SolidWorks 鈑金（Sheet Metal）・熔接結構（Weldments）・Surface・Toolbox

概述

獨立於實體建模之外，鈑金・熔接・曲面各自擁有獨立的工作流程與思維。鈑金專注於彎折與展開圖、熔接結構專注於框架路徑與 Cut List、曲面則專注於自由曲面與匯入檔案修復。共通點在於「必須從一開始就以該模式展開」。先以實體草率建構再轉為鈑金，或於實體上疊加曲面的做法，最終都會遇到展開圖・熔接道・Knit 錯誤而回頭重做。本文彙整 Base Flange/Edge Flange/Miter/Hem/Jog/Forming Tool/Flat Pattern、Structural Member/Gusset/End Cap/Weld Bead/Cut List、Boundary/Filled/Knit/Trim/Thicken，以及 Toolbox・Hole Wizard 的實務運用。零件建模基礎請參考 02-part-modeling.md。

1. Sheet Metal — 鈑金設計

1.1 鈑金設計原則

鈑金零件的核心在於 厚度・彎折半徑・K-Factor 自動連動，最終能正確產出 Flat Pattern（展開圖）。

• 材料厚度：於首個 Base Flange 決定後，整個零件套用同一厚度。於單一零件混用不同厚度（Multi-Thickness）複雜度會急速上升，應儘量避免。
• 彎折內徑：須遵守各材料・厚度的最小值。例如 3mm 以下冷軋鋼板以內徑 0.76mm（0.030 英吋）為業界慣例，小於此值易產生裂紋或縮短沖壓模具壽命。
• K-Factor：以中性面位置比率決定展開長度。台灣現場通常於 0.33~0.50 範圍依材料修正薄板。預設值採 0.5，精密鈑金則於工廠實測後固定該值。

注意： 先以實體建模再以 Insert → Sheet Metal → Convert to Sheet Metal 轉換，僅適用於形狀單純的情況。複雜的凸緣結構從 Base Flange 開始才穩當。

1.2 主要 Sheet Metal 特徵

特徵	角色
Base Flange / Tab	鈑金起點。對 2D 封閉草圖賦予厚度後，會自動加入 Sheet-Metal 與 Flat-Pattern 歷史。
Edge Flange	於既有邊線加入垂直凸緣。指定 End Condition、Position（Material Inside/Outside 等）。
Miter Flange	於多條邊線一次建立連續凸緣。適合箱型鈑金・外殼製作。
Hem	將邊緣反折為雙層。Open / Closed / Tear Drop / Rolled，用於安全與剛性目的。
Jog	單一特徵進行兩次彎折，形成階梯式偏移凸緣。
Sketched Bend	沿平面草圖的直線彎折。
Corner/Bend Relief	防止彎折邊角應力集中的釋放槽。Rectangular / Tear / Obround。
Forming Tool	百葉窗・凸包・肋等沖壓特徵。自 Design Library 拖放使用。
Unfold / Fold	暫時展開指定彎折，於平坦狀態套用 Cut-Extrude → 再 Fold。
Flat Pattern	整體展開圖。以 Flatten 切換即可確認，可於工程圖中包含 Bend Line・Bend Note。

選單路徑範例：Insert → Sheet Metal → Edge Flange。

提示： 於鈑金零件套用 Cut-Extrude 時，請勾選 PropertyManager 的 Normal Cut。跨越彎折面的切割在平坦狀態下會以垂直於材料厚度方向表示，與雷射加工基準一致。

1.3 Gauge Table

將工廠實際使用的厚度・彎折半徑・K-Factor 整理於 Excel，並以 .xlsx 規格表登錄至 SolidWorks。

• 路徑指定：Tools → Options → System Options → File Locations → Sheet Metal Gauge Table Folder。
• 建立 Base Flange 時於下拉選單選擇規格項目，厚度・半徑・K-Factor 會一次套用。

提示： 依工廠・材料分別管理 Gauge Table，當相同零件發包至不同外包廠商時，僅需切換表格即可重新計算展開長度。

1.4 鈑金最佳實務

1. 一個零件 = 一個厚度為基本原則。Multi-Thickness 僅於例外情況使用。
2. 邊緣・孔距 ≥ 2.5 × 厚度。
3. 孔-孔距 ≥ 2 × 厚度。
4. 彎折線-孔距 ≥ 2.5 × 厚度 + 彎折半徑。小於此值則彎折時孔會變形。
5. Flat Pattern 視圖務必於工程圖放置 1 張。除組立圖用立體視圖外，另備展開圖才能用於雷射切割。
6. 以 Cut List 自動收集材料・厚度・展開面積，串接至 BOM。

2. Weldments — 熔接結構

2.1 基本流程

1. 以 3D Sketch 或組合多個 2D Sketch 繪製框架路徑。
2. 以 Structural Member 特徵將斷面（方管・圓棒・H 鋼等）套用至路徑。
3. 以 Trim/Extend 整理交接處。
4. 於必要位置加入 Gusset（補強板）、End Cap（封板）、Weld Bead（熔接道）。
5. Cut List 自動產生，成為 BOM・工程圖自動化的依據。

選單路徑：Insert → Weldments → Structural Member。

2.2 Structural Member 使用技巧

• 支援標準：ANSI, ISO, KS, JIS, GB, DIN。
• 型別：Square Tube, Rectangular Tube, Pipe, C-Channel, Angle(L), I-Beam 等。
• Apply Corner Treatment 選項：自動整理交接處。於 End Miter, End Butt1, End Butt2 中選擇。
• 單一 Structural Member 特徵中 僅套用同一斷面。若斷面混用，另分為獨立特徵。

提示： 斷面庫存放於 <安裝路徑>\lang\<語言>\weldment profiles。若加入鋁擠型（Bosch Rexroth, Item, Misumi 等）規格，框架設計速度會大幅提升。

提示： KS D 3530 等國家標準斷面可於 3DContentCentral、Misumi、Bosch Rexroth 網站直接下載 .sldlfp。

2.3 Trim/Extend・Gusset・End Cap・Weld Bead

• Trim/Extend：整理 Structural Member 交接處。Trimming Boundary 於 Face/Plane/Body 中選擇。以 Weld Gap 選項保留熔接間隙。
• Gusset：兩構件間的 V 形補強板。Polygonal / Triangular 形狀，可指定厚度。
• End Cap：開放斷面末端的平面封板。可指定厚度與偏移量。
• Weld Bead：面-面間的熔接道。Fillet Weld / Butt Weld。2011 之後的 Cosmetic Weld Bead 改以圖形顯示取代實際實體，但 Cut List 仍會統計長度（節省檔案容量）。

2.4 Cut List — BOM 自動化

每個 Structural Member 實體會自動歸類為 Cut List Item。Cut List 屬性預設包含 Length、Angle1、Angle2、Total Length、Description、Material、Quantity，並可新增塗裝代號或表面處理等自訂屬性。

插入於工程圖：Insert → Tables → Weldment Cut List → 選擇 drive view → 指定位置。

提示： Cut List 格式可儲存為 .sldwldtbt，於新工程圖重複使用。

提示： 將多個 Structural Member 一併選取後右鍵 → Create Sub-weldment。Cut List 會以組裝單位分開，方便整理熔接工序。

3. Surface 建模

3.1 為何使用 Surface

自由曲面（汽車外裝、家電外殼、水瓶、手把等）難以僅用實體特徵表達。此外，若協力廠商提供的 STEP/IGES 因面缺失或自相交而實體轉換失敗，則須以曲面工具 修復檔案。曲面體厚度為 0，最終需以 Knit（縫合）→ 轉實體 或 Thicken（賦予厚度） 收尾。

3.2 主要 Surface 指令

指令	用途
Extruded/Revolved/Swept/Lofted Surface	實體對應特徵的曲面版本。
Boundary Surface	以四邊曲線網建立面。可控制雙向連續性（Tangent/Curvature）。
Filled Surface	以修補面填滿封閉邊界內部。
Planar Surface	封閉 2D 草圖 → 平面。
Offset Surface	於既有面偏移一定距離。距離為 0 時亦可用於面萃取。
Ruled Surface	自邊線以指定方向／角度延伸。
Knit Surface	將多個面縫合為單一 Surface Body。
Trim / Untrim Surface	以工具面裁切／取消裁切。
Delete Face	刪除面。可以 Delete and Patch / Delete and Fill 選項自動修補。
Extend Surface	延伸面。
Thicken	對面賦予厚度轉為實體。

3.3 Surface 最佳實務

1. Knit 應漸進執行。若一次縫合所有面，錯誤原因難以追查，應以 2~3 個為單位逐步堆疊。
2. Check Entity（Tools → Check）：診斷開放邊、最小曲率半徑、短邊、自相交。
3. Construction Surface 僅作為參考用，不與最終實體混用。
4. 將 Filled Surface 的 Boundary Condition 設為 Tangent 以上，可得到平滑的接合。
5. Boundary Surface 要求四邊曲線網，結果較 Loft 乾淨。單純斷面連接用 Loft，需要雙向連續性的接合用 Boundary。

3.4 Surface ↔ Solid 互轉

• 實體 → 曲面：Offset Surface 距離 0，或於 Delete Face 取消勾選 Delete and Patch。
• 曲面 → 實體：

1. 將所有面 Knit 為封閉體積，會自動轉為實體。
2. 以 Thicken 對單側或雙側賦予厚度。
3. 勾選 Knit 特徵的 Try to form solid 選項。

3.5 匯入檔案修復

STEP/IGES 匯入後若實體轉換失敗，依下列順序處理：

1. Import Diagnostics 自動執行 — 嘗試自動修正 Face Problems / Gap Problems。
2. 手動修復：以 Fill Surface 修補缺失面 → Knit → Thicken。
3. 以 FeatureWorks 增益集嘗試特徵辨識 — 可重建可編輯的歷史樹（複雜形狀成功率低）。

注意： 匯入檔案的單位誤差（mm vs inch）、座標原點差異、Tolerance 可能與當地標準不同。轉換後請務必 以測量（主要尺寸）驗證。

4. Toolbox — 標準零件庫

4.1 Toolbox 基本運作

Toolbox 是依 ANSI/ISO/KS/JIS/DIN/GB 標準對應的螺栓・螺帽・墊圈・軸承・鍵・齒輪，可拖放插入的零件庫，包含於 SolidWorks Professional 以上版本。

4.2 Toolbox 零件管理選項

選項	說明	適合環境
Create Parts	每次使用時產生新檔案	PDM 環境（可依個別檔案進行 Revision 管理）
Create Configurations	單一檔案擁有多個 Configuration	小型團隊、個人作業

注意： 若已有 PDM 卻以 Create Configurations 運作，多名使用者會同時編輯同一檔案的 Configuration，頻繁發生 Version 衝突。PDM 環境建議採用 Create Parts。

4.3 Toolbox 客製化最佳實務

1. 將 Toolbox 安裝於 網路路徑，使全體工程師參照同一零件庫。
2. 初次安裝後立即 整個資料夾備份，誤編輯後難以復原。
3. 建立 Custom Standard：複製原本的 ANSI/ISO 分支為 Company_Standard，絕不更動原本。
4. 僅保留常用尺寸以簡化 UI → 減少選錯。
5. 以 Password 保護防止公司標準被竄改。但密碼遺失則無法復原。
6. 安裝資料夾名稱加上年份（SOLIDWORKS Data 2024），避免版本升級時衝突。

4.4 Toolbox 檔案錯誤復原

• 透過 Toolbox Settings → Database Upgrade 自動復原。
• 若 swBrowser.sldedb 損毀，自備份還原。
• 若新版 Toolbox 安裝與既有檔案路徑衝突，移除後重新安裝。

5. Hole Wizard

5.1 概述

選單路徑：Features → Hole Wizard。依規格產生標準孔，並與 Hole Callout 自動連動。

支援類型：Counterbore, Countersink, Hole, Straight Tap, Tapered Tap, Legacy Hole, Counterbore Slot, Counterbore Countersink Slot, Slot。

5.2 最佳實務

• 孔位以 2D Sketch 點指定，編輯性最高。配置 Center Mark → Smart Dimension。
• Advanced Hole：用於單孔在不同深度具不同直徑（例：上方 Counterbore + 下方 Tap）。
• 若需自訂標準，將 Hole Wizard Standard 修改為公司基準，連同 Toolbox 一併透過網路分發。

提示： Hole Wizard 建立的孔與工程圖 Hole Callout 一對一連結，因此盡可能以 Hole Wizard 建立所有孔，長期而言可提升工程圖品質。Legacy Hole 或一般 Cut-Extrude 孔的 Hole Callout 準確度較低。

實務檢查清單

• 鈑金零件是否由 Base Flange 開始
• 材料厚度・彎折半徑・K-Factor 是否與工廠實測值一致
• 是否已依工廠別登錄 Gauge Table
• 彎折線-孔距是否滿足最小規則
• 工程圖是否包含 Flat Pattern 視圖
• Cut-Extrude 是否套用 Normal Cut 選項
• 熔接結構的路徑草圖是否分離為可行的 2D
• Structural Member 建立時是否指定 Corner Treatment
• Cut List 屬性（Length/Angle/Material）是否已填入
• Surface Knit 後是否以 Check Entity 確認開放邊
• 匯入檔案是否通過 Import Diagnostics 後重新驗證主要尺寸
• Toolbox 是否位於網路路徑且有備份
• Hole Wizard 建立的孔與 Legacy Hole 是否未混用