家用空调钣金件的设计要点与ANSYS的应用

汪楠

摘 要：钣金件在人们的生活中随处可见，已经变得毫不陌生。然而钣金件的设计与成型的优劣严重的影响到了使用的安全与可靠性。本文从家用空调钣金件的分类、设计、成型、防腐等方面进行讨论，并且利用有限元软件对其可靠性、强度进行理论性分析。

关键词：钣金件;设计;成型;强度;可靠性;有限元分析

1 钣金件的种类及其特点

钣金件依据其成型特点可以分为数控件与开模件两大类。数控件一般是成型简单、工序简便对产能以及强度要求不高的零件，此时才会选用数控件开发。而开模件一般成型复杂或者对产能要求很大，对强度可靠性要求很高的零件多用开模件开发。数控件具有开制周期短，成本低，成型方便的特点，因此目前应用很广泛。模具件需要开制模具，虽然成本较数控件高，但是开制后生产效率高，生产稳定，可靠性高。因此两种钣金件在生活中的用处都是非常的广泛，只能依据其零件的功能、特点选择合适的开制方式，并无优劣之分。

2 钣金件的制作流程与选材简介

一个成品钣金件可能由多个简单的钣金件组合而成，而单一的钣金件主要通过下料、剪裁、折弯、叠边、翻边、拉伸等几道工序。而复杂的成品钣金件会采用点焊、点焊、铆接等连接方式进行组装。目前常用的材料主要有热镀锌板、冷轧板、不锈钢板等等。根据零件的结构和受力情况选取材料的厚度，零件的受力大小决定零件材料的厚度。根据零件的使用环境选择是否具备防腐性能，对于容易生锈的环境必须采取防腐工艺。

3 钣金件的设计原则

3.1 零件特征简单形状原则（适用数控零件）

切割几何特征越简单，切割下料就越方便，切割路径就越短，切割量就越小;如直线比曲线容易下料，规则图形比不规则图形易下料。

3.2 零件特征節省原料原则

节省原材料意味降低制造成本，零碎的下脚料常作废料处理，因此在钣金结构设计中，要尽量减少下脚料，特别是在大批量生产时，会有比较明显的效果，不过在日常工作中，我们对此方面考虑的也比较少，减少下脚料的方法如下： 合理设计计算零件结构，减少零件排布时，两个零件之间的距离;

3.3 零件特征足够强度原则

由于薄板的料厚很小，所以刚度很低（刚度的具体解释见附件）;尖角的刚度不足，应以钝角取代，并且尖角的应力集中，零件容易疲劳断裂，且生产过程中也存在安全隐患;

3.4 零件孔边与折弯边不靠近原则

弯曲棱边与孔或者其他特征的形状边要有一定的距离，推荐尺寸是两倍料厚，一般建议不小于4mm。在弯曲的区域受力较复杂，且强度相对较低，在零件需要有特征比较靠近弯曲区域时，应考虑此特征贯穿此区域，见下图

4 钣金件的加强设计要点

为了提高钣金件的强度、刚度，设计时应考虑增加加强筋、压包、翻边等结构，以达到在保证零件质量和使用要求的情况下可以降低材料厚度、节约成本的目的。

4.1增加三角压筋

为减轻折弯角度回弹，提高折弯边强度，会在折弯边处增加三角筋进行加强。建议根据装配位置、特征尺寸进行均排布。三角筋一般分为3X3、3X5、5X5、7X7四种常见规格。

4.2增加整体压筋压包、叠边

对于起到支撑作用、连接作用对强度、可靠性要求较高的零件，一般建议增加整体的压筋、压包。可以提供零件的整体刚度，减少运输过程中的变形，更好的起到保护、连接作用。也可以防止零件本体出现扭曲变形。

5 钣金件的有限元分析

有限元的软件的应用与钣金设计模块是相辅相成的，利用有限元软件可以鲜明的对比方案的优劣，告别过去的实物验证，减少了制作手板、装机验证的过程。可以高速有效的告诉设计者，方案的抉择。以如下隔板的折页为例，结合上述文中第四点中的2、3要点，方案2在原有压筋的基础上增加了一条整体压筋，通过数据对比发现，强度、刚性有了大幅度的提升。在相同载荷等附加条件下对比，方案2的变形量减少如下：

变形量：7.3784-2.3617=5.0167e-5，理论上方案1优于方案2.

在钣金设计中，避免零件单独的支撑，特别的是悬臂较长的支撑臂，否则容易出现变形、断裂。为增加强度和可靠性，可以通过有效连接、增加折弯边等特征进行改善。如下，方案1的悬臂没有支撑，在受到压力以及撞击的情况下容易出现变形甚至是断裂。而方案2通过增加叠边，将悬臂与主体有效的连接起来，这样增加了悬臂的支撑能力，通过有限元软件的模拟分析，验证减少了开发成本的浪费。

6 结语

本文从钣金件的应用、材料的选型、设计的规则、以及有限元软件的辅助分析等方面阐述了钣金件的设计要点。文中都是作者自身的工作经验总结，会存在一定的缺失与不足，欢迎多多交流。

参考文献：

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[2] 刘卫华等.制冷空调新技术及进展.北京：机械工业出版社.2005

[3] 耿宝寒，程永甫.家用空调人性化功能设计方法[r].第九届全国空调器、电冰箱（柜）及压缩机学术交流会，2008.