钣金类零件设计与加工工艺性研究

杨锦源

（珠海格力电器股份有限公司 519070）

钣金类零件设计与加工工艺性研究

杨锦源

（珠海格力电器股份有限公司 519070）

随着制造业的发展和材料科学的进步，人类不断对工业产品进行极致追求，钣金零件因为其独特的金属特性及超薄的厚度，不断受到青睐，钣金工艺看似简单，但加工合格率并不高。因此，作者总结了钣金零件的设计准则，并研究了钣金零件的加工工艺性。

钣金结构设计；工艺性

1 引言

经济的发展，科技的进步，直接带动新技术的不断创新变革，也推动了钣金类零件的加工技术不断升级变革，钣金零件在金属零件中的比例显著提升。钣金零件不仅在手机、笔记本电脑、主机箱等电子产品中应用广泛，还在制冷设备、汽车和航空航天等工业中占据一席之地。因此，本文针对钣金零件进行分析研究。

2 钣金类零件特点

钣金类零件目前最常用的定义是，将一些金属薄板（小于等于6mm）进行手工或模具冲压，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。

钣金零件具有同一零件相同厚度的特点，可塑性强，便于加工出较复杂的结构，加工效率极高，表面粗糙度较高，经过适当热处理和表面处理后，其强度、刚度、韧性、防锈、耐腐蚀能力较好，适用于不受较大载荷的场所。其缺点是，适应性差，一套模具、一套加工工艺方法只适用于一种零件，单件加工成本高昂，不适用于试制阶段的产品。

3 钣金类零件设计准则

3.1 材料选型

目前钣金常用的材料有三种，冷轧板（SPCC）、热轧板（SHCC）、镀锌板（SECC、SGCC）。冷轧板在常温下轧制，不易产生氧化皮，并且具有良好的表面质量，表面光洁度较好，适用于汽车、冰箱、洗衣机等工业产品中。热轧板轧制时金属塑性较好，消耗能量低，因此热轧板成本较低，广泛应用于结构简单的平板零件中。镀锌板因其表面具有一层镀锌层，因此，镀锌板具有较好的防锈、耐腐蚀功能，可以用于喷涂件。

钣金零件还用到了黄铜、紫铜、铍铜、铝板（6061、6063等）、不锈钢等材料，可依据使用工况、机械性能要求，选择合适的材料。如按零件结构和受力情况选取材料的厚度，零件受力大小决定零件材料的厚度；按零件的结构和加工中的变形情况选取不同牌号的材料及屈服极限强度、用途，也可按零件表面处理方式来选取材料的种类：零件表面需要喷塑处理的选用热镀锌板涂油板，如空调室外机底盘和外罩等；不需喷塑处理的选用热镀锌板钝化板，如空调内部结构零件。

3.2 结构设计

钣金零件最常用的加工方式是与其它机加工零件一样有其设计准则。以下是作者基于钣金零件加工生产总结的相应准则。

3.2.1 简单形状准则

钣金零件在冲压和切割加工过程中，零件结构设计越简单，切割时路径越简单，机床使用效率越高，零件加工精度越好。通常情况下，直线比圆容易加工，圆比椭圆容易加工，小批量加工时尽量采用规则图形。

3.2.2 节省原料准则

钣金零件成形过程中，采用去除材料的加工方式，合理进行零件结构设计，切割布局，提高加工效率；对不受较大载荷的零件，设计减重孔，不仅可以减轻零件重量，还可以节省材料。

3.2.3 足够强度准则

零件应满足性能需要的强度，一般需经过计算或仿真分析，但也有一些基本的强度设计经验。带斜边的折弯边应避免在变形区域，两孔之间的的距离不易太小，孔和槽不应在弯曲面或离弯曲面较近。

3.2.4 避免粘刀准则

钣金零件在冲裁或切割过程中，会出现钣金零件与刀具粘接现象，可以设计一定的斜度，方便起刀。

3.2.5 平缓弯曲准则

钣金零件在设计时，应避免出现90°或其他陡峭的弯曲面，因为斜度较大的面不易弯曲，需专用装备，成本较高，而且容易产生裂痕及应力集中现象。

4 钣金类零件加工工艺性

4.1 折弯工艺性

折弯工艺是钣金零件加工最常用的工艺手段，钣金的折弯主要依靠普通冲床和数控冲床与模具配合完成，因此，钣金零件折弯需满足以下几条准则：

（1）钣金的折弯应该尽量简单，对称，并且能够一次拉伸完成。钣金零件的底部与直边之间的圆角半径需大于钣金厚度，一般为钣金厚度的3～5倍。而折弯凸缘与直边的圆角半径需大于钣金厚度，一般为钣金厚度的5～10倍。折弯的高度一般与折弯距离之比小于0.4，这样才能保证较好的折弯性能。

（2）如若必须多次拉伸完成，应该考虑多次拉伸时产生的拉痕。

（3）在满足装配的条件下，钣金零件应该保持一定的斜度，便于起摸，保证零件的合格率。

（4）折弯后，零件一定不会保持相同厚度，底部中间部位厚度基本与折弯前相同，底部圆角处厚度变薄，而顶部凸缘处厚度变厚。因此，设计图纸时不能同时标注内外尺寸，只需将有公差要求的尺寸明确标出。

4.2 打孔工艺性

4.2.1 冲孔的最小尺寸要求

冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关，如表1所示。

表1 冲孔直径经验值（t指材料厚度，一般冲孔直径不小于1mm）

4.2.2 孔边距与孔间距要求

当冲孔中心线与零件外形直边不平行时，孔边距及孔间距均应不小于材料厚度；平行时，孔边距应不小于1.5倍材料厚度，从而保证钣金零件既满足了功能要求，又保证了钣金件的机械性能，尤其是强度和刚度。

4.3 焊接定位

钣金经过冷加工后，常常需要最后一道焊接定位加工工艺。钣金焊接时应该注意的要点是，焊点、焊缝应该对称分布于钣金零件上，避免重复焊接同一地点，更应避免焊缝交汇，主要的焊缝、焊点必须连接，而次要的焊缝、焊点可以中断。

5 结论

本文针对钣金零件的特性，分别介绍了钣金工艺的特点，钣金材料的选型及其若干设计准则，并对钣金材料成型过程中的折弯工艺、打孔工艺、焊接定位工艺进行了分析，为后续深入研究钣金工艺，提高钣金加工工艺性奠定了基础。

目前常用的焊接方法有，电弧焊和电阻焊两种。电弧焊要求比较简单，需要两个钣金零件之间具有足够的焊接空间，用以焊条融化，形成熔池，不过焊结构精度不易控制，外形显得粗糙。电阻焊需要焊接面平整，无皱褶、回弹，焊接完成后焊缝平整，是对外观有一定要求的钣金零件常用的焊接方式，汽车壳体的电焊和滚焊均采用电阻焊的方式。

[1]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]杨 伟.浅谈钣金这般工艺性设计[J].机械，2009（S1）：84.

[3]朱 丽，等.航空钣金材料性能参数与工艺知识库[J].锻压技术，2015，40（4）：143～148.

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2016-5-18