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基于钣金工艺优化的钣金件结构设计
作者：刘贺 韩晓雨
来源：《中国科技博览》2017年第35期
[摘 要]钣金加工是针对金属薄板（6 mm以下）的一种综合冷加工工艺，包括剪、冲、切、折、焊、铆等，其显著特征就是同一零件厚度一致。本文针对钣金件结构设计的工艺性，结合实际生产中出现的加工问题做出说明，旨在加强设计人员对钣金工艺知识的认知和应用，保证产品的加工工艺性。
[关键词]钣金工艺；优化；钣金结构；设计；分析
中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0087-01 引言：钣金加工工艺是针对金属薄板（其板厚通常在6mm以下）加工的综合冷加工工艺，包括冲裁、折弯、焊接和压铆等。钣金件具有轻便、强度高、可批量生产和成本低等特点，较典型特征就是同一零件厚度一致，导电性能好，有电磁兼容的要求时屏蔽效能好。目前，钣金件在汽车、电子电器、通信等领域得到了良好的应用和广泛的认可。随着钣金件的应用越来越广，钣金工艺的设计也成为产品开发过程中很重要的一部分。设计师应熟练掌握钣金的工艺特点，一方面可以使得钣金满足产品的功能和外观等要求；另一方面可以简化模型进而简化生产工艺，达成生产成本低以及生产效率高。 1.钣金工艺特点及重要性
金属薄板类零件分为下料、成形、连接三类加工工艺。依据上述三种加工工艺，可以将钣金工艺分为冲压工艺、折弯工艺、焊接工艺，这三大工艺都具有自己的特点。传统的机械加工工艺使用的是刀具加工，而冲压和折弯工艺分别使用的是冲压模具和折弯模具加工，焊接工艺是使用焊接设备并用定位工装进行焊接加工，加工方法不同，加工工艺也就截然不同。对于长期从事传统机械加工结构件的设计人员而言，转变结构设计思路，考虑到钣金加工设备和加工模具的局限性对钣金件设计的影响，结合钣金工艺进行钣金件的结构设计尤为重要。 2.钣金结构设计工艺分析
钣金有时也作扳金，一般是将一些金属薄板通过手工或模具冲压使其产生塑性变形，形成所希望的形状和尺寸，并可进一步通过焊接或少量的机械加工形成更复杂的零件，比如家庭中常用的烟囱、铁桶、油箱油壶、通风管道、弯头大小头、天圆地方、漏斗形等，再比如电气柜、各种专用设备的外壳、电脑机箱、汽车外壳等，都是钣金件。钣金件没有特定的结构要求，一般是根据产品需要进行设计，在满足产品功能的前提下，所设计的结构要做到易加工、成本低、美观。例如电气柜的门，可以采用外挂式，也可以采用内嵌式，这就要由设计根据需要选择，不同的结构，门的设计就会不同，外挂式门的材料厚度一般会比内嵌式的要厚，并且
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需要焊加强筋保证强度。总之，钣金结构的设计没有固定的框架可以套用，要根据产品而变化，这也是钣金设计的难点。 3.钣金结构设计准则及注意问题
根据实际加工过程中所遇到的问题，从以下几个方面分别论述在钣金结构设计中需要注意的问题，并给出相应设计准则。 3.1 板材选用准则
板材钣金一般用于设备的外壳、电气电路的安装部分，因此对于板材的选择是很重要的，选择得当，不仅利于加工，并且能在保证强度的前提下降低成本。（1）为保证材料利用率和折弯最少换模次数，同一结构上的板材厚度规格最多不超过三种，对于强度要求较高的结构可以采用在薄板上压筋的方式来实现；（2）应避免零件的展开尺寸与原材料的外廓尺寸相等：市场所供板材，外形并不方正，如果展开尺寸与外廓相等或极其接近，没有给整方留出余量，直接加工后的产品尺寸有误差，会影响安装使用。（3）对于有装饰面要求的非喷涂板材，应结合板料考虑装饰面及纹路方向，若不论何种用途，均采用有装饰面的板材并要求纹路方向，对于非外露零部件，加工过程要保护不得划伤，焊接后要处理焊缝，加工量大，因此为了保证材料利用率、减少不必要的加工，可以不考虑装饰面方向或采用其它无装饰面材料。 3.2 孔缺结构设计准则
对于孔的设计，除满足产品需求外，应满足便于加工，或加工完成后不影响后道工序、美观等要求。（1）尽量避免在将方孔开到折弯根部：折弯后对板材的拉伸，会导致孔变形，若手工做孔，会增加加工难度。（2）螺孔的加工方式可以通过不同的方法实现：板材上直接攻丝；翻边攻丝；铆接螺母；点焊螺母等方式，具体不同的板料厚度及螺孔大小应对应不同的方法。
4.钣金件的结构设计误区及优化
钣金件的结构设计主要应该考虑钣金加工工艺的要求和特点，此外，还要注意钣金件加工的批量大小、加工的成本和生产的效率。由于设计人员长期从事机械加工结构的设计，在进行钣金件的结构设计时往往存在着一些误区。 4.1 强度设计
由于设计人员不能摆脱机械加工结构件的设计思路，为了提高钣金件的设计强度，一味地增加钣金件材料的厚度，而不能从钣金件的冲压工艺、折弯工艺方面去提高设计强度。对一个钣金产品进行设计时，应尽量选用厚度一致的材料，对生产备料、加工、焊接等工艺流程都能起到积极的作用。
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通过冲压凸包、滚筋的方式，可以使强度得到明显的提高。在进行钣金件的结构设计时，可以对结构件进行受力分析，计算出零件的应力集中点和危险截面，重点在受力点上设计凸包加强，在危险截面处设计加强筋加强。通过折弯的压平模强力压平，可以使钣金件的局部厚度增加一倍，而强度却远远高于直接采用双倍厚度材料的强度。 4.2 折弯边的设计
钣金的折弯最短边受折弯下模的V形开口宽度及折弯R角的影响，设计时需适当考虑到折弯最短边的。假设折弯下模具的V形开口宽度为12mm，折弯R角为O.5mm，则折弯最小短边就不能超过V/2+R+0.5=7mm。设计人员应该根据工厂现有的折弯下模的规格进行设计，避免工厂定制很多不必要的模具，大大增加模具的加工和管理成本。在进行折弯边的设计时，还要考虑到折弯边与折弯边之间距离的。折弯边与其余已折弯边过近时，会发生折弯边与折弯模具干涉的情况。 4.3 优化设计
通过焊接加工的钣金件，焊接和打磨都非常麻烦，加工效率也比较低，外观质量也得不到保证。因此，可通过优化设计减少焊接面，在不降低设计强度的情况下，使零件更加美观，并提高了表面质量。 4.4 方孔内直角的设计
由于机械加工使用的是刀具为圆柱体形状的切削铣刀，机械加工零件在设计时常常留有加工圆角，而通过冲压加工的钣金件，使用的是成形冲模，方孔冲模为长方形或者正方形冲模具，一次冲压成形.加工后方孔为内直角.因此.设计时就需要注意将钣金件的方孔设计成内直角。设计需要长圆孔时，直接选用长圆孔冲模，加工后的形状为冲模尺寸规格的长圆孔。 根据产品的性能要求，设计时应该了解工厂现有的模具尺寸，按照钣金加工工艺的现有模具进行加工，降低加工成本，避免临时定制刀具延长加工周期。 总结
通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，钣金工艺与钣金件的结构设计密不可分，需要紧密结合钣金工艺，提高钣金件的结构设计水平，设计出具有加工工艺性的结构件，从而实现降低生产成本、提高生产效率的目的。 参考文献
[1] 刘军华.空调钣金件结构优化设计及冲压成形仿真[D].广东工业大学，2012.12（24）120-1242.
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[2] 刘玲.钣金件加工工艺的优化设计[J].新技术新工艺，2016，12（24）114-117. [3] 杨伟.浅谈钣金折弯结构工艺性设计[J].机械，2009，12（24）102-105.
[4] 董宏达，白韦，段亮，张玉忠，卢超群，皮书扬.基于CAE平台的空调外机钣金件结构优化设计[A].中国家用电器协会.2015年中国家用电器技术大会论文集[C].中国家用电器协会：，2015.12（24）132-135.
[5] 程秋和.电视钣金结构设计的工艺性分析[J].现代物业（上旬刊），2014，12（24）118-121.
