钣金结构设计准则

1引言 薄板指板厚和其长宽相比小得多的钢板。 它的横向抗弯能力差，不宜用于 受横向弯曲载荷作用的场合。薄板就其材料而言是金属，但因其特殊的几何形状 厚度很小， 所以薄板构件的加工工艺有其特殊性。和薄板构件有关的加工工艺有 三类：(1)下料：它包括剪切和冲裁。(2)成形：它包括弯曲、折叠、卷边和深拉。 (3)连接：它包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计主要应考虑加工工艺的要 求和特点。此外，要注意构件的批量大小。 薄板构件之所以被广泛采用是因为薄板有下列优点： (1)易变形，这样可用简单的加工工艺制造多种形式的构件。 (2)薄板构件重量轻。 (3)加工量小，由于薄板表面质量高，厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。 (4)易于裁剪、焊接，可制造大而复杂的构件。 (5)形状规范，便于自动加工。 2结构设计准则 在设计产品零件时，必须考虑到容易制造的问题。尽量想一些方法既能使加工容 易，又能使材料节约，还能使强度增加，又不出废品。为此设计人员应该注意以 下制造方面事项。 钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺应 保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳定。在 一般情况下，对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸 和精度要求。 如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和特点， 这里推荐几条设计 准则。 2.1简单形状准则 切割面几何形状越简单，切割下料越方便、简单、切割的路径越短，切割量也越 小。如直线比曲线简单，圆比椭圆及其它高阶曲线简单，规则图形比不规则图形 简单(见图 1)。 (a)不合理结构(b)改进结构 图 1 图 2a 的结构只有在批量大时方有意义，否则冲裁时，切割麻烦，因此，小批量 生产时，宜用图 b 所示结构。 (a)不合理结构(b)改进结构 图 2 2.2节省原料准则（冲切件的构型准则） 节省原材料意味着减少制造成本。零碎的下角料常作废料处理，因此在薄板构件 的设计中，要尽量减少下脚料。冲切弃料最少以减少料的浪费。特别在批量大的 构件下料时效果显著，减少下角料的途径有： (1)减少相邻两构件之间的距离(见图 3)。 (a)不合理结构(b)改进结构 图 3 (2)巧妙排列(见图 4)。 (a)不合理结构(b)改进结构 图 4 (3)将大平面处的材料取出用于更小的构件(见图 5)。 (a)不合理结构(b)改进结构 图 5 2.3足够强度刚度准则 ⑴、带斜边的折弯边应避开变形区 ⑵.两孔之间的距离若太小，则在切割时有产生裂纹的可能。 零件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边距和孔间距以免冲裂。 零件的冲孔边缘离 外形的最小距离随零件与孔的形状不同有一定的限制。 当冲孔边缘与零件外形边 缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度 t；平行时，应不小于 1.5t。最小孔 边距和孔间距见表。 模具制作上以圆孔最坚固好制造维修，唯开孔率较低。 以正方形孔开孔率最高， 但因是 90 度角， 角边容易磨损崩塌,造成要修模而停线. 而六角形的开孔其大于 90 度的120 度角比正方形孔开孔更坚固但开孔率在边缘 比正方形孔差一点。 ⑶.细长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具的磨损严重。 5 }3 C/ r; w6 U](2)避免了锋利的棱 边;(3)美观。 但卷边应注意两点,一是半径应大于 1.5 倍的板厚;二是不要完全的圆 形,这样加工起来困难,图 18b 所示的卷边比各自 a 所示的卷边易加工。 2 U6 C! |“ x/ _; m5 S （a）不合理结构（b）改进结构 图 18 2.9槽边不弯曲准则 弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离,推荐值是弯曲半径加上 2 倍的壁厚。弯 曲区受力状态复杂,且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。 既可以将整个槽孔远离弯曲棱边,也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边(见图 19)。: f7 L ^/ S2 f( h （a）不合理结构（b）改进结构 图 19 2.10复杂结构组合制造准则 空间结构过于复杂的构件,完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简 单一些,在非复杂不可的情况下,可用组合构件,即将多个简单的薄板构件用焊接, 螺栓连接等方式组合在一起。 图 20b 的结构比其图 20a 的结构易加工。 / L! g5 h! t8 W4 q: p+ ^ （a）不合理结构（b）改进结构 图 20 2.11避免直线贯通准则o! m, X+ Z b1 ? R1 {+ N C1 _“ q0 { s/ Q) |6 _+ R! \ ⑸、百叶窗 百叶窗通常用于各种罩壳或机壳上起通风散热作用， 其成型方法是借凸模的一边 刃口将材料切开，而凸模的其余部分将材料同时作拉伸变形，形成一边开口的起 伏形状。* N e8 W 表 带螺纹孔的内孔翻边尺寸参数 ⑵、螺钉、螺栓的过孔和沉头座 螺钉、螺栓过孔和沉头座的结构尺寸按下表选取取。对于沉头螺钉的沉头座，如 果板材太薄难以同时保证过孔 d2 和沉孔 D，应优先保证过孔 d2。 用于螺钉、螺栓的过孔 用于沉头螺钉的沉头座及过孔 *要求钣材厚度 t≥h。 用于沉头铆钉的沉头座及过孔 *要求钣材厚度 t≥h。 2.19、钣金件的尺寸公差 公差是影响产品质量和价格的重要因素之一。 在制造零件的时候， 经验告诉我们， 无论投入多少成本和时间， 完全按图纸上标注的尺寸准确地加工出来几乎是不可 能的。 产品设计无论从性能上还是经济上都要满足用户的需要。 从企业本身来说， 也必须保持正常的利润。 为此公差必须由产品的性能和经济两方面来决定。 所以设计要充分掌握公差的原 则。 ⑴、冲切件的尺寸公差。 ⑵、弯曲件的边高 h 直线尺寸公差。 注：弯曲边长 L 直线尺寸公差按表规定。 ⑶、弯曲件的角度公差。 ⑷、拉深件的高度 h 尺寸公差。 注：拉深边长 L 直线尺寸公差按表规定。 ⑹、冲切件的断面粗糙度。 2.20、冲切件的毛刺允许高度 ⑴、冲裁件毛刺的极限值 冲裁件毛刺超过一定的高度是不允许的， 冲压件毛刺高度的极限值(mm)见下表。 表 冲压件毛刺高度的极限值 * f 级（精密级）适用于较高要求的零件；m 级（中等级）适用于中等要求的零 件；g 级（粗糙级）适用于一般要求的零件。 ⑵、设计图纸中毛刺的标注要求 * 毛边方向：BURRSIDE。 * 需要压毛边的部位：COIN 或 COINCONTINUE。一般不要整个结构件断 口全部压毛边，这样会增加成本。尽量在下面情况使用：暴露在外面的断口；人 手经常触摸到的锐边；需要过线缆的孔或槽；有相对滑动的部位。 图 钣金结构设计图纸中毛刺的标注示例 2.21、钣金表面处理及钣金材料 ⑴、压印工艺、压花工艺简介 压印、压花工艺在钣金件上应用很多，包括标签粘贴位置指示、产品编码、生产 日期、版本、厂家代号、甚至图案等，都可以利用这两种工艺进行加工。 ①．压印工艺 压印是使材料厚度发生变化，将挤压的材料充塞在有起伏的模腔内，使零件上形 成起伏花纹或字样。 一般情况下是在封闭模中进行，以免金属被挤到模子型腔外面；对于比较大的零 件或形状特殊成形后进行切边的零件，可在敞开模中进行。为使零件得到良好的 表面质量，成形前应将毛坯进行退火