Autodesk Inventor 钣金(Sheet Metal) · Frame Generator · Tube & Pipe · Harness 汇总
概述
Inventor 在制造·设备工程师中占据独特地位的原因是 Sheet Metal 和 Frame Generator 两个模块。钣金是反映实际工厂工艺的参数化结构，包含展开图·K-Factor·Punch Tool；Frame Generator 则可将型钢·铝型材叠加在 Skeleton 上，连 BOM 也自动汇总。本页以这两个模块为核心整理，在装配方面讨论过的 Tube & Pipe·Cable & Harness 仅汇总其与钣金·框架物理相连的接点（详细工作流参见 03）。
0. 模块选择流程
对选用哪个模块犹豫时，从产品形态倒推。
| 形态 | 推荐模块 |
|---|---|
| 薄板（≤ 6mm 基准）·基于弯曲 | Sheet Metal |
| 型钢·管材·方管为基础的结构 | Frame Generator |
| 液体·气体流动路径 | Tube & Pipe |
| 电线·信号布线 | Cable & Harness |
| 复合（钣金外罩 + 框架基座） | Sheet Metal + Frame 混合 |
实务中最末行 "混合" 模式最常见。钣金负责外装·外罩·支架，Frame Generator 负责结构基座的分工是标准。
1. 进入 Sheet Metal 环境
钣金零件与一般 IPT 结构不同。必须进入钣金专用环境再堆叠 Feature，Flat Pattern 才能正常生成。
- 正规做法是 New → Sheet Metal.ipt 模板选择
- 将既有 Part 后续转为钣金时：
Environments → Convert to Sheet Metal
注意： 用普通 Extrude 给板材赋予厚度后再转为钣金，Flat Pattern 容易失败。从一开始用钣金模板是最可靠的。
2. Sheet Metal Rules — 所有钣金零件的 DNA
决定钣金零件行为的所有数值（材质·厚度·半径·释放·中性轴）都收在一个 Sheet Metal Rule 中。菜单路径：Sheet Metal → Setup → Sheet Metal Defaults（或功能区下方的扳手图标）。
| 选项卡 | 项目 | 实务要点 |
|---|---|---|
| Sheet | Material, Thickness | 材质直接关系 iProperty·Mass 自动汇总 |
| Bend | Bend Radius, Bend Relief(Round/Straight/Tear), Minimum Remnant | 基本半径与厚度相同（1t）为起点 |
| Corner | Corner Relief(Round/Square/Tear), Miter Gap, 3 Bend Intersection | 激光加工用 Round、成型用 Square 稳定 |
| Unfold Rule | K-Factor 或 Bend Table | K-Factor 0.44 为低碳钢基础。按工厂实测调整 |
提示： Sheet Metal Rule 必须放在公司公共 Style Library 中，项目（.ipj）固定其路径。若每位设计师用不同的 K-Factor，同一张工程图中 Flat Pattern 展开长度也会微妙差异。
注意： 要准确展开 Deep Drawing 等塑性变形，仅靠 K-Factor 有局限。应在 Unfold Rule 中应用 Bend Table（实测数据） 才能与现场一致。
3. 主要 Sheet Metal Feature
菜单路径：Sheet Metal → Create。
- Face: 基本平板。按草图轮廓生成
- Flange: 在边缘添加直角板。高度·角度·半径·释放均参数化
- Contour Flange: 沿轮廓草图生成钣金。用于 U 字通道·复杂截面
- Lofted Flange: 以放样连接两草图。用于漏斗·圆锥台钣金
- Contour Roll: 将 2D 轮廓绕轴滚动。圆筒壳·管状钣金
- Hem: 边缘折叠（Single/Rolled/Double/Teardrop）
- Bend: 在已有两个 Face 之间插入弯折
- Fold: 以草图线为轴弯折 Face
- Corner Seam: 两板的棱角处理（Miter/Overlap/Reverse Overlap）
- Cut: 用草图切孔·外形切割。"Cut Across Bend" 选项可按弯曲展开基准切割
- Punch: 基于 iFeature 的冲压工具。Emboss/Lance/Form 模拟
- Corner Round / Corner Chamfer: 2D Edge 倒角·圆角
提示： 创建 Flange 时必须确认 "Bend from the intersection of two selected faces" 等细节选项。默认值与现场工艺不符时，每次 ±0.5mm 偏差的案例很多。
4. Flat Pattern（展开图）
展开图是激光·CNC 冲压·弯曲工艺的输入物。菜单路径：Sheet Metal → Flat Pattern → Create Flat Pattern。
- 生成后用 Go to Folded Part / Go to Flat Pattern 按钮在 3D ↔ 2D 切换
- Drawing 布置: 在工程图视图中 Sheet Metal View → 选择 "Flat Pattern"
- Punch Representation: 工程图中选择实形状 / 2 点 Center Mark / 1 点 Center Mark。确保数千冲孔工程图的性能
- Bend Order Annotation: 在工程图中自动标注弯曲顺序
Flat Pattern 失败时应对
Autodesk 官方指南整理的核心原则如下。
- 必须从 Sheet Metal 模板开始
- 使用 Face / Flange / Contour Flange 替代普通 Extrude
- Rip（裂开）仅在先做成 Solid 后钣金化的情况使用
- 弯曲半径为 0 无法展开。最少 0.1mm 以上
- 一个顶点汇聚 3 个以上 Flange 时用 Corner Seam 或 Three Bend Corner 整理
提示： DXF 导出为 Sheet Metal → Flat Pattern → Export Flat Pattern As DXF。这是发给激光工厂的标准格式。弯曲信息惯例另附于 PDF 工程图。
5. 钣金 DFM（可制造性设计）
钣金建模前必须考虑工艺约束，后工序才会整洁。t 为板厚。
| 项目 | 经验最小值 |
|---|---|
| 孔-弯距离 | 3t 以上 |
| 最小 Flange 高度 | 4t（含释放） |
| 最小弯曲半径 | 铝 1t、低碳钢 1~2t、不锈钢 2~4t |
| Max Boss Depth | 3t |
| 凸-槽公差 | +0.1~0.2mm（激光基准） |
提示： 激光切割后焊接·组装的结构用 Tab-and-Slot 手法提高零件对位精度。无需焊接夹具也能定位。
K-Factor 确定提示
K-Factor 是钣金中性轴（不变形层）位置比例。随材质·厚度·弯曲半径·工艺（空气折弯/底部压实/压印）而变化。
| 条件 | 经验 K-Factor |
|---|---|
| 低碳钢空气折弯, R ≈ t | 0.38 ~ 0.44 |
| 铝空气折弯, R ≈ t | 0.33 ~ 0.40 |
| 不锈钢空气折弯 | 0.44 ~ 0.50 |
| 压印（底部压实） | 0.50 附近 |
提示： 从公司实际折弯测量的展开长度 - 公式展开长度偏差反推得到 K-Factor 的方式可信度最高。工艺改变时重新测量。
Punch Tool 与 iFeature
Emboss·Lance·Louver·Dimple 等成型加工用 Punch Tool（基于 iFeature）再现。
- 新 iFeature: 在钣金 IPT 设计 Punch 形状 →
Manage → Extract iFeature - 保存到共享库后在其他钣金零件中 Drag&Drop
- 用工程图 Punch Representation 选项调节图纸速度·可读性
注意： Punch Tool 默认在 Flat Pattern 中以 "Center Mark + Profile" 标注。若实际成型深度重要，同时使用 Custom Unfold Rule 和 Bend Table。
6. Frame Generator 概述
机械基座·设备框架·安全围栏等型钢结构物设计专用模块。将 Content Center 型材叠加在 Skeleton（骨架线）上，并自动化端部处理（Miter/Notch/Trim）和 BOM 汇总。菜单路径：Design → Frame → Insert Frame。
标准工作流
- Skeleton Layout: 用 3D Sketch 或 2D Sketch 编写骨架线（也可引用其他零件的 Edge）
- Insert Frame: 从 Content Center 选择截面 → 放置在 Skeleton 线上
- End Treatments: 用 Miter·Notch·Trim 处理端部
- Frame Member List(BOM): 长度·数量自动汇总
Frame Generator 文件结构
执行 Insert Frame 时，Inventor 在内部自动生成以下文件。
- Frame Assembly(.iam): 整个框架的 Sub-Assembly。默认名为 "Frame0001" 格式
- Frame Member(.ipt): 各构件零件。反映型材 + End Treatment 的结果
- Skeleton(.ipt): 视选择可单独分离为一个文件
这些文件之间有强名称依赖。只要 Rename 一个文件连接就会断，文件移动·重命名必须通过 Vault 的 Rename 或 Design Assistant 批量处理。
7. Skeleton 设计策略
Frame Generator 的核心是 Skeleton。将结构中心线用单独的 .ipt 或 .iam 内部 Sketch 管理，框架以其为引用构成。这样分离后，尺寸变更时只修改 Skeleton 即可使整个框架立刻更新。
- 在 3D Sketch 中施加 Bend（拐角圆角）后，Frame Generator 会自动处理 Miter
- 若有公司标准高度·跨度，声明为 User Parameter 使 Skeleton 参数化扩展
- 分离 Sub-Assembly Skeleton 与 Top-level Skeleton，大型设备的可管理性会大幅提升
注意： Frame Generator 文件禁止改名·移动。名称依赖关系一旦打破，Skeleton 连接解除几乎无法恢复。必须移动时只能通过 Vault 的 Rename 或 Design Assistant 进行。→ 详细内容: /cad-tips/inventor/ilogic-vault-troubleshoot
8. End Treatments
端部处理直接反映现场施工方式。
| 处理 | 说明 | 用途 |
|---|---|---|
| Miter | 按指定角度（通常 45°）切割两个框架后接合 | 矩形框架拐角 |
| Notch | 一个框架按其他框架轮廓切割 | T 接头·横梁 |
| Trim/Extend to Face | 切割或延长到指定面 | 底板接合 |
| Trim to Frame | 对齐其他框架截面切割 | 管材相互交叉 |
| Lengthen/Shorten | 按数值调整长度 | 保证间距·微调 |
| Reuse | 重用前一个 End Treatment | 重复结构批量处理 |
9. Custom Notch 与 Secondary Features
当标准 Notch 轮廓与实际形状不符时可 Publish Custom Notch Profile。
- 编辑轮廓零件 → 在 Body Sketch 中添加 Notch 区域草图
- 执行 Author 工具 → 在 Optional Notch Profile 指定该草图
- Publish 到 Content Center
- 在 Frame Generator 做 Notch 时选该轮廓
提示： 若经常使用铝型材（Item·Bosch Rexroth 等）作为自定义截面，只需 Publish 一次即可全体设计师共享。
Secondary Features（次要 Feature）
在 Frame Member 上添加 Hole·Fillet·Chamfer 时开启 "Maintain geometry through end treatments" 选项。未开启时 Skeleton 变更后 Feature 会消失。例如：面板滑动用腿端凹槽在 Miter 后也要保留时必备。
10. Frame BOM 与材料优化
框架内部 Member 自动归入子装配（"Frame" = Sub-Assembly 结构）。
- Frame BOM: Length 列必备。直接反映到工程图 Parts List
- Mass / Cost: 在 iProperty 指定材质密度后自动汇总
- Save Nested BOM: 保存为维持层级的 BOM。上级 Sub 单位报价有利
- 切割长度取整: 应用 Round-off 规则对齐现场切割允许值
提示： 框架材料费占整体成本较大比重的设备，可将 Frame BOM 导出到 Excel，按材料合计·检视剩余段长度（Bar Nesting）。
Frame Member 修改注意事项
- Change Member 工具批量更换型材·材质。手动逐个更改会破坏关系
- Reuse End Treatment: 同一模式处理重复出现时拖动一次即可应用
- Insert Frame 后不要减少或删除 Skeleton 线。删除会使该 Member 以 Sick 状态残留，恢复困难
- 子框架分离: 基座框架·上部结构·安全围栏等功能不同的框架分离为 Sub-Assembly，使 iProperty·Lifecycle 独立
11. Tube & Pipe — 与框架的接点要点
Tube & Pipe 的基本工作流、Style 管理、Auto Route、Connection Point 规则已在 03 中讨论。此处仅指出与钣金·框架物理相连的接点。
- 支撑支架: 管路沿框架走行的结构中，在 Frame Member 上用 Notch/Cut 连接钣金支架。支架作为钣金零件另行设计
- 管夹库: 注册到 Content Center 自定义 CC，按 Bundle 为单位 Place
- Isometric Drawing: 在 IDW Base View 中直接选择 Pipe Run，用 Auto-dimension Pipe Run 标注。管路分割图（Spool Drawing）将 IPN Scene 拆分为图纸
→ 详细内容: /cad-tips/inventor/assembly-content（Tube & Pipe Style·Auto Route）
12. Cable & Harness — 与框架汇合要点
Harness 模块也在 03 中详述。与框架/钣金汇合的接点如下。
- 电缆桥架（钣金）: 用 Contour Flange 制作 U 字桥架，内部用 3D Sketch 定义 Segment 路径
- 电缆固定支架: 在 Frame Generator Member 上叠加钣金支架，作为 Harness Segment 的起/终点
- 必须在 Segment Property 准确输入 Bundle Diameter，与支架槽尺寸和干涉检查才有效
→ 详细内容: /cad-tips/inventor/assembly-content（Harness Authoring·RefDes·Wire List）
13. 钣金·框架通用工程图提示
钣金·框架的工程图构成与一般机械加工品微妙不同。04 中讨论的工程图基础全部适用，但以下项目尤为重要。
- 钣金图: 在 Drawing 视图中用 Sheet Metal View 布置 Flat Pattern，并自动标注弯曲顺序注释（Bend Order）
- DXF 附带: 激光工厂仅有 DXF 就够了，但弯曲顺序·纹理方向·去毛刺（Deburring）范围必须在 PDF 工程图中注明
- 框架图: Frame BOM 作为 Parts List 自动生成，必须包含 Length 列·Cut Length 列。切割允许值（Round-off）也要注明
- 焊接符号: 以 ISO 2553 式样区分角焊·槽焊·Plug 焊接。尺寸·长度·节距（@）也要准确
- Heat Number 追踪: 压力容器·安全相关框架将材料 Heat Number 加入 BOM（Custom iProperty）
- Surface Treatment: 镀层·涂装·阳极氧化等表面处理写在 Title Block 注释或单独 Table
→ 工程图基础: /cad-tips/inventor/drawing-presentation/
14. 各行业应用备注
- 输送机框架: Skeleton 的中心线·高度以 User Parameter 定义 → 用 iLogic 自动生成长度变型。长构件在工程图中以 Break View 表示
- 自动化设备基座: Frame Generator + 钣金外罩混合为标准模式。外罩利用 Lofted Flange·Contour Flange
- Jig/Fixture: 钣金 + 框架混合常见。对工件（Workpiece）进行 Derive，以自适应方式定位夹具·销子为正规做法
- 工厂管路支撑结构: 用 Frame Generator 设计管架 → 用 Tube & Pipe 叠加管路。务必进行 Interference Check
15. 常见错误
- 在普通 IPT 中先用 Extrude 赋予板厚再转为钣金 → Flat Pattern 频繁失败
- 输入 Bend Radius 0 → 展开本身不可能
- 逐零件重新定义 Sheet Metal Rule → 同一工厂中展开长度参差不齐
- Frame Generator 文件 Rename/Move → Skeleton 连接破坏，几乎无法恢复
- 删除 Skeleton 线 → 对应 Member 以 Sick 状态残留
- 手动重复 End Treatment → 使用 Reuse 功能只需几次点击
- Secondary Feature 未勾选 Maintain geometry → Skeleton 变更时作业丢失
- 仅以 Parameter 管理 Frame 材质 → Mass·Cost 汇总不准确。必须同时设置 iProperty Material
实务检查清单
- 钣金零件从 Sheet Metal 模板开始
- Sheet Metal Rule 引用公司 Style Library 的单一源
- K-Factor 经工厂实测值调整或已应用 Bend Table
- 创建 Flange 时 Bend 基准选项已按现场工艺确认
- Flat Pattern 生成后可导出 DXF
- 满足孔-弯距离·最小 Flange 高度等 DFM 标准
- Frame Generator Skeleton 分离为单独零件/草图
- Frame 文件未改名·移动（或仅使用 Vault Rename）
- Secondary Feature 开启了 "Maintain geometry" 选项
- Frame BOM 的 Length·Material·Mass 正常汇总
- Custom Notch 轮廓已 Publish 到 Content Center 共享
- 管路·线束与框架相连的接点（支架·桥架）已分离设计为钣金零件