浅谈钣金件外观造型的成型工艺

浅谈钣金件外观造型的成型工艺

金属彩金件是指以金属薄板为材料，通过变形塑料薄板而成的零件或产品。金属板材是一类重要的产品造型材料,钣金件在当代工业产品中应用十分广泛,如汽车、电焊机、加油机、加气机以及一些工业仪器等均是典型的钣金件。放在几年前的国内,除了汽车以外的其他钣金产品多是纯粹的工业品,产品最终面对的是一群“小众”,而非广大的普通消费者,因此是不大讲究外观造型的,从而导致我们所见到的此类工业产品基本都是一些丑陋不堪的玩意儿。然而,随着市场竞争的日渐激烈以及业内人士审美品位的提高,这些原本被认为不需要进行外观设计的产品,其外观造型的质量日益受到业内重视。因而,研究金属钣金件产品的成型工艺与产品造型的关系便显得十分重要而紧迫,这对于相关企业及设计师来说都是非常有意义的。笔者近年从事了一系列钣金件产品造型设计开发,在尊重钣金件产品的成型工艺的基本原理的基础上进行了一些创新性的运用,本文将在分析成型工艺基本原理的基础上,结合这些设计实践经验,对钣金件的主要成型工艺所成型的产品的造型特征进行系统分析和总结,并探讨一些具体的运用技巧。1拉深拉深工艺和折弯工艺钣金件的常用成型工艺一般包括以下几类:折弯、拉深、旋压、特种成型等,其中,对产品外观有直接而重大影响的主要有折弯和拉深工艺,同时,这也是在钣金件中应用最广的两种成型工艺。下面将从这两种工艺的基本原理入手,分析总结其所成型的产品的造型特征的规律,以及对这些规律的运用技巧。1.1折叠工艺折弯工艺常与切割及焊接工艺组合运用,即切割+折弯+焊接工艺。在这组工艺中,折弯是核心工艺,而切割和焊接可认为是辅助工艺。1.1.1零件弯成工序折弯工艺也称弯曲工艺,是将板材、型材或管材等弯成一定曲度和角度,形成一定形状的零件的工序。图1所示为折弯工艺原理示意图。图2所示为各种典型弯曲件。这里要讨论的是金属板料的弯曲工艺。1.1.2折弯工艺分析很明显,折弯后,产品仍是以平面构成,只是在折弯处形成了一个圆角R,此圆角取值较大时实际就是一个曲面,只向一个方向弯曲的曲面,可称之为单曲面。因此,折弯工艺所成型的产品造型特征可总结如下:特征一:折弯后,产品的各个面仍然是平面,因而因而形成挺拔、硬朗的造型风格,但若在外观造型的美学方面控制不好,则会是另一种局面:生硬、呆板。事实上现在很多产品即是如此。特征二:折弯半径较大时,折弯处可实现单曲面,即只朝一个方向弯曲的曲面。由于无法同时从两个方向折弯,所以折弯工艺无法得到双曲面。特征三:折弯曲面的最小半径受到板料厚度以及材料种类以及材料纤维方向的影响。具体情况见表1。特征四:折弯工艺较多地依赖于操作工人的技术,产品的公差较大而且不够稳定,产品的一致性和零件的互换性较差,容易致使产品显得粗陋。折弯工艺成本低廉,无须使用模具,非常适合小批量生产。当生产批量很高时,则更适合采用精度更高的模具进行生产了。一些自身重量较大,或者要求壳体必须有较高强度,或者需要屏蔽电磁辐射的产品,必须采用金属外壳。目前市场上的此类产品普遍采用了切割加折弯加焊接的工艺。图3为一组折弯产品,这些产品就显得比较粗陋,工艺水平低且造型缺乏美感。设计此类产品造型时,需要十分重视产品的节奏感,或者要防止整个外观造型中只有完全平行的和垂直的平面,如此极易造成死板生硬的局面,可设法形成小范围的斜面或者利用折弯半径形成的单曲面来对生硬的整体进行调和,以达到刚柔相济之功效。图4所示为笔者为成都某公司所设计的一款加气机产品,产品顶部采用了较大弯曲半径,在操作面板上制造了局部的斜面,既使产品形态更丰富,也增强了可操作性,一举两得。图5为笔者为四川内江市某公司设计的一款医用X光机的操控台。医疗设备是要跟病人打交道的,不能过于生硬、冷漠,必须具有较强的亲和力,让它“柔”是一条较好的解决方案,因此在产品右侧也采用了大弯曲半径,其他位置以小圆角与之呼应。这样,产品中直线与曲线取得了有机统一。1.2拉深工艺1.2.1拉深成型技术拉深工艺是冲压工艺的一种,是指将平板毛坯或杯形毛坯在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成形工艺方法,图6所示为拉深成型示意图。拉深也称压延.是板金成形的基础性工艺。用拉深成形可以制成筒形,阶梯形、锥形、半球形、盒形和其它不规则形状的立体空心零件。拉深零件的尺寸范围很宽,直径小至1mm,大至2～3m,厚度0.2～30mm。拉深加工的对象广泛,材料品种繁多。因此,在日用品、电器元件、机械零件、飞机结构件和汽车要件的成形中,有着广泛的应用。图7是典型拉深件外形示意图。1.2.2拉深聚合工艺特征拉深工艺所成型的产品造型特征可总结如下:特征一:开口空心造型,制品形态简单。一般情况下,此开口处的截面为最大截面(如图8所示的炊具),若开口截面非最大截面,则形成特征五中的股肚造型。特征二:能实现双曲面造型,因而产品造型风格比较柔和。特征三:不允许有侧凹,即与合模方向垂直的方向的凹陷,此凹陷是无法用拉深工艺完成的。特征四:拉深高度不宜过高。否则将增加拉深次数,以防板料在拉深过程中被撕裂,在两次拉深中间进行退火处理。特征五:拉深工艺还可形成图9的鼓肚造型体,即收口容器。拉深工艺生产效率高,产品尺寸均匀一致,表面光洁,可实现机械化、自动化,适合大批量生产,成本低,广泛应用于航空、汽车、仪器仪表、电器等工业部门和生活日用品的生产。2造型造型设计实际上,在钣金件产品造型设计中,若单纯只采用折弯(加切割加焊接)工艺或者拉深工艺,得到的产品在形态上都显得比较单调,缺乏细节。而这两种工艺所得到的产品造型效果正好是互补的,一个硬朗,一个柔和。如果能将二者有机结合,将会取得刚柔相济的理想效果。运用实例一:图3中的电焊机是典型的传统产品,其工艺只采用了折弯加切割加焊接工艺,造型呆板生硬。图10是作者为成都某公司设计的一款电焊机外观造型,右图为电焊机操作面板局部。此款电焊机造型创新点有两处:一是操作面板处采用了倾斜面造型,既丰富了外观造型又便于使用者操作;二是在操作面板处采用了一次浅拉深工艺,形成一个渐消面,局部柔和处理和起伏变化使产品造型造型在关键处骤然增色,起到画龙点睛之效。而从工艺成本来看,增加一个拉深工艺的费用约为5000元,按生产批量200台计算,每件产品所分摊的拉深模具成本约为25元,这个成本相对于每台产品市场售价的约3000元来说,几乎完全可以忽略不计。运用实例二:图11是作者为成都某公司设计的一款车载电脑报站器之显示屏造型。在产品的几个大的棱边采用了折弯工艺,而在左右两端采用了局部的拉深工艺,形成向下凹陷的槽,这些凹槽的存在使得产品面板上有了细节,丰富了面板的层次。对产品的整体造型起到了至关重要的作用。产品右侧的细槽处由于槽宽度太小,为了防止拉深时板料被撕裂,需要进行三次拉深,中间再间隔进行两次退火处理。3可取得造型效果的价值折弯和拉深是两种十分传统的钣金工艺。独立地看,此二种工艺所成型的产品的外观造型均具各自鲜明的特征,同时又均具显著的局限性。但若将此二种传统而普通的工艺组合运用,则可取得1