SolidWorks 钣金(Sheet Metal)·焊件(Weldments)·Surface·Toolbox

概述

与实体建模不同，钣金·焊件·曲面 各有独立的工作流与思维方式。钣金专注于折弯与展开图、焊件专注于框架路径与 Cut List、曲面专注于自由曲面与导入文件修复。共同点是"必须从一开始就以相应模式起步"。先用实体随便建好、之后再转为钣金，或将曲面硬贴到实体上的做法，最终都会回到展开图·焊缝·Knit 错误上。本文档整理 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 的实务运用。零件建模基础请参考 02-part-modeling.md。

1. Sheet Metal —— 钣金设计

1.1 钣金设计原则

钣金零件的核心在于 厚度·折弯半径·K-Factor 自动联动，最终能精确输出 Flat Pattern（展开图）。

• 材料厚度：首个 Base Flange 确定后，整个零件采用相同厚度。在一个零件中混用不同厚度的 Multi-Thickness 会使复杂度激增，应尽量避免。
• 折弯内半径：须遵守材料·厚度对应的最小值。例如 3mm 以下冷轧钢板内半径 0.76mm（0.030 英寸）为业界惯例。小于此值会产生裂纹，或缩短压机模具寿命。
• K-Factor：以中性层位置比率决定展开长度。国内现场通常按材料在 0.33~0.50 范围内取值。默认使用 0.5，精密钣金应在工厂实测后固定数值。

注意： 先用实体建好再通过 Insert → Sheet Metal → Convert to Sheet Metal 转换的方式仅在形状简单时有效。复杂的法兰结构从 Base Flange 开始更稳妥。

1.2 主要 Sheet Metal 特征

特征	作用
Base Flange / Tab	钣金的起点。对 2D 封闭草图赋予厚度后，Sheet-Metal 与 Flat-Pattern 历史会自动添加。
Edge Flange	在现有边上添加垂直法兰。指定 End Condition、Position（Material Inside/Outside 等）。
Miter Flange	对多条边一次性连续添加法兰。箱型钣金·外壳制作有用。
Hem	将边折叠成双层。Open / Closed / Tear Drop / Rolled。用于安全·刚性目的。
Jog	单一特征完成两次折弯，创建阶梯式偏移法兰。
Sketched Bend	沿平面草图的直线折弯。
Corner/Bend Relief	避免折弯角应力集中的减让。Rectangular / Tear / Obround。
Forming Tool	百叶窗·凸包·凸筋等冲压特征。从 Design Library 拖放。
Unfold / Fold	暂时仅展开特定折弯，在平板状态下施加 Cut-Extrude → 再次 Fold。
Flat Pattern	整体展开图。通过 Flatten 切换即时查看，图纸可包含 Bend Line·Bend Note。

菜单路径示例：Insert → Sheet Metal → Edge Flange。

提示： 对钣金零件施加 Cut-Extrude 时，勾选 PropertyManager 的 Normal Cut。跨过折弯面的切割会在平板状态下以垂直于材料厚度方向表达，与激光加工基准一致。

1.3 Gauge Table

将工厂实际使用的厚度·折弯半径·K-Factor 整理到 Excel 中，作为 .xlsx 规格表注册到 SolidWorks。

• 指定路径：Tools → Options → System Options → File Locations → Sheet Metal Gauge Table Folder。
• 创建 Base Flange 时在下拉框中选择规格项，厚度·半径·K-Factor 一并反映。

提示： 按工厂·材料分开管理规格表时，将同一零件发外协到不同供应商时，仅切换表格展开长度即可重新计算。

1.4 钣金最佳实践

1. 一个零件 = 一个厚度 为基本。Multi-Thickness 仅限例外场景。
2. 边缘·孔距 ≥ 2.5 × 厚度。
3. 孔-孔距 ≥ 2 × 厚度。
4. 折弯线-孔距 ≥ 2.5 × 厚度 + 折弯半径。更近会导致折弯时孔变形。
5. 图纸中务必布置一个 Flat Pattern 视图。除装配用立体视图外，须单独准备展开图供激光切割使用。
6. 用 Cut List 自动收集材料·厚度·展开面积并连接到 BOM。

2. Weldments —— 焊件

2.1 基本流程

1. 以 3D Sketch 或组合多个 2D Sketch 绘制框架路径。
2. 用 Structural Member 特征将型材（方管·圆管·H 钢等）应用到路径上。
3. 用 Trim/Extend 整理交叉部。
4. 在必要位置插入 Gusset（加强板）、End Cap（封板）、Weld Bead（焊缝）。
5. Cut List 自动生成，成为 BOM·图纸自动化的依据。

菜单路径：Insert → Weldments → Structural Member。

2.2 Structural Member 使用技巧

• 支持标准：ANSI、ISO、KS、JIS、GB、DIN。
• 类型：Square Tube、Rectangular Tube、Pipe、C-Channel、Angle(L)、I-Beam 等。
• Apply Corner Treatment 选项：自动整理交叉部。可选 End Miter、End Butt1、End Butt2。
• 单次 Structural Member 特征内 仅应用同一型材。混入不同型材时应分离为独立特征。

提示： 型材库保存在 <安装路径>\lang\<语言>\weldment profiles 中。增加铝型材（Bosch Rexroth、Item、Misumi 等）规格后，框架设计速度大幅提升。

提示： GB 国标型材可从 3DContentCentral、Misumi、Bosch Rexroth 网站直接下载 .sldlfp。

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

• Trim/Extend：整理 Structural Member 交叉部。Trimming Boundary 可选 Face/Plane/Body。通过 Weld Gap 选项确保焊接间隙。
• Gusset：两构件间的 V 形加强板。可指定 Polygonal / Triangular 形状与厚度。
• End Cap：开放型材端部的平面封板。指定厚度与偏移。
• Weld Bead：面-面之间的焊缝。Fillet Weld / Butt Weld。2011 之后的 Cosmetic Weld Bead 不是实际实体，而仅以图形标注，但长度会在 Cut List 中汇总（节省文件容量）。

2.4 Cut List —— BOM 自动化

每个 Structural Member 实体会自动归入 Cut List Item。Cut List 属性默认包含 Length、Angle1、Angle2、Total Length、Description、Material、Quantity，可追加涂装代码或表面处理等自定义属性。

插入图纸：Insert → Tables → Weldment Cut List → 选择驱动视图 → 指定位置。

提示： Cut List 格式可另存为 .sldwldtbt，在新图纸中复用。

提示： 将多个 Structural Member 组合后右键 → Create Sub-weldment。Cut List 按装配单位分离，便于组织焊接工序。

3. Surface 建模

3.1 为何使用曲面

自由曲面（汽车外装、家电外观、水瓶、手柄等）仅凭实体特征难以表达。此外，当协作方提供的 STEP/IGES 因面缺失或自相交而导致实体转换失败时，需用曲面工具 修复文件。曲面实体厚度为零，因此最终需通过 Knit（缝合）→ 实体化 或 Thicken（赋予厚度） 完成。

3.2 主要曲面命令

命令	用途
Extruded/Revolved/Swept/Lofted Surface	对应实体特征的曲面版本。
Boundary Surface	用四边曲线网生成面。支持双向连续性（Tangent/Curvature）控制。
Filled Surface	以补丁填充封闭边界内部。
Planar Surface	封闭 2D 草图 → 平面面。
Offset Surface	从现有面偏移一定距离。距离为 0 时也用于面提取。
Ruled Surface	从边以一定方向/角度延展。
Knit Surface	将多个面缝合为一个 Surface Body。
Trim / Untrim Surface	用工具面剪切 / 撤销裁剪。
Delete Face	删除面。通过 Delete and Patch / Delete and Fill 选项自动修补。
Extend Surface	延伸面。
Thicken	赋予面厚度实现实体化。

3.3 曲面最佳实践

1. Knit 逐步进行。一次缝合所有面会难以定位错误，应 2~3 个一组逐步累加。
2. Check Entity（Tools → Check）：诊断开放边、最小曲率半径、短边、自相交。
3. Construction Surface 仅作参考，不与最终实体混合。
4. 将 Filled Surface 的 Boundary Condition 设为 Tangent 以上，可获得光滑过渡。
5. Boundary Surface 要求四边曲线网，结果比 Loft 更干净。简单轮廓连接用 Loft，需要双向连续性的过渡用 Boundary。

3.4 Surface ↔ Solid 相互转换

• 实体 → 曲面：Offset Surface 距离 0，或 Delete Face 中取消 Delete and Patch。
• 曲面 → 实体：

1. 所有面 Knit 形成封闭体积时自动实体化。
2. 通过 Thicken 向单侧或两侧赋予厚度。
3. 勾选 Knit 特征的 Try to form solid 选项。

3.5 导入文件修复

STEP/IGES 导入后实体转换失败时，按以下顺序处理。

1. 自动运行 Import Diagnostics —— 尝试自动修正 Face Problems / Gap Problems。
2. 手动修复：用 Fill Surface 修补缺失面 → Knit → Thicken。
3. 用 FeatureWorks 插件尝试特征识别 —— 可重构出可编辑的历史树（对复杂形状成功率较低）。

注意： 导入文件可能存在单位误差（mm vs inch）、坐标原点差异、Tolerance 与本地标准不同等问题。转换后应先 通过测量（关键尺寸）验证。

4. Toolbox —— 标准件库

4.1 Toolbox 基本运作

Toolbox 是按 ANSI/ISO/KS/JIS/DIN/GB 标准收录螺栓·螺母·垫圈·轴承·键·齿轮的库，可拖放插入。SolidWorks Professional 及以上版本包含。

4.2 Toolbox 零件管理选项

选项	说明	适合环境
Create Parts	每次使用时创建新文件	PDM 环境（可按独立文件管理 Revision）
Create Configurations	在单个文件中保存多个 Configuration	小型团队、个人工作

注意： 有 PDM 却以 Create Configurations 运行时，多人同时编辑同一文件的 Configuration 会频繁发生 Version 冲突。PDM 环境下推荐 Create Parts。

4.3 Toolbox 定制最佳实践

1. 将 Toolbox 安装到 网络路径，使所有工程师参考同一库。
2. 初次安装后 对文件夹整体备份。误编辑后难以还原。
3. 创建 Custom Standard：复制原版 ANSI/ISO 分支为 Company_Standard。绝不改动原版。
4. 仅保留常用规格以简化 UI → 减少选错。
5. 通过 Password 保护 防止公司标准被篡改。但密码丢失时无法恢复。
6. 在安装文件夹名中标注年份（SOLIDWORKS Data 2024）。可避免版本升级时的冲突。

4.4 Toolbox 文件错误恢复

• 通过 Toolbox Settings → Database Upgrade 自动修复。
• swBrowser.sldedb 损坏时从备份恢复。
• 最新 Toolbox 安装与原有文件路径冲突时，卸载后重装。

5. Hole Wizard

5.1 概述

菜单路径：Features → Hole Wizard。按规范生成标准孔并与 Hole Callout 自动联动。

支持类型：Counterbore、Countersink、Hole、Straight Tap、Tapered Tap、Legacy Hole、Counterbore Slot、Counterbore Countersink Slot、Slot。

5.2 最佳实践

• 孔位最好用 2D Sketch 点 指定，可编辑性最高。先布置 Center Mark → Smart Dimension。
• Advanced Hole：当一个孔按层具有不同直径·深度时使用（例如上部沉头孔 + 下部攻丝）。
• 若需自定义标准，可按公司基准修改 Hole Wizard Standard，与 Toolbox 一同做网络分发。

提示： Hole Wizard 孔与图纸 Hole Callout 一一对应，因此尽可能将所有孔都用 Hole Wizard 建模，长期上能提升图纸质量。Legacy Hole 或常规 Cut-Extrude 孔的 Hole Callout 准确性较低。

实务检查清单

• 钣金零件是否以 Base Flange 起步
• 材料厚度·折弯半径·K-Factor 是否与工厂实测值一致
• Gauge Table 是否按工厂注册
• 折弯线-孔距是否满足最小规则
• 是否包含 Flat Pattern 图纸视图
• Cut-Extrude 是否应用了 Normal Cut 选项
• 焊件路径草图是否尽量拆为 2D
• Structural Member Corner Treatment 是否在生成时指定
• Cut List 属性（Length/Angle/Material）是否已填入
• 曲面 Knit 后是否用 Check Entity 检查开放边
• 导入文件是否通过 Import Diagnostics 并重新验证关键尺寸
• Toolbox 是否在网络路径且有备份
• Hole Wizard 生成的孔与 Legacy Hole 是否未混用