浅谈钣金结构设计的工艺性分析

  钣金加工是针对金属薄板(6mm以下)的一种综合冷加工工艺，包括剪、冲、切、折、焊、铆等，其显著特征就是同一零件厚度一致。本文针对钣金件结构设计的工艺性，结合实际生产中出现的加工问题做出说明，旨在加强设计人员对钣金工艺知识的认知和应用，保证产品的加工工艺性。

  1. 钣金结构设计工艺分析

  钣金有时也作扳金，一般是将一些金属薄板通过手工或模具冲压使其产生塑性变形，形成所希望的形状和尺寸，并可进一步通过焊接或少量的机械加工形成更复杂的零件，比如家庭中常用的烟囱、铁桶、油箱油壶、通风管道、弯头大小头、天圆地方、漏斗形等，再比如电气柜、各种专用设备的外壳、电脑机箱、汽车外壳等，都是钣金件。钣金件没有特定的结构要求，一般是根据产品需要进行设计，在满足产品功能的前提下，所设计的结构要做到易加工、成本低、美观。例如电气柜的门，可以采用外挂式，也可以采用内嵌式，这就要由设计根据需要选择，不同的结构，门的设计就会不同，外挂式门的材料厚度一般会比内嵌式的要厚，并且需要焊加强筋保证强度。总之，钣金结构的设计没有固定的框架可以套用，要根据产品而变化，这也是钣金设计的难点。

  2. 钣金结构设计准则及注意问题

  根据实际加工过程中所遇到的问题，从以下几个方面分别论述在钣金结构设计中需要注意的问题，并给出相应设计准则。

  2.1板材选用准则

  板材钣金一般用于设备的外壳、电气电路的安装部分，因此对于板材的选择是很重要的，选择得当，不仅利于加工，并且能在保证强度的前提下降低成本。

  (1)为保证材料利用率和折弯最少换模次数，同一结构上的板材厚度规格最多不超过三种，对于强度要求较高的结构可以采用在薄板上压筋的方式来实现;

  (2)应避免零件的展开尺寸与原材料的外廓尺寸相等：市场所供板材，外形并不方正，如果展开尺寸与外廓相等或极其接近，没有给整方留出余量，直接加工后的产品尺寸有误差，会影响安装使用。

  (3)对于有装饰面要求的非喷涂板材，应结合板料考虑装饰面及纹路方向，若不论何种用途，均采用有装饰面的板材并要求纹路方向，对于非外露零部件，加工过程要保护不得划伤，焊接后要处理焊缝，加工量大，因此为了保证材料利用率、减少不必要的加工，可以不考虑装饰面方向或采用其它无装饰面材料。

  2.2孔缺结构设计准则

  对于孔的设计，除满足产品需求外，应满足便于加工，或加工完成后不影响后道工序、美观等要求。

  (1)尽量避免在将方孔开到折弯根部：折弯后对板材的拉伸，会导致孔变形，若手工做孔，会增加加工难度。

  (2)螺孔的加工方式可以通过不同的方法实现：板材上直接攻丝;翻边攻丝;铆接螺母;点焊螺母等方式，具体不同的板料厚度及螺孔大小应对应不同的方法，具体见表1。

  2.3弯曲结构设计准则

  (1)折弯有一个内径最小边的要求，通用折弯模具参照表2。  

  (2)折弯件上的孔边距：先冲孔后折弯，孔的位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。

  (3)折弯死边的要求：死边长度与材料的厚度有关。一般死边最小长度L≥3.5t+R，其中t为材料厚度，R为折死边前道工序的最小内折弯半径。

  (4)为避免零件的折弯撕裂突起，对于料厚t≥2.5mm的零件，应设计宽度为(1～1.5)t的工艺缺口;或将弯曲方向设为垂直于板材纹路。

  2.4焊接结构设计准则

  (1)为了保证产品结构优秀的加工工艺性和良好的外观效果，焊点焊缝应设计在相对次要的表面上。见图3

  (2)尽量采用角焊缝，避免选用对接焊缝。

  (3)加强筋的设置：宽度大于500的门板或门板上孔面积≥门板面积的20%，必须设置加强筋增加强度，加强筋应采用在长方向上尽可能顶住零件两端。

  2.5结构缝隙设计准则

  (1)旋转门板、框架的间隙与门高的关系：如门高H≤1m，则单边间隙=1.5mm，如1m1.8m，则单边间隙=2.5mm。

  (2)固定门板、框架的间隙与门高的关系：如门高H≤lm，则单边间隙=0.75mm，如1m1.8m，则单边间隙=1.5mm。

  2.6表面涂层设计要素

  喷涂厚度在60～90μm 之间，边缘部位会稍厚，因此结构设计计算尺寸链时，零件单面按O.2mm留间隙，如图四，涂层能影响面板与竖架板间的安装尺寸的因素，四个贴合面八层涂层，加上外侧两个涂层，累积涂层厚度可达10×0.2=2mm，所以如在设计时，充分考虑涂层因素，按每个尺寸链—0.2的偏差，则不会出现尺寸链偏大的情况。如图4所示。需要镀涂的工件，在结构设计时需预留工艺孔，以便于吊挂。

  3. 结束语

  钣金结构设计与生产工艺息息相关，随着钣金设备自动化程度的提高，需要我们不断地了解和接触新的钣金知识，通过以上几方面的分析总结，为以后设计零件有较好的加工工艺性提供了保障，在满足产品性能的条件下，使设计出的零件尽可能达到最好的加工工艺，降低加工成本，提高产品质量。

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