钣金零件的建模与工程图表达★

平学文

（山西机电职业技术学院， 山西 长治 046011）

引言

钣金零件与人们的生活息息相关，绝大多数的工业产品中都会涉及钣金零件，比如汽车车身、电脑机箱、通讯产品、电器柜、设备的外壳等。钣金零件具有结构轻便、强度高、可批量生产和成本低等特点，在工业生产中应用广泛，其典型特征是同一零件厚度一致[1-2]。传统的《机械制图》教材[3-4]所包含的典型零件表达方法一般包括轴套类零件、轮盘盖类零件、叉架类零件、箱体类零件等四大类零件的表达方法，但目前很少有教材涉及钣金零件的表达方法。本文基于钣金加工工艺，通过Solidworks 软件对某机床的外观结构进行设计，选取其中一个用于支撑的较为典型的钣金零件为例，提出钣金零件的建模过程与工程图的表达方案。

1 零件分析与模型创建

图1 是某支撑钣金零件的三维结构。该零件是一个对称零件，为便于分析，将该零件分为三部分：底板、左板、右板。该零件底板上有4 个长圆孔，1 个方孔；左板和右板各有1 个方孔和2 个较大的倒角。下料完成后，需要折弯2 次。该零件所用板料厚度为3 mm，折弯半径R=2.56 mm。

图1 某支撑钣金零件的三维结构

用Solidworks 软件建立该零件的三维模型，需要在“钣金”模式下进行。草绘好底板平面图形，在“钣金”模式下用“基体法兰/薄片”命令设置钣金参数，板的厚度为3 mm，其他参数按默认设置；然后在特征树的“基体-法兰”特征上方设置“钣金”参数，设置折弯半径为2.56 mm，并根据需要设置“折弯系数”（包含有折弯系数表、K 因子等5 个选项）和“自动切释放槽参数”，折弯系数下的K 因子为0.348 mm。

底板设置完成后进行折弯。选择“钣金”模式下的“边线法兰”命令，选择底板上用于折弯的2 条边线，勾选“使用默认半径”；“角度”输入90°；“法兰长度”选择给定深度，输入75 mm，从外部虚拟交点、内部虚拟交点、双弯曲三个选项选择默认的“外部虚拟交点”；“法兰位置”则从材料在内、材料在外、折弯在外、虚拟交点的折弯、与折弯相切这5 个选项中选择“材料在内”。若绘制的底板尺寸不包含圆角处尺寸，折弯时选择“材料在外”。

折弯设置完成后，在左板或右板的外表面上绘制方孔和2 个三角块的草图，选择“钣金”模式或“特征”模式下的“拉伸切除”，“方向”选择“完全贯穿”，这样即可切出相应方孔和大倒角特征。大倒角特征亦可通过“特征”模式下“倒角”特征进行绘制。

至此，某支撑钣金零件的建模完成。该过程中需要注意的是，建模时只需保证“基体钣金先行，折弯随后”的原则，实际过程则较为灵活，比如，底板上各长圆孔、方孔可和底板既可以一起绘制草图建模，亦可以单独建模。

2 工程图生成

工程图（零件图）是表达单个零件形状、大小、技术要求的图样，也是在制造和检验机器零件时所用的图样，是指导零件生产的重要技术文件。钣金工程图与轴套类、箱体类、盘盖类等典型零件的零件图相比，有很大不同[5]。钣金零件图上不仅需要有表达加工完成后用于检验钣金结构形状、尺寸大小的视图，还需要有用于下料的展开图，这是其最大的特点。

图2 是该支撑钣金零件的工程图。为不泄露单位信息，该工程图中不包含标题栏。从图2 可以看出，该零件图包含主视图、俯视图、左视图三个视图，此外还包含一个轴测图，这四个视图用于表达该钣金零件加工后的最终形状。该零件图最右边的是展开图。企业员工根据钣金件展开图进行板料的准备与切割，根据展开图上的折弯线进行加工。展开图为对称图，再结合主视图、俯视图、左视图三个视图可以确定零件各个特征的形状尺寸和位置尺寸，展开图中包含2 条用细点画线绘制的折弯位置线，折弯线上附有“上90°R2.56”字样，表示从折弯位置线向上折弯90°，所用的折弯半径为2.56 mm。

图2 某支撑钣金零件的工程图（mm）

该支撑钣金零件的工程图还包含技术要求，图中指出该零件的板厚为3 mm，折弯半径为2.56 mm，以便于板料和折弯模具的准备。

3 钣金建模和工程图制作需要注意的其他问题

本次研究的典型钣金零件尺寸较小，可以作为支撑、连接用零件。但在工业生产及现实生活中的钣金件各式各样，有的折弯角度异于90°，有的结构很大但孔很小，因此，这些具体问题都是需要用图样表达出来的。碰到这种问题，具体处理方式如下：

1）折弯角度异于90°。碰到这种情况，使用边线法兰折弯时，折弯角度需要按照具体的角度输入，但涉及到对“法兰长度”“法兰位置”等选项进行选择时，建模过程则需要根据具体问题具体分析，充分考虑折弯半径在其中的连接作用。此种情况下，出工程图时通常较为容易。

2）钣金结构尺寸大但孔很小。这种情况也较为常见，一般采用打孔的方式在大尺寸钣金上安装、支撑其他零件，有的是钻孔通孔，有的是钻螺纹孔，有的是钻长圆孔（方便安装）。长圆孔在下料时切割，钻孔多是折弯完成后制作，或者装配时配做。这种情况下的建模较为简单，但出工程图时难度较大。因为大尺寸的钣金要求用较小图幅进行表达，孔特征却需要较为详细地进行表达，这是一对矛盾。碰到这种情况，也需要具体问题具体解决：钣金尺寸大、孔较少且规律分布时，可以用断裂画法表达，将需要表达的孔表达出来；钣金尺寸大、孔较多且分布不规律时，用较大的图纸进行表达。碰到尺寸较大的钣金，较好的办法是不绘制工程图，直接在三维模型上进行标注，这也是制造业发展的趋势，在大尺寸钣金零件上尤为适用。

3）钣金工程师必须熟练掌握钣金零件的结构特征和设计技巧，使得所设计的钣金零件既能够满足产品的功能要求和外观要求，又能够降低冲压模具的制造难度和成本。

4 结语

以工程设计实例为抓手，基于钣金加工工艺，用Solidworks 软件很好地完成了某典型钣金零件的模型创建，并成功获得了工程图的生成过程及表达方案。此外，钣金建模和工程图制作过程中的注意点也为相关钣金设计、工艺、制造工作者提供了参考，为钣金零件的广泛应用奠定了理论基础。