从钣金工艺优化角度论钣金件结构设计

摘要：钣金件指的是钣金工作中的金属薄板零件，质轻、形状特殊，用于制造大型部件。现如今，随着工艺水平的不断提高，对薄板结构的钣金件的要求也随之变高。基于此首先阐述钣金工艺，指出钣金件结构设计的准则以及注意事项，然后从现代工艺优化角度提出了优化钣金件结构设计策略，从而为钣金、钣金件工艺的提高作出贡献。

  钣金件指的是板材厚度比其长度小得多的板材。由于其特殊的几何结构和较小的厚度，体积小、重量轻、易切割，可用于制造生产效率高、生产成本低的大型复杂零件，广泛应用于各个领域。对钣金件进行加工，能够使其在性能和结构形态上满足各种机械制作的需求，从而加工完成最终产品。21世纪，随着制造工艺要求不断提高，为不断对钣金件进行优化，必须重点解决其优化设计问题，并落实到钣金件的结构设计中。
 
1　钣金件的结构设计特点、准则以及主要注意问题分析
1.1　钣金件结构设计特点
  钣金通常指的是手工或通过模具冲压薄金属片，使其发生不可恢复原状的塑性形变，从而得到人们所需要的形状和尺寸。之后，可以进一步通过焊接或机械加工形成更复杂的部件。在满足产品功能的前提下，设计的结构应满足一些基本要求，如易于加工、外形美观、造价低廉，等等。以电器柜门为例，不同的安装方式所需要的钣金件结构就不同，如内嵌式的门钣金件要比外挂式的薄。总而言之，没有特定的钣金件结构，只有根据要求而设计的钣金件，这既是钣金件的特点，也是其设计难点。
 
1.2　钣金件结构设计准则及注意问题
  钣金件一般用于设备的外壳，所以选择钣金件的材料非常重要，选择得当，不仅有利于加工，还可以在保证强度的前提下降低成本。为保证板材的利用率，同一零件结构的最大厚度不超过三种规格。与此同时，应避免零件和原料尺寸大小相同，通常而言，市场板材并不方正，即便两者外形大小极为类似，也要避免直接使用以免影响实际运用。
 
  对于孔的设计，除满足产品需求外，还应符合加工方便的特性、不影响工序，且外观要美观。而且，尽量避免将方孔打到弯曲根部，这是因为板材弯曲后，板的拉伸将会使孔变形。可以通过不同的方法实现螺孔加工，诸如直接攻、翻边攻丝等工艺，具体如表1所示。需要注意，为防止出现翻边孔与板材之间距离过小，从而导致板材发生塑性形变，影响加工效果，要按照最小值进行设计。对于折弯件上的孔边距，为防止出现孔的弯曲变形，应在变形区外设置孔的位置，同时在设计折弯死边时，要把握好死边长度与材料的厚度之间的关系，通常而言，死边最小长度L>3.5t+R，其中，板材厚度为t，最小内折弯半径为R，对于板材厚度在2.5mm以上的钣金件其宽度设计为1～1.5t的范围。

 
2 从工艺优化角度对钣金件结构设计与优化
2.1　钣金件的强度设计
  设计者无法摆脱机械零件的设计思想，为提高钣金件的设计强度，不从钣金件的冲压工艺和弯曲工艺中提高设计强度，会出现盲目增加钣金件厚度的情况。对于同一钣金件设计，应尽量使用具有相同厚度的材料，从而保证生产、制备、加工、焊接过程的顺利进行。通过冲压凸包、滚筋，可大大提高钣金件的强度，对钣金件进行结构设计时，可以对结构件进行应力分析，计算零件的应力集中点和危险部位，从而有效承受应力。对弯曲平模压平，使钣金件局部厚度增加双倍，而其强度会远比双倍厚度的钣金件材料强度大得多。
 
2.2　钣金件的折弯边设计
  钣金件弯曲模V形开度和弯曲R角会影响板料弯曲的最短边，因此，设计中应考虑到钣金件的最短弯曲极限。若V形的模具开口宽度为12m、弯曲R角0.5mm，那么弯曲的最小短边就要比V/2+R+0.5=7mm小。基于此，应根据现有的弯曲模规范设计，避免模具过多，从而导致模具加工和管理成本增加。在弯曲边的设计中，还应考虑弯曲边与弯曲边之间的距离的限制问题，当弯曲边缘靠近曲边的其余部分时，弯曲边缘和弯曲模具之间会出现干涉情况。
 
2.3　钣金件方孔内直角的设计
  钣金加工采用刀具是为圆柱铣刀，加工零件常常伴有圆角的设计，并通过使用成形冲模，包括长方形或正方形冲模具在内的方孔冲模进行冲压加工钣金件，基本是一次成型。因此，加工好的钣金件通常为方孔内直角，所以设计时需要注意将金属片方孔设计成直角。根据产品的性能要求，了解现有模具尺寸，根据钣金加工工艺加工现有模具，降低加工成本的同时按时完成生产任务。
 
2.4　钣金件的优化设计
  通过对焊接而成的钣金件，其焊接和磨削流程都比较麻烦，且加工效率相对较低，质量外观不能得到较好的保证。因此，通过优化设计减少焊接面，保障设计强度的前提下使钣金件更加美观。例如，在一些钣金件的设计中，板材由板材弯曲成型，能够基本满足产品需求，但若经过科学优化设计，减少焊接面，则能提升表面质量与美观性，同时还能减少加工量、缩短加工周期，从而使钣金成本得以大大降低。
 
3　结语
  钣金件结构的设计过程、技术生产与加工工艺紧密相连。在严格执行钣金件结构加工要求的同时，从钣金工艺角度设计钣金件结构，不仅能更好地满足人们的需求，还能降低加工成本，提高钣金产品的质量和使用效率，因此，有必要从工艺角度加强钣金件的结构优化与设计。