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从钣金工艺优化角度论钣金件结构设计

2023-01-03 17:00:28

摘要:钣金件指的是钣金工作中的金属薄板零件,质轻、形状特殊,用于制造大型部件。现如今,随着工艺水平的不断提高,对薄板结构的钣金件的要求也随之变高。基于此首先阐述钣金工艺,指出钣金件结构设计的准则以及注意事项,然后从现代工艺优化角度提出了优化钣金件结构设计策略,从而为钣金、钣金件工艺的提高作出贡献。

 

  钣金件指的是板材厚度比其长度小得多的板材。由于其特殊的几何结构和较小的厚度,体积小、重量轻、易切割,可用于制造生产效率高、生产成本低的大型复杂零件,广泛应用于各个领域。对钣金件进行加工,能够使其在性能和结构形态上满足各种机械制作的需求,从而加工完成最终产品。21世纪,随着制造工艺要求不断提高,为不断对钣金件进行优化,必须重点解决其优化设计问题,并落实到钣金件的结构设计中。
 
1 钣金件的结构设计特点、准则以及主要注意问题分析
1.1 钣金件结构设计特点
  钣金通常指的是手工或通过模具冲压薄金属片,使其发生不可恢复原状的塑性形变,从而得到人们所需要的形状和尺寸。之后,可以进一步通过焊接或机械加工形成更复杂的部件。在满足产品功能的前提下,设计的结构应满足一些基本要求,如易于加工、外形美观、造价低廉,等等。以电器柜门为例,不同的安装方式所需要的钣金件结构就不同,如内嵌式的门钣金件要比外挂式的薄。总而言之,没有特定的钣金件结构,只有根据要求而设计的钣金件,这既是钣金件的特点,也是其设计难点。
 
1.2 钣金件结构设计准则及注意问题
  钣金件一般用于设备的外壳,所以选择钣金件的材料非常重要,选择得当,不仅有利于加工,还可以在保证强度的前提下降低成本。为保证板材的利用率,同一零件结构的最大厚度不超过三种规格。与此同时,应避免零件和原料尺寸大小相同,通常而言,市场板材并不方正,即便两者外形大小极为类似,也要避免直接使用以免影响实际运用。
 
  对于孔的设计,除满足产品需求外,还应符合加工方便的特性、不影响工序,且外观要美观。而且,尽量避免将方孔打到弯曲根部,这是因为板材弯曲后,板的拉伸将会使孔变形。可以通过不同的方法实现螺孔加工,诸如直接攻、翻边攻丝等工艺,具体如表1所示。需要注意,为防止出现翻边孔与板材之间距离过小,从而导致板材发生塑性形变,影响加工效果,要按照最小值进行设计。对于折弯件上的孔边距,为防止出现孔的弯曲变形,应在变形区外设置孔的位置,同时在设计折弯死边时,要把握好死边长度与材料的厚度之间的关系,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。

 

 
2 从工艺优化角度对钣金件结构设计与优化
2.1 钣金件的强度设计
  设计者无法摆脱机械零件的设计思想,为提高钣金件的设计强度,不从钣金件的冲压工艺和弯曲工艺中提高设计强度,会出现盲目增加钣金件厚度的情况。对于同一钣金件设计,应尽量使用具有相同厚度的材料,从而保证生产、制备、加工、焊接过程的顺利进行。通过冲压凸包、滚筋,可大大提高钣金件的强度,对钣金件进行结构设计时,可以对结构件进行应力分析,计算零件的应力集中点和危险部位,从而有效承受应力。对弯曲平模压平,使钣金件局部厚度增加双倍,而其强度会远比双倍厚度的钣金件材料强度大得多。
 
2.2 钣金件的折弯边设计
  钣金件弯曲模V形开度和弯曲R角会影响板料弯曲的最短边,因此,设计中应考虑到钣金件的最短弯曲极限。若V形的模具开口宽度为12m、弯曲R角0.5mm,那么弯曲的最小短边就要比V/2+R+0.5=7mm小。基于此,应根据现有的弯曲模规范设计,避免模具过多,从而导致模具加工和管理成本增加。在弯曲边的设计中,还应考虑弯曲边与弯曲边之间的距离的限制问题,当弯曲边缘靠近曲边的其余部分时,弯曲边缘和弯曲模具之间会出现干涉情况。
 
2.3 钣金件方孔内直角的设计
  钣金加工采用刀具是为圆柱铣刀,加工零件常常伴有圆角的设计,并通过使用成形冲模,包括长方形或正方形冲模具在内的方孔冲模进行冲压加工钣金件,基本是一次成型。因此,加工好的钣金件通常为方孔内直角,所以设计时需要注意将金属片方孔设计成直角。根据产品的性能要求,了解现有模具尺寸,根据钣金加工工艺加工现有模具,降低加工成本的同时按时完成生产任务。
 
2.4 钣金件的优化设计
  通过对焊接而成的钣金件,其焊接和磨削流程都比较麻烦,且加工效率相对较低,质量外观不能得到较好的保证。因此,通过优化设计减少焊接面,保障设计强度的前提下使钣金件更加美观。例如,在一些钣金件的设计中,板材由板材弯曲成型,能够基本满足产品需求,但若经过科学优化设计,减少焊接面,则能提升表面质量与美观性,同时还能减少加工量、缩短加工周期,从而使钣金成本得以大大降低。
 
3 结语
  钣金件结构的设计过程、技术生产与加工工艺紧密相连。在严格执行钣金件结构加工要求的同时,从钣金工艺角度设计钣金件结构,不仅能更好地满足人们的需求,还能降低加工成本,提高钣金产品的质量和使用效率,因此,有必要从工艺角度加强钣金件的结构优化与设计。


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