浅谈钣金设计要点及工艺改进方法

牛水强，孙爱芹，陈安海，魏 超，仲崇宇

（1.凯傲（济南）叉车有限公司，山东 济南271100；2.潍柴雷沃重工股份有限公司五星车辆厂，山东 潍坊262200）

1 钣金加工工艺流程

钣金的加工工艺是将金属薄板件借助机械设备的作用，制成所要求的形状和尺寸，或通过焊接或者机械加工，使其形成更加复杂的形状[1]。

钣金加工方法主要有：①通过数控设备（激光切割机、剪板机、折弯机）对钣金进行加工制作，主要用在小批量生产的零件中，成本较高。②模具成型。通过模具加压成型，进行修边冲孔及整型，达到零件要求，一般有冲裁模、拉延模、整型模、修边冲孔模，主要用于大批量生产，成本较低。各冲压件的工序如图1所示。

图1 冲压件工序

钣金加工工艺大致分为3个过程：①下料过程是对材料初加工的过程；②使用折弯、焊接设备或模具，使零件加工成型；③对产品表面进行处理，延长其使用寿命。

2 钣金设计要点及改进方法

2.1 冲裁、激光切割

合理设计钣金形状，结构形状要简单对称，减少排版时的废料，提高材料利用率，如图2所示。

图2 钣金件的排样（单位：mm）

钣金件外内部不要出现尖角，要有圆弧过渡连接，其要求R≥0.5t，其中t为材料壁厚，避免尖角，冲裁件圆角半径的最小值如图3所示。

图3 冲裁件圆角半径的最小值

安全因素：钣金外部尖角锋利，容易使操作人员或用户划伤手指。冲压模具因素：钣金的尖角对应在模具上也是尖角，模具凹模上的尖角加工困难，同时热处理时极易开裂，冲裁时尖角处容易崩刃和过快磨损，造成模具寿命降低。

冲孔间距与孔边距要求：零件冲孔距边的最小距离随零件与孔的形状不同而变化。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，其最小距离应不小于材料厚度；平行时，其最小距离应不小于1.5倍料厚。

冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于1.5倍料厚，同时应该避免窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口强度，如图4所示。

图4 冲裁件孔边距、孔间距示意图

2.2 折弯

拉伸件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离，防止孔变形，如图5所示。

图5 拉伸件孔壁与直壁间的距离

折弯件的高度：设计时折弯件的高度不宜太小，设计最小高度按要求h＞R+2t，即大于2倍的料厚加内测折弯半径R，如图6所示。

图6 折弯件的高度最小值

弯边侧边带有斜角的直边高度：当弯边侧边带有斜角的折弯件时，侧面的最小高度h=（2～4）t＞3 mm，即最小高度等于2～3倍的料厚，必须大于3 mm，如图7所示。

图7 弯边侧边带有斜角的直边高度

折弯件的最小孔边距：折弯件上的孔加工方式有2种，先折弯后冲孔边距的设计参照拉伸件的要求，先冲孔后折弯应让孔处于变形区外侧，否则造成孔的变形及开孔处易裂，按图8的要求进行设计[2]。

图8 折弯件上的孔边距

局部折弯的工艺切口：折弯某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生裂纹，或者折不起来，可将折弯线移动一定距离，以离开尺寸突变处，或开工艺槽。如图9所示。

图9 局部弯曲的设计处理方法

防止圆角在弯曲时受压产生挤料后起皱，应预留切口，如图10所示。

图10 预留切口图（单位：mm）

钣金的折弯方向尽量垂直于材料的纤维方向。板材或卷料轧制方向，一般指板材的长度方向，在下料时，可提前在板材标记纤维方向，防止折弯混淆，如图11所示。

图11 平行于纤维方向折弯裂纹

钣金展开及折弯时，避免材料干涉，如图12所示。多重折弯上的孔设计要求如图13所示。

图12 展开材料干涉

图13 多孔设计要求

提高钣金件的强度设计，避免平板。在产品表面上压凹凸加强筋，有助于增加产品结构的刚性和强度，减少变形。增加加强筋、折弯、翻边、压平（死边）、三角筋及孔翻边等，如图14所示。

图14 增加强度设计方法

零件避免复杂的折弯，考虑折弯刀具、省料等方面进行设计，如图15所示。

图15 综合考虑各方面的设计

3 结束语

钣金设计的好坏直接影响着中国机械工业化的发展水平，关系到钣金加工技术向前推进的速度。所以在钣金设计时，应正确认识钣金加工的基本流程，立足于加工难点，采取有效的改进方法，不断优化和创新，提高加工质量和效率，最终实现加工技术性的突破。