钣金结构设计及制造工艺分析

范宏军 缪永华

中天储能科技有限公司 江苏省南通市 226009

摘要：钣金凭借其自身的诸多优点随着经济的发展在我国的应用越来越广泛。本文阐述了饭金结构设计在制造业中的地位, 从三个方面分析了饭金结构设计符合工艺性的重要性, 并给出了相应的设计参考依据。为做好钣金结构的设计工作提供一定的指导。

关键词：钣金结构；设计；制造；工艺

1.引言

随着我国工业化程度的不断增强，钣金结构在制造业各个领域应用范围较广。做好钣金结构的设计工作，对于增强钣金加工制造业的工作效率、提高其品质具有重要意义。饭金结构件具有劳动生产率和材料利用率高、结构灵活、易形成生产力的优点,尤其最近几年, 我国电子技术迅速发展, 各种电子类高科技公司如雨后春笋般地出现, 使得饭金结构在机械行业中所占的比重越来越大, 对从事电子结构设计的人才需求更为迫切, 许多大学生直接进入公司或企事业单位的设计部门, 很少甚至没有在生产一线进行过实践, 使得设计出的产品工艺性不尽合理, 给生产带来极大的困难, 不仅加大了产品的原材料成本、增加的加工成本还使产品的工艺性和美观大打折扣, 而且延长了产品的开发周期, 最终使产品在市场上缺乏竞争力。众所周知, 产品的性能、品质主要取决于设计,结构设计是其最重要的部分。所以，需要保证产品易制造、保证品质的情况下，价格相对便宜. 而想要生产出这样的产品, 钣金结构设计就非常重要和制造工艺就非常重要。

众所周知, 金属钣料折弯以后, 板料截面的形状发生了根本性地变化— 刚性得到大幅度地提高, 截面抗弯惯性矩大大增加。因此, 金属薄板零件的加工经常采用折弯加工工艺。但是, 折弯零件的截面形式与外形尺寸往往受到板料折弯机上刀口、下模体的结构和尺寸的限制。为了使设计的析弯零件的工艺性较好, 加工制造中不能与板料折弯机的上刀口或下模体发生干涉( 又称之为抗刀) , 设计人员在设计折弯零件的结构形式与尺寸时及工艺人员在审查图纸发解对应折弯机的工艺能力、编制加工工艺过程时, 都必须首先确定和判断其合理的截面形式及相应的尺寸。

2.概念

那么, 什么是结构设计有良好的工艺性呢? 在作者看来, 结构设计的工艺性应是在尽可能满足产品特地的功能设计要求的同时使设计出来的饭金结构符合生产工艺性。所谓产品结构的生产工艺性是指其制造的难易程度与经济性。评定产品结构工艺性应考虑的主要因素有三点:

产品的种类及复杂程度，即在满足功能、保护质量以及各种性能参数的前提下结构越简单越好;

产品的产量及生产类型，即要求的出库量少时用折弯机完成，如果大批量出货，可以建议使用冲压模完成;

现有的生产条件，即所有钣金件设计要符合公司的生产能力、加工能力。

只有那些符合生产工艺性、符合公司生产能力的结构设计, 在生产过程中才能省时省力, 制造出来的产品才有保证, 而那些结构工艺性差的设计, 不仅在制造过程中费时费力, 即使加工出来, 给人的感觉也有点是粗制滥造.饭金结构的工艺性涉及的范围非常复杂和广泛, 本文只讨论几个较为常见但又最容易被设计人员忽视的问题。

3.设计制造工艺性分析

3.1单边折弯高度及相应折弯圆角的确定

在电子饭金结构的设计中, 单边折弯是极其普遍的，它的主要目的是起到加强筋或者固定器件的作用。这个设计问题很容易被忽视。在普通的折弯机上, 任何一个折弯边a , 在其相应折弯圆角r 确定的条件下, 都有其最小的极限值。如果尺寸a 小于最小极限值, 在普通折弯机上是无法折弯的。对于大批量, 必须设计专用模具; 对于小批量的, 虽可手工折弯, 但是因为尺寸超了机床的极限而不能加工，或在极限值附近，产品质量是因为机床设备或人为原因等做出各种不稳定的产品. 主要有手工折弯修整时, 折弯处会出现不平整现象, 即使采用表面处理以后, 不平整现象照样看得见, 从而降低了产品的美观度。就是说, 在板厚d 确定的条件下, 设计人员根据功能设计要求在确定一折弯角r 的情况下, 即需要从工艺人员处得出一在板厚d 和折弯圆角r 确定的条件下的最小边距a , 如果在满足功能设计要求的前提下, 选取的单边边距》a ,或者如果在板厚d 确定的条件下根据工艺人员的资料从几个折弯圆角中选取一个较为合理的折弯圆角r , 那么在这个意义上它是符合结构生产工艺性的。

3.2 焊接的合理使用

3 .2.1 设计焊接结构时应考虑的问题

① 、焊接性设计焊接结构中, 选择原材料时, 在满足使用性能要求的前提下, 应选用焊接性较好的材料。焊接性是指在采用一定的焊接工艺方法、工艺参数及结构型式条件下获得优质焊接接头的难易程度.

② 、结构钢度和减振能力

③ 、应力集中焊接结构截面变化大, 过渡区较急陡、圆角小, 如设计不当能引起应力集中, 严重时构成破损和脆性断裂的裂纹源, 导致结构的破损和早期失效.

3.2.2 焊接结构的设计原则

① 、设计焊接结构时要考虑整个结构对外力的平衡, 尽可能避免形状、强度、钢度等的不连续性, 以减少应力集中。

② 、设计焊接结构时应尽可能选用焊接性好、缺口韧性高的原材料, 同时考虑利用轧材, 尽可能减少焊缝的数量和长度。

③ 、在焊接结构设计时应按“ 对称地布置焊缝” 的原则, 合理的配置焊缝, 并避免汇交, 让次要焊缝中断, 主要焊缝连续, 使焊缝尽量接近中性轴, 避开高应力区、应力集中部位、加工面、热处理表面等。在饭金结构设计中, 焊接的使用是必不可少的, 但我们的原则是尽量减少使用焊接。在国外的饭金产品中, 焊接使用的非常少, 尤其是在大批量设计生产中, 铆接等替代焊接的技术被广泛使用。因为饭金件都是薄壁零件, 经过焊接后容易产生变形。在电子设备内部, 如果在不考虑某些特殊要求( 如密封或电磁兼容) 的情况下, 更要减少焊接的使用。另外, 还要注意焊接的先后顺序, 对于一个由许多饭金零件焊接而成的部件, 在整体焊接以前, 尽量不要对单个零件的折弯边进行焊接, 这样不仅可以避免每个零件变形给整体焊接时带来很大的困难, 而且可以大大减少整体焊接的变形。

4.举例分析 钣金机柜结构

4.1 钣金结构电池机柜结构设计注意点

钣金结构的电池机柜加工属于金属薄板综合冷加工，同一钣金结构的机柜应各个零部的作用选择合适的钣厚，有助于增强机柜的稳定与牢固；

钣金结构的电池机柜一般由底座、上盖、框架、掉架、导轨托架、固定托架以及各种加强筋等结构构成，采用可组装式的结构，组装简单、联接安全、移动方便；

钣金结构的电池机柜从整体结构上联接牢固，有助于保障设备的稳定安全运作；整个电池机柜均需要做喷涂和防锈处理，能够保证电池机柜在实现运行中能满足环境条件；

钣金结构电池机柜采用增强型固定托架或导轨托架，承重能力强；

钣金结构电池机柜框架是整个机柜的核心，里面承载着大量的电芯，重量很大，设计人员需要根据电芯的分布情况、汽车运动时的惯性、颠簸等各种情况合理安排加强筋。各种电子元气件、外接插件均安装在这个部分，所以在结构上考虑密封的同时还要考虑泄压。

钣金结构的电池机柜掉架，它承载整个机柜的重量和汽车底盘连接，必须它的强度、易安装和可拆性；

钣金结构的电源机柜整体经过磷酸盐防腐喷塑处理，便于维护和保养。

4.2 钣金结构电池机柜的具体结构类型

钣金电池机柜主要是指运用钣金工艺加工出的机柜产品，因其产品结构多样且每个定单均有差异，所以加工过程主要用到的工艺为电焊、折弯、剪板或激光切割。

在钣金电池机柜的结构分类方面，按照机柜的框架类型，主要可以分为立柱横梁相结合的类型和整板类型这两种；按照钣金电池机柜的层数主要可以分为单层箱和多层箱。

4.3 钣金结构的电池机柜在设计过程中应达到的技术要求

钣金结构的电池机柜的设计主要是运用公司现有设备、能够达到的工艺水准，在满足客户提出的电量、电压和所需空间的基础上设计出机柜的草图，标明尺寸、结构、钣金件、强度等各项技术参数，为钣金机柜的制作工作提供指导。钣金机柜设计过程中应遵循的技术要求主要为：

钣金结构的电池机柜要具备良好的技术性能，能够有效地抗振动、耐腐蚀、抗冲击、防水、防尘、防辐射等性能，保证放置其中的设备能够稳定地工作；

钣金结构电池机柜的设计中应具备良好的安全防护措施，具备良好的使用性，能够方便人们的安装、维修、操作，保证操作者的安全；

钣金结构的电池机柜设计要有加热、冷却和泄压装置，以保证机柜内的电芯正常运行；

钣金结构的电池机柜的设计应符合标准化、系列化、规格化的要求，减少按照图纸制作机柜工作的繁琐性；

钣金结构的电池机柜的设计要满足电磁兼容的要求，保证设备在机柜这个有限的空间资源中能够保证工作性能；

钣金结构的电池机柜设计要做到机柜造型美观，经济适用，外表需要磷酸盐防腐喷塑处理。

5.结论

饭金结构设计的工艺性所涉及的内容是相当的复杂和广泛, 本文讨论的工艺性设计只是初步的, 且更多的是针对钣金结构的电池机柜，提出的设计参考依据也有一定的局限性。设计人员只有到生产一线深入了解生产单位的设备、现有模具以及工艺方法, 才能设计出工艺性合理的饭金产品。也只有这样的产品才能经得起市场的考验

参考文献

[1] 梁炳文, 实用饭金冲压工艺图集机械工艺出版社, 199 7

[2] 许发抛, 模具标准应用手册, 机械工艺出版社, 199 4

[3] 徐濒, 机械设计手册第一卷, 机械工业出版社,19 91

作者简介：范宏军（1980-11-29），男，汉族，籍贯：江苏省江都市，当前职务：部门经理，当前职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：锂电池PACK设计