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SOLIDWORKS钣金件的设计与工艺优化

钣金件是利用金属的可塑性,针对金属薄板(一般指6mm以下)通过冲压、折弯、成型等工艺制造出单个零件,然后通过焊接、铆接等组装成完整的钣金产品,可以看出钣金件的生产过程是一个比较复杂的过程,因此钣金的件设计与工艺都可能对钣金件的质量造成较大影响。

一. 钣金设计

SOLIDWORKS的钣金模块可以说是各种软件钣金功能中的佼佼者,凭借其出色的灵活性使得它深受钣金工程师们的喜爱,工程师可以通过SOLIDWORKS准确直观的表达自己的设计意图,同时可以按照生产制造的过程来设计零件,从而进行产品优化设计,可以说SOLIDWORKS就是一个虚拟的钣金加工环境,在SOLIDWORKS中设计钣金零件基本上与实际生产是一致的,因此钣金设计大致可以分为两类,一是通过折弯等完成,二是通过冲压来完成,这两种方式对应到SOLIDWORKS中也是一致的。

1. 钣金折弯

钣金折弯在SOLIDWORKS中主要使用拉伸、法兰等功能完成,设计过程较为简单,另外我们还可以通过软件直接将钣金零件展开从而得到二维展开图,尤其是一些复杂的钣金零件,如果依靠人工来完成,一方面会花费大量的时间,另一方面还容易出错,SOLIDOWRKS钣金零件展开功能极大的解决了这一问题,在保证展开效率的同时还能做到零错误,这就使得企业想要实现快速设计快速生产得到了可能。

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2. 钣金冲压

钣金冲压就需要使用到SOLIDWORKS的压凹功能,钣金冲压件一般是作为外壳使用的,但进行钣金冲压时需要使用冲压模具,因此批量较大的外壳类钣金零件可以使用此方法设计。

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从设计上来看,钣金件在增加强度时我们需要注意以下几点:

1. 通过压筋或者冲压凸包增加钣金件的强度

钣金件与一般的零件所遵循的设计原则不同,在需要加强钣金件时,有时并不需要更换更厚的板材,而是压筋或者冲压凸包等形状加强,这样的设计方式比使用更厚的的板材更为经济实用。

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2. 通过角撑板增加钣金件的强度

除了上面所说的压筋或者冲压凸包来增加钣金件的强度外,还能通过角撑板增加钣金件的强度,在钣金件的折弯处添加角撑板,这样能够使折弯处不易变形,满足我们设计所需的强度。

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二. 钣金工艺

钣金工艺可以分为冲压工艺、折弯工艺和焊接工艺,工艺不同对钣金件质量的影响也不同,因此在制造钣金件是我们需要选择合适的工艺来提升钣金的精度。

1. 冲压工艺

在冲压工艺中我们需要有对应的冲压模具,前面我们也提到,一般批量比较大的外壳型零件才适合使用冲压模具,材料对冲压工艺的影响较大,冲压材料性能的稳定性、材料厚度的波动特性、材质的变化范围、拉伸筋阻力大小、压边力变化范围等都会影响冲压的工艺。选用材料时则有以下注意事项:

(1)凸模承受的应力小于凸模材料的许用压应力。

(2)为提高凸模的抗弯强度应选用弹性系数大的材质。

(3)进行稳定能力的校核。

2. 折弯工艺

折弯工艺也是钣金过程中的一道重要的工序,常见的箱体类零件,如变压器、变电箱等都需要钣金折弯,影响折弯工艺的因素也很多,其中最主要的是折弯半径和弯边高度。

(1)折弯半径

一般来说钣金折弯的过程中,材料厚度确定的情况下,材料由于外部受到拉力的作用,当弯曲半径越小的时候,拉应力就会大。因此在折弯时要选择适合的折弯角度,避免因为折弯内弯半径过小而导致拉应力变大,从而使加工件损坏、断裂。

(2)弯边高度

钣金折弯过程中会产生多道弯边,这些弯边高度不是随意设计的,需要综合槽口宽度以及折弯成形的精度对弯边高度进行控制,。

3. 焊接工艺

大部分的钣金产品都需要进行焊接,然而影响焊接的因素却有很多,并且很不容易把控,在焊接后还常常会产生变形问题,因此在焊接时我们要尽可能的选择合适的焊接方式,避免因焊接问题产生的不良品。影响焊接的因素大致有以下几个方面:

(1)焊接电流

焊接电流对焊接质量和生产率有很大影响。电流太小,电弧不稳定,容易造成渣夹杂和未焊接缺陷,生产效率低;电流过大,易咬烧等缺陷,同时飞溅增加。因此在焊接时要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度等选择合适的电流。

(2)电弧电压

在焊接过程中,电弧太长,会使电弧燃烧不稳定,飞溅增加,熔深减小,外部空气容易侵入,造成气孔等缺陷。因此,电弧长度必须小于或等于电极的直径,即短电弧焊。采用酸性焊条焊接时,为了预热待焊位置或降低熔池温度,有时会使电弧略微拉长,即所谓长弧焊。

(3)焊接方法

焊接时由于温度不均,焊缝周围受到不同的热处理,因此会引起相应的组织和性能变化,在金属焊接时常用的方法有埋弧焊、手工焊和二氧化碳保护焊等,其中埋弧焊的热量最大,收缩变形也最大,手工焊居中,二氧化碳保护焊次之。

除了以上所说的这几种影响焊接的因素外,其实还有很多影响因素,这是一门庞大的学科,感兴趣的可以深入研究。

综上,钣金的设计除了需要优化设计方式外,更重要的是要优化钣金工艺,这将直接决定钣金产品质量的好坏,钣金工艺影响的因素很多,我们无法完全消除钣金工艺对产品的影响,只能尽量将影响减到最小,这样才能生产出质量一流的产品。



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