（山西国营大众机械厂电控设备厂 山西省太原市 030024）
摘要：随着社会的发展，我国的工业发展迅速，在工业中，钣金加工是机械制造行业非常重要的部分，因此对于钣金件结构的要求也就越来越高。本文在钣金工艺优化目标下探讨钣金件的结构设计优化，首先阐述钣金工艺的主要特点，并提出钣金件结构的优化策略，以期为我国钣金工艺水平的提升和钣金件设计生产质量的提升提供一定参考。
关键词：钣金；工艺优化；钣金件设计
引言
钣金件就是通常所说的金属薄板类零件，薄板指的是板厚与其长度相比小得多的金属板。由于其特殊的几何形状和很小的厚度，其具有加工量小、重量轻、易于剪裁、形状规范等优点，可以用来制造大而复杂的零件，且生产效率高、生产成本低，被广泛地应用于各个领域。
1钣金工艺特点概述
钣金工艺能够进行多种划分，一般可分为冲压工艺和焊接工艺、折弯工艺。针对金属薄板类零件的不同，下料和连接、成形等加工工艺对应着相应的钣金工艺类型。相较于传统的机械加工工艺，钣金工艺不使用刀具进行零件加工，而是依据工艺类型和特点的不同选用对应的加工方式。如冲压工艺和折弯工艺采用冲压模具与折弯模具进行加工，焊接工艺则以焊接设备作为加工工具。不同工艺方法和工具上的不同，决定了工艺上的巨大差别。在采用钣金工艺进行加工时，应当明确设备与模具的影响作用，强化钣金件结构设计以提升整体加工工艺。
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2钣金件的结构优化设计
2.1结构优化设计的基本流程
在对结构进行优化设计的过程中，设计参数，即设计变量的不同选择会导致对结果产生不同的影响。由此可见，对设计变量的选择是尤为重要的，而总结过往的经验不难发现，在采用了灵敏度分析的情况下，是提升了优秀设计变量选择的，同时，也是可以有效提高优化结构的准确性和高效性的。而就具体的结构优化设计基本流程而言。
2.2结构优化设计灵敏度分析
结构优化设计灵敏度的分析一般可分为两种方式，即：因变量的变化/自变量的变化和因变量的相对变化/自变量的相对变化。综合而言，可以明显看出，灵敏度是作为求导信息而存在的，并且，其也是作为一种对设计变量和参数引起的结构特性响应变化率的方式。由此可见，在结构修改和优化设计中，灵敏度是及其重要的。另外，在交互式计算机辅助设计的过程中，其结构的改变，相关的设计人员也可依靠灵敏度信息来完成。需要注意的是，在此过程中，一般算出的是结构响应值对于设计变量的导数，通过导数，进而确定结构相应最为敏感的部分，最终获得最需要的灵敏度系数和设计参数。
3钣金件结构设计误区与优化策略
3.1钣金材料的挑选工艺
板材钣金是一些设施外壳的主要材质，直接影响到了整个设备的安全与稳固性，科学、合理的对钣金材料进行选择，不仅减少了加工过程的时间、难度，而且在一定程度上减少了工艺制作的成本。首先，在材料的选择上，要保证原材料的外形尺寸和零件的展开尺寸不一样。我们所购买的钣金材料的外形并不符合实际要求，当展开的尺寸和外形尺寸一致的时候，就不会有多余的空间，这样就会导致加工的产品尺寸产生很大的误差。其次，在一个结构上的板材厚度标准要少于三种，这样可以有效的提高钣金材料的利用效率，此外，我们能够使用薄板压筋的方法来对强度高的钣金结构进行加工设计。最后，对于非喷涂板材来说，我们可以使用有装饰面的板材，再对纹路方向进行严格要求。对于不外露的零件来说，在加工的过程中要加大保护的力度，并且对焊缝进行有效的处理。在提高钣金材料的利用效率方面，我们可以不使用其他无装饰面的材料。
3.2强度设计
设计人员在对强度设计的过程中，往往受到传统思路的影响和束缚，为提升钣金件设计强度，多在钣金件材料上下功夫，通过提升厚度来保证强度，这并不能根本上保证强度提升目标的实现。在最新工艺技术要求下，应当在冲压和折弯工艺上着手，在保证原材料基本厚度的同时，全面提升加工工艺，在焊接当中也确保工艺标准。以冲压凸包和滚筋的工艺方法，明确结构件的受力情况，在明确受力集中点的基础上进行筋加强，能够保证其强度的全面提升。同时，也可利用折弯压平方式，实现钣金件厚度和强度的同步增加。
3.3孔缺结构的设计
在孔缺结构的设计过程中，不仅要与产品的实际需求相适应，同时还要遵循简便加工这一原则，以及在加工完成之后保证美观性和后续工作的顺利进行。首先，保证方孔的位置不会被打到折弯的底部，在折弯之后对钣金材料进行拉伸，会造成方孔的变形，这时使用人工打孔的方法，就会大大的提高加工时的难度。其次，对于螺孔的加工过程，有许多的加工方法可以实现，例如：铆接螺母、钣金材料的直接攻丝以及点焊螺母等等。比如，当板厚为1.0mm，螺孔型号为M5时，可以使用点焊螺母的加工方式；当板厚为2.0mm，螺孔型号为M3时，可以使用基材攻丝的加工方式。总之，针对不同的螺孔大小以及板材的厚度要选择合理的加工方式。
3.4折弯边的设计
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O.5mm，则折弯最小短边就不能超过V/2+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。
3.5方孔内直角设计
机械加工零件设计中，结合加工使用的刀具特点，多为圆柱体的切削铣刀，设计加工后会留有加工圆角。对应来看，冲压加工的钣金件则以方孔成型冲模，产生内直角的方孔。为优化钣金件结构设计，应以长圆孔冲模作为冲模方式，确保加工后形状为长圆孔。在具体的设计当中，还应明确工厂生产使用的模具的尺寸和样式，也便在现有工艺设计中进行对应选择，保证使用上的契合，确保工期和成本上的有效保证。
3.6弯曲结构的设计
首先，折弯死边的要求，死边的长度和材料的厚度有很大的关联性，一般情况下，死边的最短距离要大于3.5倍的材料厚度再加上折死边之前工序的最小内折弯半径。其次，对于折弯件的孔边差距，要先进行冲孔，再弯折，孔的位置要在弯折变形区域的外面，避免出现孔变形的现象。最后，对于材料厚度较大的零件，我们要进行工艺缺口的设计，这样可以有效的避免折弯时发生凸起。
3.7优化设计
在焊接加工工艺下的钣金件，其采用的加工方式在焊接和打磨上花费时间较长，且很难确保零件外观的质量水平。为此，应当对现有的焊接加工工艺方式进行优化，在保证设计强度的前提下实现零件表面质量和美观性的同步提升。在优化方式上，采用薄板折弯工艺配合钣金折弯加工工艺，生产出的零件再组合成整体钣金零件，就能够在满足产品质量需求的同时，减少了加工量，实现加工成本降低的同时提升钣金零件的美观，对于整体零件设计加工而言优化效果显著。
结语
在钣金件结构设计当中，只有不断提高钣金工艺，结合具体钣金件设计生产需求和现实条件，实现钣金件结构水平的优化，才能在钣金结构件工艺水平和效益性、美观性上实现全面提升。从当前我国的钣金工艺情况来看，机械加工工艺仍然多用，这就要求在追求工艺升级的同时，做好传统加工工艺和现代工艺的对接，利用现代钣金工艺实现钣金件结构设计的优化升级。大大提高钣金件强度和美观度，为降低生产成本和提高生产效率作出工艺上的提升。
参考文献：
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［2］刘玲．钣金件加工工艺的优化设计［J］．新技术新工艺，2016（12）：81～83．
［3］刘军华．空调钣金件结构优化设计及冲压成形仿真［D］．广州：广东工业大学，2012．
论文作者:来新雷
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：工艺论文; 钣金论文; 加工论文; 结构论文; 钣金件论文; 零件论文; 材料论文; 《电力设备》2017年第35期论文;