浅谈钣金工艺优化下的钣金件结构设计思路

梁敏宁

摘要：随着我国工业技术的发展，经济发展对工业技术提出了更高的要求，本文从钣金件结构的优化设计出发，分析钣金工艺的特点以及重要性，以及对于传统的钣金加工工艺和传统的钣金结构进行优化，以期指导实践钣金工艺的提高。

关键词：钣金工艺；结构优化；钣金件

国民经济的迅速发展，我国对钣金件的需求量迅猛上升，钣金件是钣金工艺运用过程中的主要物质基础，因此，如何优化钣金件的基本构造，改变现有的钣金件的局限性，有利于促进钣金工艺的运用，满足我国工业发展大背景下的不断增长的钣金件的生产需求。

1.钣金件的构造特点研究

本本文中所说的钣金件就是日常生活生产运用过程中的金属薄板类零件，薄板顾名思义就是厚度比自身的长度、宽度小很多的金属板。金属薄板类零件按加工工艺技术可以分为下料、成形料、连接料三种。而冲压工艺、折弯工艺和焊接工艺因为各自具体的操作方法不同，都有自身截然不同的特点。传统的钣金件机械加工工艺使用的是刀具加工，但是现代冲压工艺和折弯工艺运用的是冲压模具和折弯模具，而焊接工艺需要使用到焊接设备。

鈑金加工工艺是针对金属薄板（金属板厚度在6 MM以下）加工的综合冷加工工艺，包括了冲裁、折弯、焊接和压铆等主要加工工序。钣金件具有轻便度高、强度高、可大批量生产、成本低的优势，而且同一钣金零件厚度的一致性，促使了钣金件具有很好的导电性能，所以钣金件运用在电子电器、通信领域具有良好的功效。

2.钣金件设计的不足研究

2.1冲裁

冲裁是利用冲模促使板料互相分立的工序步骤，冲裁零件的要求具体表现在形状的要求简易型，采用圆形或者矩形并且保证图形的简单对称性好。冲裁件的外形和自身边缘转角位置，要用圆弧自然过渡，以便于模具加工，减少热处理或者避免冲压过程中尖角处开裂的情况，同时也能防止由于尖角口刀刃过快产生的不必要的损耗。实践中可能由于设计人员的考虑不周，零部件并没有采用平滑的圆弧过度，从而对其他部件造成了不可逆的损耗。

2.2冲孔的最小值

冲孔的最合适的形状是圆形，如果冲裁件上孔的尺寸过小，冲床负荷过大，且凸模冲头长期处于高损耗的工作状态。冲孔的最小尺寸选用与孔本身的形状、材料的力学性能、材料的厚度均有密不可分的联系。实践设计中由于冲孔的最小值并没有有效地控制，进而产生一些钣金工艺缺陷问题。

常用的三种落料和冲孔方法的特点对比如图。

2.3折弯

实践中由于设计人员忽视了折弯中零件的变形，进而没有预留好合适的切口。钣金料在折弯机上模或者下模的压力作用下，首先会经过弹性变形，然后进入塑性变形的一种工艺流程，应当根据零件的尺寸和材料的厚度确定折弯工艺。零件因为容易产生部分性的变形，工艺人员应当事先设置工艺切口，防止折弯部分的变形。

3.结合钣金工艺优化钣金件结构的意义

对于长期从事传统的机械加工钣金结构件的工作人员而言，转变以往传统的结构设计的思维方式，在结构设计时考虑到钣金件加工设备和模具的影响，并结合自身生产车间实际情况优化钣金工艺，优化钣金件的结构有利于实现下列目标。

3.1有利于工艺的改进

工艺的改进不是一蹴而就的过程，而是一个工艺器件不断优化运用的过程，钣金件作为钣金工艺的物质载体，钣金件的结构设计优化对促进钣金工艺的改进具有不可替代的作用。尤其是在促进工艺如何创新，如何克服传统工艺的局限性上更为明显。

3.2有利于提高生产的效益

对钣金件的结构进行有效优化，能够提升工作人员的生产效率，促进工作人员工作难度的降低，由此可以减轻工作人员的加工负担，实现加工人员积极性的提升。

4.钣金件的结构设计局限性及改进路径

钣金件的结构设计服务于钣金工艺的全过程本身，因此必须根据钣金工艺的特点和主要过程，注意钣金件的批量生产、生产供应。传统的钣金件的设计总是基于短期的经济效益的考量，或者具有制作简单的优势，而常常忽视了与钣金工艺的有效结合。

4.1弧度设计

由于设计人员无法破除传统的机械加工构件的设计思路，一味地增大钣金材料的厚度，不能从钣金材料的加工工艺比如冲压工艺、折弯工艺的目的出发，去综合设计钣金件的工艺设计强度。因此对每一个钣金产品进行设计的时候，均要考虑到选用厚度适合的材料。材料通过冲压凸包、滚筋的结构形式，可以促进钣金材料强度的显著提升。在钣金件的设计过程中，可以对钣金件结构的受力进行受力分析，从而准确计算出零件的用力集中要点和危险截面，重点应当放置在设计凸包上，在材料的危险截面上设计加强筋。通过折弯的压平模进行压平，可以使钣金件厚度一致，而强度却达到了事半功倍的效果。

4.2折弯边的设计

金属板弯曲的最短边受到V形开口和结构的弯曲角度R的影响。假设V形开口宽度为16MM，弯曲角度为1MM，弯曲的最短边不能超过9.5MM。设计人员应当从现有设计材料的模型出发，避免工厂定制出很多不必要的工具，进而提升企业的加工成本和管理的难度。

在进行折弯边的设计过程中，要考虑折弯边和已折弯边过近的背景下，会发生模具相互冲突的情况。以实现结构的优化组合。

4.3方孔内直角的设计

由于机械加工使用的刀具均为圆柱体形状的刀具，所以加工圆角的合理性在机械设计中具有十分重要的地位。设计人员需要将钣金件的方孔设计为直角。设计需要长圆孔时，直接选择长圆孔冲模，根据产品的实际需要，按照钣金技术的要求对钣金件进行有效加工，降低零部件的生产成本，以及提升零部件的使用寿命。4.4建立起冲压成型有限元模型和相关工艺参数的选取

就冲压成型有限元模型的建立而言，主要利用DYNAFORM的模面工程进行，将地面中的有限元网格精准偏离，进而得到凸模。就工程工艺参数的选取而言，主要在符合实际模型建构的背景下，为了适应或者降低分析计算的时间，进而对工艺参数进行一些略微的调整。

4.5融合钣金件的技术文化

4.5.1注重工艺产品设计的多层次性

通过焊接加工的钣金件，焊接和打磨都具有非常繁琐的工艺技术，加工的效率很低，不利于企业生产成本的降低。外观质量无法得到有效保证，因此可以通过结合钣金工艺的特定条件来优化设计以减少焊接面积。在不降低工艺设计强度的前提下，保证了工艺品的质量和外观。

4.5.2促进钣金工艺工作人员素质的提升

工业设计尤其是关键性的工业产品设计注重的不仅是材料的运用，同时要求设计必须不断地满足生产、加工工艺的需求，最大化的降低成本的过程中，必须要考虑到工件的质量，以及工件对加工工艺的影响。

结语：科学技术的不断发展，对工艺产品的构建提出了新的要求，打破传统的局限性，不断创造出新思维和新路径，有利于促进企业生产成本的降低，对于钣金件而言，通过以上路径优化零件的基本构造，有利于钣金工艺的广泛使用，促进工业生产的进步。

参考文献

[1]王平陵.论钣金工艺基础上的钣金件的构造优化分析[J]工业产品设计，2016（12）.

[2]詹伟利.浅析钣金件的优化设计对钣金工艺的价值[J]社会工艺制造研究，2015（12）.

[3]胡小明.浅析钣金件的优化对钣金工艺的价值[J]机械制造研究，2016（8）.

（作者单位：佛山市美的清湖净水设备有限公司）