基于钣金工艺优化的钣金件结构设计

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。

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。

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。

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。

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限制。假设折弯下模具的V形开口宽度为12mm，折弯R角为0.5mm，则折弯最小短边就不能超过VI2+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限制。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。

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。

优化前后的零件对比如图1所示。左上零件图由三块板状零件拼焊成。而右上零件图由薄板折弯成型，加工出的零件也能满足产品的需求，但后者钣金件的设计就相当巧妙，表面质量较高．也较为美观。再如某机柜中常用的导销支架，如图1左下零件图所示，常规采用整块铝板切削加工而成；而优化设计如图1右下零件图所示，直接通过钣金件的折弯加工成形，也能满足产品的需求，减少了加工量，缩短了加工周期，大大降低了加工成本。

图1 优化前后的零件对比

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]二圆角．而通过冲压加工的钣金件，使用的是成形冲模，方孑L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T后的形状为冲模尺寸规格的长圆孔。

根据产品的性能要求，设计时应该了解加厂现有的模具尺寸，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。

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。