基于小批量钣金设计的研究

基于小批量钣金设计的研究

孟庆学

丹东百特仪器有限公司辽宁丹东118009

摘要：钣金大量的应用到社会的各个领域，高效大批量的数控，模具生产也是钣金行业的主流，但是目前也存在大量的小企业对钣金件有使用需求，典型的有精密仪器行业，具有年产量低，但是产品档次要求高的特点。想要生产质优量少的钣金件，就需要对钣金零件的特点，材料属性特点，生产制作工艺熟悉。基于基本特性和自身具备的生产条件，从结构和展开料上进行细节的优化设计，从而达到美观，性能优良，易于生产的的目的。

关键词：钣金；小批量；优化设计

引言

钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义。通常定义为一种金属薄板，或者定义为：钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺。其显著的特征就是同一零件厚度一致。

钣金零件由于加工的便捷性，成本的低廉，以及设计的灵活性等因素，被广泛应用于工业、航空航天、电子设备、仪器仪表和日用产品等各个领域。比如我们日常接触的电子产品：手机外壳，SIM卡卡托，电脑外壳，主板支架等；家用电器：洗衣机外壳，洗衣机滚筒，电饭煲壳体，内胆等；汽车行业：外壳钣金，板簧，油箱，座椅等。

钣金零件的优劣将直接表现在产品的性能、质量和价格等方面上。而钣金零件结构设计的优劣除受限于设计工程师的设计水平外，还受限于该零件的加工设备的制约，通常大批量生产的都能通过模具生产出质优价廉的零件。但是在很多地方不需要大批量生产，比如精密仪器上，每次的产量是十几台，甚至是几台，那个所需钣金件就不具备规模生产的条件，而产品又要求零件性能和美观程度符合精密仪器的特征，本文就针对在小量、简易生产条件下对于钣金零件结构设计的一种总结研究。

1小批量钣金零件的工艺特点

区别于大量生产制造的最大不同就是无模具生产，工艺装备简易，那么设计水平和生产人员的专业素质对产品的质量影响就会更大，所以要从源头进行优化设计才是提高产品质量的根本。

材料的选择，首选碳素钢类，不锈钢类，铝合金类，有特殊性能要求的（导电、传热等）本文不做研究。碳素钢（中、低碳钢）有较好的焊接性能，而且成本低廉，对于使用环境良好或者成本有限制的时候优选碳素钢。不锈钢具有优良的抗腐蚀性能，而且表面美观，可多用于环境相对恶劣的部位以及作为表面装饰件。铝合金具有密度小，比强度高，不生锈的特点，可在仪器中大量使用，对于产品轻量化具有重要意义。

下料方式，裁板机，线切割，激光切割。裁板具有效率高，尺寸精度差，形状简单的特点，所以一般作为整张板料的分割和尺寸要求低的矩形零件的下料。线切割可进行复杂形状的切割，可作为成型前的展开料，但是内部多独立异型孔的零件使用线切割效率会非常低下。激光切割可以适合非常复杂形状展开料的切割，效率高。

成型工艺，小批量单间钣金件的成型基本依赖于折弯机，焊接，铆接或者折弯、铆、焊的复合成型。精密仪器的钣金件首选独立折弯成型，这样制作出的零件美观，整体性好，后期处理方便。形状比较复杂，折弯机无法独立加工的，可视具体情况将零件拆分成几部分，通过螺钉、铆钉或者焊接组合成同一零件。

表面工艺通常有抛光，喷砂，氧化，喷漆，喷塑，电镀等常见方式。碳钢零件必须进行表面处理才能使用，因为碳钢在空气中很容易就会氧化生锈，一般通过喷漆、喷塑或者镀锌进行处理，喷漆相对来说会显档次不高，喷塑会对零件尺寸影响较大，镀锌防锈性能较差对表面缺陷等不会起到遮挡作用。对于不锈钢零件来说，若采用拉丝板表面无划伤时可不做处理直接使用，如果工艺过程使得表面有损伤可通过选择拉丝或者电抛光进行处理，要注意的是电抛光会是表面呈现高亮状态，避免过于突兀与整体不协调，也可通过镀黑镍等将表面处理成黑色，但是成本较高。铝合金通常选择表面阳极氧化，可根据电解液不同氧化成不同颜色，氧化前进行喷砂处理还能提高表面质感。

设计工具，基于计算机的快速发展，各种大型CAD软件都具有钣金设计模块，随着软件不断的优化升级，人机交互界面也更加友好，设计精度也很高，展开料的生产也更加便捷。

2细节设计

通过对金属材料特性及生产工艺的了解，在设计时除了要保证基本功能外，对于细节的设计会提高产品质量，简化工艺流程。

2.1结构的细节优化

钣金件相对机械切削加工件比较而言，刚性相对较差，而模具成型的钣金件可以通过直接成型加强筋还提高刚性，小量制作的钣金件可以通过边缘折弯的方式提高刚性，如图一。

倒圆角，除非极特殊要就边缘保持尖角，通常情况下尖角倒圆是经常被忽略的，倒圆角不仅能在后续使用过程中减少对人的伤害，还能对美观起到修饰作用圆角的大小视具体结构而定，小的圆角会有硬朗的感觉，大的圆角会有柔和的感觉，如图二。

立板支架类提高稳定性的结构选择，通过将加强筋设计安装孔的方式可到达目的，图三具有结构紧凑，节省物料的优点；图四具有更加稳定，折弯简洁的优点。

2.2展开料的细节优化

对于无激光切割的情况下，展开料的优劣将直接影响效率，外轮廓对齐将会对下料效率有显著提升，如图五。

适当增加止裂口可以防止靠近折弯线附近的孔特征变形，能提升成型的质量和优化生产工艺，如图六。

图六

3结语

随着加工工艺装备的发展，钣金结构设计的难点会不断的变化，作为结构设计人可以通过浏览专业的技术论坛和其它的网络平台等及时了解行业发展动态，以便使设计更加优化，同时也能降低制造成本，更能降低设计难度，从而提高产品的设计效率和档次。

参考文献：

[1]党根茂，骆志斌，李集仁.《模具设计与制造》.西安电子科技大学出版社.1995.12

[2]韩春明.《工业产品造型设计》.机械工业出版社。2009.4