摘要：现阶段，钣金件被应用在了越来越多的领域，这使得钣金件的制作量在不断增大，传统的钣金件制作模式工序复杂、制作成本高昂，其弊端已逐步显现。因此，钣金件生厂商都在积极寻找有效措施来实现钣金件的高效率制作和低成本制作，在这其中，最为有效的方式就是以钣金工艺优化为基础来对钣金件结构设计进行优化。由此，本文将从钣金工艺及钣金件结构设计的概念着手，对钣金件结构设计的准则进行简要分析，并对钣金件结构设计优化的内容进行了详细叙述。
关键词：钣金工艺；优化；钣金件；结构设计
一、概述
钣金工艺的主要加工对象是金属薄板，这类金属薄板的厚度一般都小于6mm，钣金工艺属于综合性质的冷加工工艺，主要使用到的加工方法为冲/切/复合、折、铆接、拼接、成型等，其加工而成的金属件能保持同一厚度且厚度远小于长度。经钣金工艺处理后的金属薄板称为钣金件，钣金件的用途十分广泛，在我们的生活中随处可见的物品上都有用到，比如，我们生活中使用到通讯工具、电子产品以及家用电器中都使用到了钣金工艺制成的零部件，汽车外壳机身的制作也用到钣金工艺，除此之外，钣金工艺还被运用在了医学领域，主要是应用于医疗器械的生产制作。钣金件能在多个领域被应用主要是由于其具有以下几点优点：首先，钣金件易于加工，钣金件的体积小且重量轻、所以不需要施加过多的外力就能使其形状发生改变，并且易于裁剪和焊接，只需要简单的加工工艺就能制造出多种形式的构件，还包括一些面积大且复杂的构件。其次，钣金件的加工量小，具有更高的经济效益，这主要是由于薄板表面质量高、厚度小，所以不再需要另外处理板面，加工所需的成本较少。钣金件结构设计是使制成的钣金件不仅能满足产品功能的需求，还能使钣金件加工量小、加工过程简单、加工成本低。而钣金件的结构设计并不是固定的一种，而是灵活变通的，能根据要求的不同来进行变化，比如，电器柜门制作用到的钣金件结构会因为安装方式的不同进行改变，通常情况下，若电器柜门是使用的内嵌式安装，那么其钣金件会比外挂式的薄。钣金件结构设计于钣金件的质量和性能来说具有重要意义，是钣金件使用寿命长、高质量、性能稳定的重要保障，并且良好的钣金件结构设计不仅能减少制作程序还能有效减少材料浪费，控制制作成本。钣金件结构设计应充分考虑其所使用的材料性能、零部件几何形状、尺寸以及精度要求。具体来说，由于钣金件多用于设备外壳，所以在选择钣金件材料时，需要对材料的性能和质量进行严格控制，所选的材料需满足便于加工、强度高等要求。而在选择钣金件的零部件时，应尽可能的避免零部件尺寸与所用原材料的尺寸重合，并且零部件的厚度规格应控制在三个以内。钣金件结构设计对涉及到的内容进行充分考虑，比如，对于需要开孔的钣金件进行结构设计时，应合理选择开孔位置和方式，使钣金件在满足使用需求的同时保证外形的美观，通常不会将控开在钣金件的弯曲根部，该部位容易使孔发生变形。
二、钣金件结构设计准则
钣金件结构设计于钣金件的质量和性能来说具有重要意义，是钣金件使用寿命长、高质量、性能稳定的重要保障，所以，为了设计出质量性能更优的钣金件，在设计钣金件结构时应遵以下几点准则：①形状简单准则。在进行钣金件的切割工序时，若所需切割的部位形状简单，相较于形状复杂的切割部位，形状简单的下料所需时间更短，并因其切割路径短，切割量也更少。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以在钣金件结构设计时应尽量避免使其结合形状复杂化，尽量将几何形状简化，在钣金件呈现的几何形状中，直线的切割量最少，不规则形状的切割量最多。②节约用料准则。在制作钣金件时，下脚料的出现是不可避免的，虽不能完全消除，但可以尽可能的减少，并且提高下脚料的再利用率，因而在设计钣金件结构时，应充分考虑到这一问题，尤其是在较大数量的钣金件制作中更应合理设计钣金件结构。实际上，在设计钣金件结构时可以通过使用减少相邻两构件之间的距离、构件位置合理排列以及将裁出的大于构件面积的材料用来制作更小的构件等方式来减少下脚料，以此来提高材料的利用率。③足够强度刚度准则。保证钣金件具有足够的强度是结构设计中的重要内容，所以在设计钣金件结构时，应将带斜边的折弯边设计在不易变形的区域，这是保证钣金件强度的有效措施，并且在设计冲孔位置时应考虑留有合适的孔边距和孔间，减小产生切割裂缝的可能，进而保证钣金件强度。
三、从工艺优化角度设计和优化钣金件结构
（一）钣金件的强度设计
钣金件结构设计人员在设计时常会出现思想局限的情况，为了忠于设计思想而忽视了设计的合理性，比如为了增强钣金件强度而盲目的加厚钣金件厚度，这样会对钣金件制作过程中的加工、焊接等步骤产生严重影响。其实从钣金工艺优化的角度来看，增强钣金件强度应从冲压工艺和弯曲工艺着手，钣金件强度经冲压凸包和滚筋处理之后能实现较大程度的提升，弯曲工艺中的弯曲平模压平能成倍增加钣金件的局部厚度，局部厚度的增加既能增加钣金件的整体强度又能减小对钣金件制作步骤的影响。其次，设计人员还可以借助相关计算软件的力量来分析钣金件的受力情况，并找出最大受力点，采取合适的措施来平衡钣金件受力情况，有效防止出现某一部位受力过大的情况。
（二）钣金件的折弯边设计
目前，钣金件结构设计的折弯边设计存在着钣金件弯曲模V形开度和弯曲R角会影响板料弯曲的最短边的情况，并且根据现有设计规范的内容进行设计时，需要使用较多数量的模具，使得钣金件制作成本升高、工序增加，因此，从工艺优化的角度来对钣金件折弯边设计进行改进是很有必要的。首先，在钣金件进行折弯边时应将钣金件的最短弯曲极限考虑在内，尽可能的减小弯曲模V形开度和弯曲R对板材弯曲的影响。折弯边设计中还应注意各弯曲边之间的距离，使各弯曲边保持适当距离，以此来降低模具影响弯曲效果的可能。其次，应对折弯边设计规范进行改进，减少钣金件制作所需的模具数量，进而实现降低钣金件制作成本的目标。
（三）钣金件方孔内直角的设计
在钣金件制作过程中存在明显矛盾点，该矛盾点是钣金加工工具和加工零件多为圆角形式，而成品钣金件的方孔内需要成直角，并且钣金件制作大多都是一次成型，所以就要求钣金件结构设计对这一矛盾点进行调整。钣金件结构设计时，应注意将需要开方孔的部位设计为直角，这一内容是调整这一矛盾点的关键，并且将一些关键部位的制作方式进行改进，适当的将一次成型这样的步骤减少，这样就能在出现错误时还能及时补救，降低废品率。
（四）钣金件焊接的设计
焊接是钣金件制作中的重要工序，这一工序较为细致且相对费时费力，相应的对操作人员的要求也更高。由于焊接中的许多步骤都较为麻烦，即便是拥有多年从业经验的操作人员也难以保证焊接效率和焊接质量，并且存在的较多焊接面易使钣金件表面不太美观。所以在优化钣金件结构设计时，应综合考虑各要点内容，尽可能的减少焊接面，对于无法减少的焊接面，应借用先进科学技术进行美化处理，使其在满足钣金件性能要求的同时更具美观性，并且焊接面的减少，钣金件制作所需的人力和物力投入都大幅下降，能获得更高的经济效益。
总结：
综上所述，合理的钣金件结构设计离不开钣金工艺优化，因此，钣金件结构设计应在钣金工艺优化的基础上不段创新和改进，以此来控制制作成本以及提高钣金件质量和延长使用寿命，进而促进钣金行业的健康可持续发展。
参考文献：
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[2]赵跃俊. 基于钣金工艺优化的钣金件结构设计[J]. 自动化应用，2017（3）：46-46.
[3]吴鹏. 钣金工艺优化目标下的钣金件结构设计[J]. 中国高新区，2017（13）.
论文作者:张长渠
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/15
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