custom Unfold Rule 與 Bend Table。
6. Frame Generator 概述
機械基座·設備框架·安全圍籬等型鋼結構物設計的專用模組。在 Skeleton（骨架線）上配置 Content Center 輪廓，連端部處理 (Miter/Notch/Trim) 與 BOM 集計都自動化。選單路徑：Design → Frame → Insert Frame。
標準工作流程
- Skeleton Layout：以 3D Sketch 或 2D Sketch 繪製骨架線（也可參考其他零件 Edge）
- Insert Frame：從 Content Center 選斷面 → 配置在 Skeleton 線上
- End Treatments：以 Miter·Notch·Trim 處理端部
- Frame Member List(BOM)：自動集計長度·數量
Frame Generator 檔案結構
執行 Insert Frame 時，Inventor 會在內部自動產生下列檔案。
- Frame Assembly(.iam)：整個框架的 Sub-Assembly。預設名稱為「Frame0001」形式
- Frame Member(.ipt)：各構件零件。反映 Profile + End Treatment 結果
- Skeleton(.ipt)：依選擇可分離為獨立檔案
這些檔案之間具有強烈的檔名相依。只要一個檔案更名，連結就會斷，檔案移動·更名必須用 Vault 的 Rename 或 Design Assistant 一併處理。
7. Skeleton 設計策略
Frame Generator 的核心是 Skeleton。將結構中心線以獨立 .ipt 或 .iam 內部 Sketch 管理，Frame 以其參考組成。這樣分離後，尺寸變更時只要修改 Skeleton 整個框架就立刻更新。
- 在 3D Sketch 中加 Bend（轉角圓角），Frame Generator 會自動處理 Miter
- 若有公司標準高度·跨距，宣告為 User Parameter，讓 Skeleton 參數化擴充
- 分離 Sub-Assembly Skeleton 與 Top-level Skeleton，在大型設備中管理性大幅提升
注意： Frame Generator 檔案禁止更名·移動。檔名相依關係斷裂時 Skeleton 連結會脫離，幾乎無法復原。若一定要搬移，只能用 Vault 的 Rename 或 Design Assistant 進行。→ 詳細內容：/cad-tips/inventor/ilogic-vault-troubleshoot
8. End Treatments
端部處理直接反映現場施工方式。
| 處理 | 說明 | 用途 |
|---|---|---|
| Miter | 以指定角度（通常 45°）切斷兩個框架後接合 | 方框架角 |
| Notch | 一個框架配合另一個框架輪廓切割 | T 型接頭·橫樑 |
| Trim/Extend to Face | 切到或延伸到指定面 | 底板接合 |
| Trim to Frame | 配合其他框架斷面切斷 | 管相互交叉 |
| Lengthen/Shorten | 以數值調整長度 | 確保間距·細微調整 |
| Reuse | 重用先前 End Treatment | 重複結構一次處理 |
9. Custom Notch & Secondary Features
標準 Notch 輪廓與實際形狀不合時可 Publish Custom Notch Profile。
- 編輯輪廓零件 → 在 Body Sketch 加上 Notch 區域草圖
- 執行 Author 工具 → 在 Optional Notch Profile 指定該 Sketch
- Publish 到 Content Center
- Frame Generator Notch 時選擇該輪廓
提示： 鋁擠型（Item·Bosch Rexroth 等）若常作為自訂斷面使用，只要 Publish 一次全體設計者都能共用。
Secondary Features（副 Feature）
在 Frame Member 上追加 Hole·Fillet·Chamfer 時要開啟「Maintain geometry through end treatments」選項。不開啟的話 Skeleton 變更時 Feature 會消失。例：Miter 後仍須維持面板滑軌用的腿端凹槽時必需。
10. Frame BOM 與材料最佳化
Frame 內的 Member 會自動歸為子組合件（「Frame」= Sub-Assembly 結構）。
- Frame BOM：Length 欄必備。直接反映到圖面 Parts List
- Mass / Cost：在 iProperty 指定材質密度，會自動集計
- Save Nested BOM：以維持階層的 BOM 儲存。對上層 Sub 單位估價有利
- 切割長度捨入：套用 Round-off 規則符合現場切割允許值
提示： 框架材料費在整體成本中佔相當比重的設備，把 Frame BOM 匯出到 Excel，檢討到材料別合計·剩餘段長度（Bar Nesting）。
Frame Member 修改注意事項
- 以 Change Member 工具批次替換輪廓·材質。手動一個個改會破壞關係
- Reuse End Treatment：重複同模式處理時，一次拖曳即可套用
- Insert Frame 後不要減少或刪除 Skeleton 線。刪除的話該 Member 會停留在 Sick 狀態，難以復原
- 子框架分離：基座框架·上部結構·安全圍籬等功能不同的框架分離為 Sub-Assembly，讓 iProperty·Lifecycle 獨立
11. Tube & Pipe — 與框架的接點摘要
Tube & Pipe 的基本工作流程、Style 管理、Auto Route、Connection Point 規則在 03 已涵蓋。這裡只點出與鈑金·框架物理耦合的接點。
- 支撐托架：配管沿框架鋪設的結構中，在 Frame Member 上以 Notch/Cut 連接鈑金托架。托架以鈑金零件另行設計
- 管夾函式庫：登錄到 Content Center 自訂 CC，以 Bundle 單位 Place
- Isometric Drawing：在 IDW Base View 直接選 Pipe Run，以 Auto-dimension Pipe Run 標註。配管分段圖面 (Spool Drawing) 把 IPN Scene 分解成 Sheet
→ 詳細內容：/cad-tips/inventor/assembly-content (Tube & Pipe Style·Auto Route)
12. Cable & Harness — 框架匯流摘要
Harness 模組也在 03 詳述。與框架/鈑金匯流的接點如下。
- 線纜托盤（鈑金）：用 Contour Flange 做出 U 字托盤，內部以 3D Sketch 定義 Segment 路徑
- 線纜固定托架：在 Frame Generator Member 上放置鈑金托架，作為 Harness Segment 起點·終點使用
- Bundle Diameter必須準確輸入 Segment Property，托架槽尺寸與干涉檢查才有效
→ 詳細內容：/cad-tips/inventor/assembly-content (Harness Authoring·RefDes·Wire List)
13. 鈑金·框架共通圖面提示
鈑金·框架的圖面組成與一般機械加工品有微妙差異。04 涵蓋的圖面基礎全部適用，下列項目特別重要。
- 鈑金圖面：在圖面視圖以 Sheet Metal View 配置 Flat Pattern，自動標註彎曲順序 (Bend Order)
- DXF 附件：雷射工廠 DXF 就夠，但彎曲順序·纖維方向·拋光 (Deburring) 範圍必須在 PDF 圖面明示
- 框架圖面：Frame BOM 以 Parts List 自動生成，務必包含 Length 欄·Cut Length 欄。切割允許值 (Round-off) 也註明
- 焊接符號：以 ISO 2553 格式區分填角·開槽·塞銲。尺寸·長度·節距 (@) 都要準確
- Heat Number 追蹤：壓力容器·安全相關框架在 BOM 加上材料 Heat Number（Custom iProperty）
- Surface Treatment：鍍層·塗裝·陽極處理等表面處理放在 Title Block 備註或獨立 Table
→ 圖面基礎：/cad-tips/inventor/drawing-presentation
14. 按產業應用備忘
- 輸送機框架：在 Skeleton 以 User Parameter 定義中心線·高度 → 以 iLogic 自動生成長度變形。長構件在圖面以 Break View 標示
- 自動化設備基座：Frame Generator + 鈑金護蓋混合是標準模式。護蓋活用 Lofted Flange·Contour Flange
- Jig/Fixture：鈑金 + 框架混合很常見。以 Derive 取加工品 (Workpiece)，適應性地定出夾具·銷位置是正統
- 廠房配管支撐結構：以 Frame Generator 設計管架 → 用 Tube & Pipe 鋪管。必做 Interference Check
15. 常犯的錯誤
- 在一般 IPT 先以 Extrude 給板厚 再轉鈑金 → Flat Pattern 反覆失敗
- Bend Radius 輸入 0 → 根本無法展開
- Sheet Metal Rule 每個零件重新定義 → 同工廠展開長度各異
- Frame Generator 檔案 Rename/Move → 破壞 Skeleton 連結，幾乎無法復原
- 刪除 Skeleton 線 → 該 Member 以 Sick 狀態殘留
- 手動重複 End Treatment → 用 Reuse 功能只需幾次點擊
- Secondary Feature 未勾 Maintain geometry → Skeleton 變更時作業遺失
- Frame 材質只以 Parameter 管理 → Mass·Cost 集計不準確。必須一起設定 iProperty Material
實務檢查清單
- 鈑金零件從 Sheet Metal 範本開始
- Sheet Metal Rule 在公司 Style Library 單一原始來源被參考
- K-Factor 以工廠實測值調整，或已套用 Bend Table
- 建立 Flange 時已確認 Bend 基準選項與現場流程一致
- Flat Pattern 生成後可 Export 為 DXF
- 符合孔-彎曲距離·最小 Flange 高度等 DFM 標準
- Frame Generator Skeleton 分離為獨立零件/Sketch
- Frame 檔案未更名·移動（或僅使用 Vault Rename）
- Secondary Feature 已開啟「Maintain geometry」選項
- Frame BOM 的 Length·Material·Mass 正常集計
- Custom Notch 輪廓已 Publish 到 Content Center 共享
- 配管·線束與框架銜接的接點（托架·托盤）以鈑金零件分開設計