家用空調鈑金件的設計要點與ANSYS的應用

汪楠

摘 要：鈑金件在人們的生活中隨處可見，已經變得毫不陌生。然而鈑金件的設計與成型的優劣嚴重的影響到了使用的安全與可靠性。本文從家用空調鈑金件的分類、設計、成型、防腐等方面進行討論，并且利用有限元軟件對其可靠性、強度進行理論性分析。

關鍵詞：鈑金件;設計;成型;強度;可靠性;有限元分析

1 鈑金件的種類及其特點

鈑金件依據其成型特點可以分為數控件與開模件兩大類。數控件一般是成型簡單、工序簡便對產能以及強度要求不高的零件，此時才會選用數控件開發。而開模件一般成型復雜或者對產能要求很大，對強度可靠性要求很高的零件多用開模件開發。數控件具有開制周期短，成本低，成型方便的特點，因此目前應用很廣泛。模具件需要開制模具，雖然成本較數控件高，但是開制后生產效率高，生產穩定，可靠性高。因此兩種鈑金件在生活中的用處都是非常的廣泛，只能依據其零件的功能、特點選擇合適的開制方式，并無優劣之分。

2 鈑金件的制作流程與選材簡介

一個成品鈑金件可能由多個簡單的鈑金件組合而成，而單一的鈑金件主要通過下料、剪裁、折彎、疊邊、翻邊、拉伸等幾道工序。而復雜的成品鈑金件會采用點焊、點焊、鉚接等連接方式進行組裝。目前常用的材料主要有熱鍍鋅板、冷軋板、不銹鋼板等等。根據零件的結構和受力情況選取材料的厚度，零件的受力大小決定零件材料的厚度。根據零件的使用環境選擇是否具備防腐性能，對于容易生銹的環境必須采取防腐工藝。

3 鈑金件的設計原則

3.1 零件特征簡單形狀原則（適用數控零件）

切割幾何特征越簡單，切割下料就越方便，切割路徑就越短，切割量就越小;如直線比曲線容易下料，規則圖形比不規則圖形易下料。

3.2 零件特征節省原料原則

節省原材料意味降低制造成本，零碎的下腳料常作廢料處理，因此在鈑金結構設計中，要盡量減少下腳料，特別是在大批量生產時，會有比較明顯的效果，不過在日常工作中，我們對此方面考慮的也比較少，減少下腳料的方法如下： 合理設計計算零件結構，減少零件排布時，兩個零件之間的距離;

3.3 零件特征足夠強度原則

由于薄板的料厚很小，所以剛度很低（剛度的具體解釋見附件）;尖角的剛度不足，應以鈍角取代，并且尖角的應力集中，零件容易疲勞斷裂，且生產過程中也存在安全隱患;

3.4 零件孔邊與折彎邊不靠近原則

彎曲棱邊與孔或者其他特征的形狀邊要有一定的距離，推薦尺寸是兩倍料厚，一般建議不小于4mm。在彎曲的區域受力較復雜，且強度相對較低，在零件需要有特征比較靠近彎曲區域時，應考慮此特征貫穿此區域，見下圖

4 鈑金件的加強設計要點

為了提高鈑金件的強度、剛度，設計時應考慮增加加強筋、壓包、翻邊等結構，以達到在保證零件質量和使用要求的情況下可以降低材料厚度、節約成本的目的。

4.1增加三角壓筋

為減輕折彎角度回彈，提高折彎邊強度，會在折彎邊處增加三角筋進行加強。建議根據裝配位置、特征尺寸進行均排布。三角筋一般分為3X3、3X5、5X5、7X7四種常見規格。

4.2增加整體壓筋壓包、疊邊

對于起到支撐作用、連接作用對強度、可靠性要求較高的零件，一般建議增加整體的壓筋、壓包?？梢蕴峁┝慵恼w剛度，減少運輸過程中的變形，更好的起到保護、連接作用。也可以防止零件本體出現扭曲變形。

5 鈑金件的有限元分析

有限元的軟件的應用與鈑金設計模塊是相輔相成的，利用有限元軟件可以鮮明的對比方案的優劣，告別過去的實物驗證，減少了制作手板、裝機驗證的過程。可以高速有效的告訴設計者，方案的抉擇。以如下隔板的折頁為例，結合上述文中第四點中的2、3要點，方案2在原有壓筋的基礎上增加了一條整體壓筋，通過數據對比發現，強度、剛性有了大幅度的提升。在相同載荷等附加條件下對比，方案2的變形量減少如下：

變形量：7.3784-2.3617=5.0167e-5，理論上方案1優于方案2.

在鈑金設計中，避免零件單獨的支撐，特別的是懸臂較長的支撐臂，否則容易出現變形、斷裂。為增加強度和可靠性，可以通過有效連接、增加折彎邊等特征進行改善。如下，方案1的懸臂沒有支撐，在受到壓力以及撞擊的情況下容易出現變形甚至是斷裂。而方案2通過增加疊邊，將懸臂與主體有效的連接起來，這樣增加了懸臂的支撐能力，通過有限元軟件的模擬分析，驗證減少了開發成本的浪費。

6 結語

本文從鈑金件的應用、材料的選型、設計的規則、以及有限元軟件的輔助分析等方面闡述了鈑金件的設計要點。文中都是作者自身的工作經驗總結，會存在一定的缺失與不足，歡迎多多交流。

參考文獻：

[1] 項端祈主編.空調系統消聲與隔振設計[M].北京：機械工業出版社.2005年

[2] 劉衛華等.制冷空調新技術及進展.北京：機械工業出版社.2005

[3] 耿寶寒，程永甫.家用空調人性化功能設計方法[r].第九屆全國空調器、電冰箱（柜）及壓縮機學術交流會，2008.