基于钣金工艺优化的钣金件结构设计探讨

邵燕 李超

1.东软集团股份有限公司 辽宁沈阳 110000；2.沈阳斯麦尔科技有限公司 辽宁沈阳 110000

在钣金件的结构设计中，钣金技术起着重要的作用。它可以对钣金产品制定相应的设计方案，有效地优化钣金件的结构，提高成品的工艺水平，从质量性能和市场表现上满足市场需求。随着现代技术的发展，对板金件结构的要求越来越高。为了实现以钣金工艺优化为目标的钣金件结构设计优化，必须对设计中的每一个细节进行处理。

1 钣金件的概述

钣金件指的是薄板通过手工或借助模具冲压得到需要的形状单件，再通过焊接和机械加工等形成复杂成品零件。由于其特殊的几何形状和厚度小、体积小、重量轻、易切削等特点，可用于制造生产效率高、生产成本低的大型复杂零件，并广泛应用于各个领域。钣金件的加工在性能和结构形式上可以满足各种机械生产的需要，从而完成最终产品。进入21世纪，随着制造工艺要求的不断提高，为了优化钣金件，有必要将优化设计问题集中于解决，并将其应用于钣金件的结构设计中。

2 钣金工艺特点概述

钣金工艺可分为许多种类型，一般包括冲压工艺、焊接工艺和弯曲工艺。根据钣金件的不同，切割、连接、成形等加工工艺对应相应的钣金工艺类型。与传统的加工工艺相比，钣金加工不使用刀具加工零件，而是根据不同的工艺类型和特点选择相应的加工方法。例如，冲压工艺和弯曲工艺采用冲压模和弯曲模进行加工，焊接工艺采用焊接设备作为加工工具。不同的加工方法和工具决定了加工过程的巨大差异。在板料加工过程中，应明确设备和模具的影响，加强板料零件的结构设计，提高整体加工工艺水平[1]。

3 钣金件结构设计误区与优化策略

在钣金零件的结构设计中，根据钣金工艺的特点，应注意设计中的有关事项和问题，特别是加工的成本和耗时效率。根据加工件的批量要求，优化钣金件的结构。然而，在实际问题中，许多钣金结构设计人员专业性不强，缺乏实践知识。在传统加工结构设计的影响下，很容易产生设计误差。只有认清错误，优化结构，才能保证钣金结构达到工艺标准。

3.1 强度设计

在强度设计中，设计师往往受到传统观念的影响和束缚。为了提高钣金件的设计强度，他们通常在钣金材料上下功夫，通过增加厚度来保证强度，这并不能从根本上保证强度提高目标的实现。在最新技术要求下，从冲压和弯曲工艺入手，在保证原材料基本厚度的同时，全面改进加工工艺，确保焊接过程中的工艺标准。通过冲压凸包和滚筋，使结构件的受力状态清晰，并在应力集中点的基础上进行加固，保证了其强度的全面提高。同时，还可以采用弯曲和压扁的方法，实现钣金件厚度和强度的同步增长。

3.2 折弯边设计

钣金折弯边设计当中，应依据折弯边的工艺要求和特点进行对应的工艺设计优化。明确折弯边最短边限制的存在，进而在折弯模具的开口和折弯度设计上进行标准确定，明确具体的数值。同时，根据工厂现有弯曲模规格，进行相应的设计优化，确保模具所用原材料的对接设计，提高原利用率。此外，还应注意弯曲边与弯曲边的距离限制，避免它们之间的距离过近，防止弯曲边与弯曲模之间的冲突[2]。

3.3 方孔内直角设计

在加工零件的设计中，结合加工中所使用的刀具的特点，大多是圆柱的削铣刀，经过设计加工后会产生加工圆角。相应地，冲压加工的钣金件则采用方孔成型模，而产生直角加工方孔。为了优化钣金件的结构设计，应采用长圆孔冲头作为冲头，以保证加工后的长圆孔形状。在具体设计中，还应明确工厂生产中所用模具的尺寸和样式，以便在现有的工艺设计中做出相应的选择，相互配合使用，保证在工期和成本上的有效保证。

3.4 优化设计

在焊接过程中，钣金件的加工方法在焊接和磨削过程中耗时较长，很难保证零件外观的质量水平。因此，在保证设计强度的前提下，应优化现有的焊接工艺，实现零件表面质量和美观度的同步提高。在优化方法上，采用薄板折弯工艺和板金弯曲工艺相结合，将生产出来的零件组合成整个板金零件，使其能够满足产品质量要求，减少加工量，降低加工成本，提高板金零件的美观度，优化效果对整个零件的设计和加工具有重要意义。

4 钣金件结构设计准则及注意问题

钣金构件一般用于设备的外壳，因此钣金件材料的选择非常重要。正确的选择不仅有利于加工，而且可以在保证强度的前提下降低成本。为保证板材的使用，同一零件结构的最大厚度不得超过三种规格。同时，应避免零件尺寸与原材料尺寸相同。一般来说，市场板块是不方的。即使两种形状的尺寸非常相似，也应避免直接使用，以免影响实际使用[3]。

对于孔的设计，除了满足产品要求外，还应满足加工方便、不影响加工的特点，且外观应美观。另外，尽量避免冲方孔到弯曲的根部，因为弯曲后，板材的拉伸会使孔变形。螺纹孔加工可以通过直接攻丝、翻边攻丝等不同的方法来实现。应注意的是，为了防止翻边孔与板的距离过小，造成板的塑性变形，影响加工效果，设计应以最小值为基础。对于弯曲件上的孔边距离，为防止孔的弯曲变形，孔的位置应设置在变形区外。同时，在设计弯曲死角时，应掌握死角长度与材料厚度的关系，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。

5 结语

在钣金件的结构设计中，只有不断改进钣金工艺，结合钣金件的具体设计和生产要求及实际情况，才能实现钣金件结构水平的优化，能否从效率和美观两方面全面提高钣金结构件的工艺水平。从我国板金加工技术的现状来看，加工工艺仍然是多种多样，这就要求在追求工艺升级的同时，要做好传统加工技术与现代技术的对接，运用现代钣金技术，实现钣金结构设计的优化升级。大大提高钣金件的强度和美观性，降低生产成本，提高生产效率。