1、基于 SolidWorks 钣金结构的工艺性设计【摘要】SolidWorks 软件提高了工程师的设计效率，设计的产品原则上是在满足其性能要求的条件下，尽可能达到最好的加工工艺性，钣金结构件亦是如此。本文首先阐述了 SolidWorks 钣金工艺性设计的重要性，然后详细介绍了一般钣金件及其工艺要求，最后阐明了 SolidWorks钣金建模时对工艺要求的响应。 【关键词】SolidWorks；钣金结构设计；工艺性； 中图分类号：TU318 文献标识码：A 一、前言 三维设计已成为设计的主流方法，设计者通过三维设计软件可以直接将所知所想的零部件模型，形象逼真地体现在计算机显示屏上。SolidWork
2、s 是目前主流的三维机械实体设计软件之一，极大地提高了机械设计工程师的设计效率。针对普通钣金件的结构特点，人们利用它可以很轻松的模拟完成下料、绘制展开工艺图、折弯等工序。一般加工企业设计和工艺会分开，有专门的工艺组来给加工图纸贴工艺，也就是强化工艺要求。金属板材加工就叫钣金加工。钣金行业的发展，进步和改进，一方面就是采用先进的制造工艺和设备，建立健全质量保证体系。为了更方便工程师在设计时查阅一些常用的、关键的数据，更好地保证设计出的零件有较好的加工工艺性，统一结构要素，推进设计的标准化。因此要求工程技术人员在产品设计前要进行设计分析，同时对钣金工艺知识要有一定的认知和运用。 二、SolidWo
3、rks 钣金设计工艺性 钣金件是机械工业的主要零件类型之一，随着现代工业的迅速发展，钣金件的形状越来越复杂、精度要求越来越高，由于结构设计是否合理和毛料尺寸是否准确直接决定了钣金件能否具有良好的外观、足够的强度和必需的精度，所以合理设计钣金件的结构并准确计算其展开尺寸就成为钣金设计的首要任务。并且由于人们对产品的外观要求越来越高钣金件的结构工艺性也在不断的提升。 SolidWorks 提供了方便易用和功能强大的设计解决方案，可以逼真地建立钣金件的三维实体模型。通常用钣金特征来产生零件，这些特征包括：几种法兰、薄片、增加折弯。首先这些特征要以钣金工艺性设计为前提，举个简单的零件为例。图 1 与图
4、 3 均为电脑托盘前端示意图，起初的设计意图是要防止各个棱角划伤手指，且零件要美观。图 1 零件前端通过 SolidWorks 可以按照图 2 所示褶边轻松成型，但在实际生产加工中难以实现。如果按照这个方向进行下去，设计人员的时间与精力都无形中被浪费了，所以在设计前的工艺性分析是很重要的。最终我们将产品定型为图 3，显而易见在工艺上的差异，图二零件各个边均采用边线法兰成型，最后增加了倒圆角的工艺，最终切合了实际生产并满足了防止划伤手指的宗旨. 图 1 图 2 图 3 因此，只有正确掌握了钣金设计工艺方法才能最大限度地发挥SolidWorks 其应有的生产力。 三、钣金件一般工艺要求 （一）通常
5、在设计阶段，产品设计的工艺性审查重点包括以下内容：1、 从生产加工的角度分析结构方案的合理性。即产品是否达到预期要求，本企业或外协加工的可能性。不能加工时，是否有办法替代； 2、 分析方案的标准化程度。即是否尽可能采用了标准零部件； 3、分析方案结构总装的可操作性与方便性。即各零部件要便于装配与调整，避免过程中的再处理加工，保证可靠的装配基准和调整因素； 4、 审核 SolidWorks 模型。要求钣金零件必须能够展开； （二） 在设计实施中，不同产品工艺要求有所不同，涉及方方面面，在此着重介绍设计弯曲结构的设计规范： 1、为避免零件的折弯撕裂突起，对于料厚 t2.5mm 的零件，应设计宽度为
6、 11.5t 工艺缺口。 2、料厚2.0mm 时，可任意角度折弯，料厚为 2.5mm 时，最小折弯角度为 30，不能压死边，料厚为 3.0mm 时，最小折弯角度为 60，料厚4mm 时，不允许有锐角零件。料厚2.0mm 时，可以实现“Z”型折弯，即断差折弯。 3、带斜边的折弯边应避开变形区（见图 4） 图 4 （三）在进行特征设计时，可以通过编辑定义来改变特征，这些命令生成法兰和薄片，它们都是给零件添加材料，在零件的“折叠”和“展平”下，都可以进行切除操作。在切除操作时要注意： 1、板材上的各种孔优先选用数控或冲压通用模具，减少不必要的开模，减少数控冲床换刀时间。 2、 关注孔到弯曲变形区的最
7、小间距 W。应有一定的距离，以免孔的形状因弯曲而产生变形（见图 5） 。 3、关注孔的位置距离（见图 5） 。 孔到板材边的距离与孔的形状、板材厚度等诸多因素有关，如果孔与孔之间、成型孔之间及板材边缘之间的距离太小，会造成板材的扭曲、变形，影响加工的效果。 图 5 4、冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽。一般凸出或凹入部分的宽度应大于或等于板厚 t 的一倍半。对高碳钢、合金钢等较硬材料此值应再乘以系数 K=1.31.5；对黄铜、铝等材料此值应再乘以系数K=0.750.8。 （四）在钣金折弯过程中，板料的弯曲变形极为复杂，不管是折弯系数、折弯扣除、K-因子还是折弯修正，它们都与钣金件的材料种类、材料
8、力学性能、材料厚度、折弯半径、折弯角度、加工成型速度等因素密切相关。SolidWorks 虽然提供了默认的折弯系数、K-因子（一个常数，它是内表面到中性面的距离与材料厚度的比率） ，但在生产中，我们要将不同种类的材料在不同的折弯条件下进行弯曲试验，记录折弯修正值并形成表格，再利用 Microsoft Ecxel 将折弯修正值换算成折弯系数、折弯扣除或 K-因子，最后按照 SolidWorks 的表格模板建立起相应的折弯表，也就是根据设计人员的经验和实际生产情况给定的数值。这样既可以按照 SolidWorks 的默认三种钣金折弯算法建模，又可以在展开图上按折弯修正法标注符合加工要求的直观的尺寸，
9、两者就有机结合起来了。弯曲件的展开长度即毛坯尺寸,是弯曲工艺下料的依据,下料过长、过短会使材料浪费或造成工件报废, 因此, 弯曲件展开长度的计算在冲压生产中也起着至关重要的作用。钣金展开长度与材料厚度、折弯半径、折弯角度直接相关，所以值得特别注意的是，在利用 SolidWorks 建立三维模型时，不同半径、不同角度的折弯是不能放在同一个钣金折弯特征里建模的。 （五）设计图纸的公差是产品设计和制造中不可忽视的一部分，它是设计师设计思想实现的指导语言，是零件功能性因素的体现，也是总装配合时合理配合的重要基础。为了使设计图纸的尺寸公差标注符合设计的功能要求和客户的要求，同时也适合加工制造的特性,在产
10、品设计完毕， SolidWorks 进行工程图转化时，本着既能确保产品质量，又不无谓的提高质量成本的目的，要对设计图纸的公差进行合理标注。 四、SolidWorks 钣金建模 在三维软件中对零件进行钣金建模，实质是模拟零件加工过程，并对零件加工工艺这一过程进行描述，是在软件的环境下进行的虚拟加工。对于有的工艺过程，甚至还可以用多种不同建模命令来对其模拟。 钣金件计算机辅助工艺解决的问题： 1.钣金件模型的建立及信息描述。钣金件模型的建立及信息描述是后续工作的前提和基础。 2.钣金件模型信息的提取。当打开某一钣金模型时能从模型中得到工艺过程所需的信息，如：零件名称、材料规格、材料代号、零件图号等
11、。 3.钣金工艺知识库的建立。涉及到加工工艺流程信息、加工设备信息、量夹具信息、加工操作人员信息等等。 4.各系统模块的数据交换问题。 5.工艺结果的输出。自动生成既能面向普通设备又能面向数控设备的钣金件工艺卡片。 五、结语 SolidWorks 软件在钣金设计中的应用使得设计过程变得更加简单、准确，并且可以非常简便的获得钣金件的相关详细信息，在对产品设计时可以利用与 SolidWorks 软件相集成的软件进行计算，这样可以通过结果进而对设计产品进行优化，从而更加简便的完成钣金件的设计工作。工程技术人员在设计阶段对工艺规范的积极响应，既能加快加工进度，降低加工成本，提高产品质量又能减少不必要的开模。更大限度的发挥了三维制图软件的实际生产力。 参考文献 【1】 冲压工艺及设备钟全雄著。机械工业出版社 2010. 【2】 数控加工工艺贺曙新，张思弟，文少波著。化学工业出版社 2011. 【3】张育丹,王亚莉 基于 Solidworks 的钣金件加工 J 科技资讯 2011(6) 【4】宫培毅,武晓光 利用 SolidWorks 完成钣金件放样设计 J 金属加工(冷加工) 2011(11) 【5】 SolidWorks 2010 三维设计与制图腾龙科技编著.北京：清华大学出版社，2011.2 【6】 实用钣金技术手册机械工业出版社
