鈑金件結構設計知識

1、鈑金件結構設計知識1引言薄板指板厚和其長寬相比小得多的鋼板。它的橫向抗彎能力差，不宜用于受橫向彎曲載荷作用的場合。薄板就其材料而言是金屬，但因其特殊的幾何形狀厚度很小，所以薄板構件的加工工藝有其特殊性。和薄板構件有關的加工工藝有三類：(1)下料：它包括剪切和沖裁。(2)成形：它包括彎曲、折疊、卷邊和深拉。(3)連接：它包括焊接、粘接等。薄板構件的結構設計主要應考慮加工工藝的要求和特點。此外，要注意構件的批量大小。薄板構件之所以被廣泛采用是因為薄板有下列優(yōu)點： (1)易變形，這樣可用簡單的加工工藝制造多種形式的構件。 (2)薄板構件重量輕。 (3)加工量小，由于薄板

2、表面質量高，厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。 (4)易于裁剪、焊接，可制造大而復雜的構件。 (5)形狀規(guī)范，便于自動加工。2結構設計準則在設計產品零件時，必須考慮到容易制造的問題。盡量想一些方法既能使加工容易，又能使材料節(jié)約，還能使強度增加，又不出廢品。為此設計人員應該注意以下制造方面事項。鈑金件的工藝性是指零件在沖切、彎曲、拉伸加工中的難易程度。良好的工藝應保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單，使用壽命高，產品質量穩(wěn)定。在一般情況下，對鈑金件工藝性影響最大的是材料的性能、零件的幾何形狀、尺寸和精度要求。如何在薄板構件結構設計時充分考慮加工工藝的要求和特點，這里推薦幾

3、條設計準則。2.1簡單形狀準則切割面幾何形狀越簡單，切割下料越方便、簡單、切割的路徑越短，切割量也越小。如直線比曲線簡單，圓比橢圓及其它高階曲線簡單，規(guī)則圖形比不規(guī)則圖形簡單(見圖1)。(a)不合理結構(b)改進結構圖1圖2a的結構只有在批量大時方有意義，否則沖裁時，切割麻煩，因此，小批量生產時，宜用圖b所示結構。(a)不合理結構(b)改進結構圖22.2節(jié)省原料準則（沖切件的構型準則）節(jié)省原材料意味著減少制造成本。零碎的下角料常作廢料處理，因此在薄板構件的設計中，要盡量減少下腳料。沖切棄料最少以減少料的浪費。特別在批量大的構件下料時效果顯著，減少下角料的途徑有：(1)減少相鄰兩構件之間的距離(

4、見圖3)。(a)不合理結構(b)改進結構圖3(2)巧妙排列(見圖4)。(a)不合理結構(b)改進結構圖4(3)將大平面處的材料取出用于更小的構件(見圖5)。(a)不合理結構(b)改進結構圖52.3足夠強度剛度準則、帶斜邊的折彎邊應避開變形區(qū).兩孔之間的距離若太小，則在切割時有產生裂紋的可能。零件上沖孔設計應考慮留有合適的孔邊距和孔間距以免沖裂。零件的沖孔邊緣離外形的最小距離隨零件與孔的形狀不同有一定的限制。當沖孔邊緣與零件外形邊緣不平行時，該最小距離應不小于材料厚度t；平行時，應不小于1.5t。最小孔邊距和孔間距見表。模具制作上以圓孔最堅固好制造維修，唯開孔率較低。以正方形孔開孔率最高，但因是

5、90度角，角邊容易磨損崩塌,造成要修模而停線.而六角形的開孔其大于90度的120度角比正方形孔開孔更堅固但開孔率在邊緣比正方形孔差一點。.細長的板條剛度低，也易在剪裁時產生裂紋，特別是對刀具的磨損嚴重。沖裁件的凸出或凹入部分的深度和寬度，一般情況下，應不小于1.5t(t為料厚)，同時應該避免窄長的切口與和過窄的切槽，以便增大模具相應部位的刃口強度。見圖3.3.1。對一般鋼A1.5t；對合金鋼A2t；對黃銅、鋁A1.2t；t材料厚度。2.4可靠沖裁準則圖9a所示的半圓切線結構沖裁加工很難。因為這要求準確地確定刀具和工件之間的相對位置。準確測量定位不僅費時，更重要的是，刀具由可磨損和安裝的誤差，精

6、度通常達不到這么高的要求。這樣的結構一旦加工稍有偏差，質量很難保證，且切割外觀差。所以應采用圖b所示的結構，它可保證可靠的沖裁加工質量。(a)不合理結構(b)改進結構圖92.5避免粘刀準則(穿破件的構型準則)在構件中間沖裁切割時會出現(xiàn)刀具和構件粘接交緊的問題。解決的辦法：(1)留有一定的坡度；(2)切割面連通(見圖10和圖11)。          (a)不合理結構(b)改進結構          

7、0;   (a)不合理結構(b)改進結構圖10                                          圖11當搭接在一道工序中用沖切法制成90

8、°的彎邊時，選材要注意材質不宜太硬，否則易在直角彎折處破裂。應在彎邊位置設計工藝切口，防止折角處破裂。2.6彎曲棱邊垂直切割面準則薄板在切割加工以后，一般還要進一步進行成形加工，比如彎曲。彎曲棱邊應垂直于切割面，否則交匯處產生裂紋的危險升高。若因其它限制垂直要求不能滿足時，應在切割面和彎曲棱邊交匯處設計一個圓角，其半徑大于板厚的兩倍。2.7平緩彎曲準則陡峭的彎曲需特殊的工具，且成本高。此外，過小的彎曲半徑易產生裂紋，在內側面上還會出現(xiàn)皺折(見圖16、圖17)。(a)不合理結構(b)改進結構圖16(a)不合理結構(b)改進結構圖172.8避免小圓形卷邊準則薄板構件的棱邊常用卷邊結構,這

9、有多項好處。(1)加強了剛度;(2)避免了鋒利的棱邊;(3)美觀。但卷邊應注意兩點,一是半徑應大于1.5倍的板厚;二是不要完全的圓形,這樣加工起來困難,圖18b所示的卷邊比各自a所示的卷邊易加工。（a）不合理結構（b）改進結構圖182.9槽邊不彎曲準則彎曲棱邊和槽孔棱邊要相距一定的距離,推薦值是彎曲半徑加上2倍的壁厚。彎曲區(qū)受力狀態(tài)復雜,且強度較低。有缺口效應的槽孔也應排除在這個區(qū)域以外。既可以將整個槽孔遠離彎曲棱邊,也可以讓槽孔橫跨整個彎曲棱邊(見圖19)。（a）不合理結構（b）改進結構圖192.10復雜結構組合制造準則空間結構過于復雜的構件,完全靠彎曲成形比較困難。因此盡量將結構設計得簡單

10、一些,在非復雜不可的情況下,可用組合構件,即將多個簡單的薄板構件用焊接,螺栓連接等方式組合在一起。圖20b的結構比其圖20a的結構易加工。（a）不合理結構（b）改進結構圖202.11避免直線貫通準則薄板結構有橫向彎曲剛度較差的缺點。大平板結構易屈曲失穩(wěn)。進一步還會彎曲斷裂。通常用壓槽來提高其剛度。壓槽的排列方式對提高剛度的效果影響很大,壓槽排列基本原則是避免無壓槽區(qū)域直線貫通。貫通的低剛度窄帶易成為整個板面屈曲失穩(wěn)的慣性軸。失穩(wěn)總要圍繞一個慣性軸,因此,壓槽的排列要切斷這種慣性軸,使它越短越好。圖21a所示的結構,無壓槽區(qū)域形成多條貫通的窄條。圍繞這些軸,整個板的彎曲剛度沒有改進。圖21b所示

11、結構沒有潛在的連通失穩(wěn)慣性軸,圖22列出了常見的壓槽形狀和排列方式,從左到右剛度增強效果逐漸加大,不規(guī)則排列是避免直線貫通的有效方法。（a）不合理結構（b）改進結構圖21圖222.12壓槽連通排列準則壓槽的終點疲勞強度低是薄弱環(huán)節(jié),如果壓槽連通,其部分終點將消滅。圖23是一個卡車上的電瓶箱,它受動載作用,圖23a結構在壓槽端都產生了疲勞破壞。而圖23b結構就不存在這一問題。陡峭的壓槽端面應避免,可能的情況下壓槽延至邊界(見圖24)。壓槽的貫通消除了薄弱的端部。但壓槽的交匯處要有足夠大的空間,使得各壓槽之間的相互影響減少(見圖25)。（a）不合理結構（b）改進結構圖23（a）不合理結構（b）改進

12、結構圖24（a）不合理結構（b）改進結構圖252.13空間壓槽準則空間結構的失穩(wěn)不只限于某一方面,因此,只在一個平面上設置壓槽不能達到提高整個結構抗失穩(wěn)能力的效果。例如圖26所示的U型和Z型結構,它們的失穩(wěn)會發(fā)生在棱邊附近。解決這個問題的方法是將壓槽設計成空間的(見圖26b結構。)（a）不合理結構（b）改進結構圖262.14局部松馳準則薄板上局部變形受到嚴重阻礙時會出現(xiàn)皺折。解決的辦法是在皺折附近設置幾個小的壓槽,這樣減低局部剛度,減少變形阻礙(見圖28)。（a）不合理結構（b）改進結構圖282.15 沖裁件的構型準則.最小沖孔直徑或方孔的最小邊長沖孔時，應受到沖頭強度的限制，沖孔的尺寸不能太

13、小，否則容易損壞沖頭。最小沖孔直徑及最小邊長見表。* t為材料厚度，沖孔最小尺寸一般不小于0.3mm。.沖切缺口原則沖切缺口應盡量避免尖角，如a圖所示。尖角形式容易減短模具使用壽命，且尖角處容易產生裂紋。應改為如b圖所示。R0.5t(t材料厚度)a 圖             b 圖沖裁件的外形及內孔應避免尖角。在直線或曲線的連接處要有圓弧連接，圓弧半徑R0.5t。（t為材料壁厚）2.16、彎曲件的結構準則、板件最小彎曲半徑材料彎曲時，其圓角區(qū)上，外層收到拉伸，內層則受到壓縮

14、。當材料厚度一定時，內半徑r越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴重；當外層圓角的拉伸應力超過材料的極限強度時，就會產生裂縫和折斷，因此，彎曲零件的結構設計，應避免過小的彎曲圓角半徑。為此規(guī)定最小彎曲半徑。常用金屬材料最小折彎半徑列表序號材 料最小彎曲半徑108、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1-T52、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1100-H24、T20.4t215、20、Q235、Q235A、150.5t325、30、Q2550.6t41Cr13、H62(M、Y、Y2、冷軋)(銅)0.8t545、501.0t655、601.5t765Mn、60SiMn、1C

15、r17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7-DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS3022.0tl 彎曲半徑是指彎曲件的內側半徑,t是材料的壁厚。l t為材料壁厚，M為退火狀態(tài)，Y為硬狀態(tài)，Y2為1/2硬狀態(tài)。對于如下圖所示封閉式彎邊零件，其彎邊高度h最大不得超過40,若需大于40者，須經校核后方能使用。、彎曲的最小直邊高度彎曲的直邊高度不宜過小，否則不易成形足夠的彎矩，很難得到形狀準確的零件。其值hR+2t方可。 一般情況下的最小直邊高度要求彎曲件的直邊高度不宜太小，最小高度按圖要求：h2t。彎曲件的直邊高度最小值 特殊要求的直邊高度如果設計需要彎曲件的直邊高度h2t,，則首

16、先要加大彎邊高度，彎好后再加工到需要尺寸；或者在彎曲變形區(qū)內加工淺槽后，再折彎。特殊情況下的直邊高度要求 彎邊側邊帶有斜角的直邊高度當彎邊側邊帶有斜角的彎曲件時，側面的最小高度為：h=（24）t3mm彎邊側邊帶有斜角的直邊高度、彎曲的直邊變形處理、當aR時，彎曲后，b面靠a處仍然有一段殘余圓弧，為了避免殘余圓弧，必須使aR。、在U形彎曲件上，兩彎曲邊最好等長，以免彎曲時產生向一邊移位。如不允許，可設一工藝定位孔。、防止側面（梯形）彎曲時產生裂紋或畸形。應設計預留切槽，或將根部改為階梯形。槽寬K2t，槽深Lt+R+K/2。、防止圓角在彎曲時受壓產生擠料后起皺，應設計預留切口。如室外機側板（上端、

17、下端）圓角處切口形式。B 與蓋板厚度（t）相等、防止彎曲后，直角的兩側平面產生褶皺，應設計預留切口。、防止彎曲后，產生回彈的切口形式。a1.5t（t材料厚度)、防止沖孔后，彎曲產生裂紋的切口形式。、防止彎曲時，一邊向內產生收縮?？稍O計工藝定位孔，或兩邊同時折彎，還可用增加幅寬的辦法來解決收縮問題。、彎成直角的搭接形式。、凸部的彎曲若象a圖那樣彎曲線和階梯線一致，有時會在根部開裂變形。所以使彎曲線讓開階梯線如圖b，或設計切口如c、d那樣。、折彎件上的孔邊距孔邊距：先沖孔后折彎，孔的位置應處于彎曲變形區(qū)外，避免彎曲時孔會產生變形?？妆谥翉澾叺木嚯x見表。表 折彎件上的孔邊距、防止彎曲時，彎曲面上的孔

18、受力后會變形，孔邊距（至底根部）其值A4方可。、彎曲邊沖孔時，孔邊到彎曲半徑R中心的距離L不得過小，以免彎曲成型后會使孔變形。其值L2t方可。、局部彎曲的工藝切口 折彎件的彎曲線應避開尺寸突變的位置局部彎曲某一段邊緣時，為了防止尖角處應力集中產生彎裂，可將彎曲線移動一定距離，以離開尺寸突變處（圖a)，或開工藝槽（圖b)，或沖工藝孔（圖c) 。注意圖中的尺寸要求：SR ；槽寬kt；槽深Lt+R+k/2。 當孔位于折彎變形區(qū)內，所采取的切口形式當孔在折彎變形區(qū)內時，采用的切口形式示例、打死邊的設計要求打死邊的死邊長度與材料的厚度有關。如下圖所示，一般死邊最小長度L3.5t+R。其中t為材料壁厚，R

19、為打死邊前道工序的最小內折彎半徑。、設計時添加的工藝定位孔為保證毛坯在模具中準確定位，防止彎曲時毛坯偏移而產生廢品，應預先在設計時添加工藝定位孔，如下圖所示。特別是多次彎曲成形的零件，均必須以工藝孔為定位基準，以減少累計誤差，保證產品質量。、標注彎曲件相關尺寸時，要考慮工藝性、彎曲件的回彈影響回彈的因素很多，包括：材料的機械性能、壁厚、彎曲半徑以及彎曲時的正壓力等。折彎件的內圓角半徑與板厚之比越大，回彈就越大。從設計上抑制回彈的方法示例。彎曲件的回彈，目前主要是由生產廠家在模具設計時，采取一定的措施進行規(guī)避。同時，從設計上改進某些結構促使回彈角減小如下圖所示：在彎曲區(qū)壓制加強筋，不僅可以提高工

20、件的剛度，也有利于抑制回彈。2.16、拉深件的構形準則a. 拉深件的形狀應盡量簡單、對稱。b. 拉深件各部分尺寸比例要恰當，盡量避免設計寬凸緣和深度大的拉深件。（D凸3d， h2d）因為這類零件要較多的拉深次數(shù)。c. 拉深件的圓角半徑要合適，圓角半徑盡量取大些，以利于成型和減少拉深次數(shù)。、拉深件的圓角半徑。、拉深件或彎曲件沖孔的合適位置。、防止拉深時產生扭曲變形，A、B寬度應相等（對稱）即A=B。、拉伸件設計圖紙上尺寸標注的注意事項拉伸件由于各處所受應力大小各不相同，使拉伸后的材料厚度發(fā)生變化。一般來說，底部中央保持原來的厚度，底部圓角處材料變薄，頂部靠近凸緣處材料變厚，矩形拉伸件四周圓角處材

21、料變厚。、拉伸件產品尺寸的標準方法在設計拉伸產品時，對產品圖上的尺寸應明確注明必須保證外部尺寸或內部尺寸，不能同時標注內外尺寸。、拉伸件尺寸公差的標注方法拉伸件凹凸圓弧的內半徑以及一次成形的圓筒形拉伸件的高度尺寸公差為雙面對稱偏差，其偏差值為國標(GB)16級精度公差絕對值的一半，并冠以±號。2.17、提高零件強度的合理構型準則、對較長的鈑金件為了提高其強度，應該設計加固筋。、在彎曲件的彎角處再作彎折，能起到筋條的加強作用。    、加強筋在板狀金屬零件上壓筋，有助于增加結構剛性，加強筋結構及其尺寸選擇參見表。、打凸間距和凸邊距的極限尺寸打凸間距和凸邊距

22、的極限尺寸按下表選取。、百葉窗百葉窗通常用于各種罩殼或機殼上起通風散熱作用，其成型方法是借凸模的一邊刃口將材料切開，而凸模的其余部分將材料同時作拉伸變形，形成一邊開口的起伏形狀。百葉窗的典型結構參見圖。百葉窗尺寸要求：a4t；b6t；h5t；L24t；r0.5t。2.18、鈑金件常用螺釘?shù)卓讟嬓蜏蕜t、孔翻邊孔翻邊型式較多，本準則只關注要加工螺紋的內孔翻邊，如圖所示。螺 紋材料厚度t翻邊內孔D1翻邊外孔d2凸緣高度h預沖孔直徑D0凸緣圓角半徑RM30.82.553.381.61.90.613.251.62.20.53.381.81.93.5221.23.381.9220.63.52.161.51

23、.53.52.41.70.75M413.354.4622.30.51.24.351.922.70.64.52.162.34.652.41.51.54.462.42.50.754.652.71.824.562.22.41M51.24.255.62.430.61.55.462.42.50.755.62.735.7532.525.533.22.415.753.62.72.55.7543.11.25M61.55.17.033.60.7526.73.24.217.03.63.67.342.52.57.042.81.257.34.5337.04.83.41.5表 帶螺紋孔的內孔翻邊尺寸參數(shù)、螺釘、螺栓的過

24、孔和沉頭座螺釘、螺栓過孔和沉頭座的結構尺寸按下表選取取。對于沉頭螺釘?shù)某令^座，如果板材太薄難以同時保證過孔d2和沉孔D，應優(yōu)先保證過孔d2。用于螺釘、螺栓的過孔用于沉頭螺釘?shù)某令^座及過孔*要求鈑材厚度th。用于沉頭鉚釘?shù)某令^座及過孔*要求鈑材厚度th。2.19、鈑金件的尺寸公差公差是影響產品質量和價格的重要因素之一。在制造零件的時候，經驗告訴我們，無論投入多少成本和時間，完全按圖紙上標注的尺寸準確地加工出來幾乎是不可能的。產品設計無論從性能上還是經濟上都要滿足用戶的需要。從企業(yè)本身來說，也必須保持正常的利潤。為此公差必須由產品的性能和經濟兩方面來決定。所以設計要充分掌握公差的原則。、沖切件的尺

25、寸公差。、彎曲件的邊高h直線尺寸公差。注：彎曲邊長L 直線尺寸公差按表規(guī)定。、彎曲件的角度公差。、拉深件的高度h尺寸公差。   注：拉深邊長L 直線尺寸公差按表規(guī)定。、沖切件的斷面粗糙度。2.20、沖切件的毛刺允許高度、沖裁件毛刺的極限值沖裁件毛刺超過一定的高度是不允許的，沖壓件毛刺高度的極限值(mm)見下表。表 沖壓件毛刺高度的極限值材料壁厚材料抗拉強度   （N/mm2） 100250250400400630630 fmgfmgfmgfmg0.7 1.00.120.170.230.090.130.170.050.070.10.03

26、0.040.051.0 1.60.170.250.340.120.180.240.070.110.150.040.060.081.6 2.50.250.370.50.180.260.350.110.160.220.060.090.122.5 4.00.360.540.720.250.370.50.20.30.40.090.130.18* f級（精密級）適用于較高要求的零件；m級（中等級）適用于中等要求的零件；g級（粗糙級）適用于一般要求的零件。、設計圖紙中毛刺的標注要求* 毛邊方向：BURR  SIDE。* 需要壓毛邊的部位：COIN或COIN  CONTINUE。一般不要

27、整個結構件斷口全部壓毛邊，這樣會增加成本。盡量在下面情況使用：暴露在外面的斷口；人手經常觸摸到的銳邊；需要過線纜的孔或槽；有相對滑動的部位。圖 鈑金結構設計圖紙中毛刺的標注示例2.21、鈑金表面處理及鈑金材料、壓印工藝、壓花工藝簡介壓印、壓花工藝在鈑金件上應用很多，包括標簽粘貼位置指示、產品編碼、生產日期、版本、廠家代號、甚至圖案等，都可以利用這兩種工藝進行加工。壓印工藝壓印是使材料厚度發(fā)生變化，將擠壓的材料充塞在有起伏的模腔內，使零件上形成起伏花紋或字樣。一般情況下是在封閉模中進行，以免金屬被擠到模子型腔外面；對于比較大的零件或形狀特殊成形后進行切邊的零件，可在敞開模中進行。為使零件得到良好

28、的表面質量，成形前應將毛坯進行退火、酸洗、噴砂等處理。壓花工藝壓花工藝與壓印類似，只是變形的深度較小，所需的壓力也較小。壓花的方法，深度h(0.30.4t)時，在光面凹模上進行；深度h>0.4t時，在帶有與凸模配合的相應凹槽的凹模上進行，其凹模的寬度要比凸模上的大一些，深度要比凸模上的淺。、高碳鋼、低碳鋼對應的常用材料牌號列表材料種類圖紙標注牌號實際可使用的材料牌號材料規(guī)格（mm）材料大類耐指紋電鍍鋅鋼板DX2SECC-N2；MSE-CC-U0.8,1.0,1.2,1.5,2.0,2.5低碳鋼熱浸鋅板DX2GI；St02Z低碳鋼覆鋁鋅板DX2CS（TAPE A）低碳鋼耐指紋電鍍鋅鋼板DX2SECC低碳鋼磷化鍍鋅鋼板DX2SECC-P；BLCE+Z-P低碳鋼冷軋鋼板08SPCC低碳鋼磷化鍍鋅鋼板08SECC-P低碳鋼冷軋鋼板0808F低碳鋼冷軋鋼板0808低碳鋼冷軋鋼板0810F低碳鋼冷軋鋼板0810低碳鋼冷軋鋼板0815F低碳鋼熱軋鋼板Q235AQ235A3.0，4.0，6.0低碳鋼熱軋鋼板Q235A20低碳鋼熱軋鋼板Q335A35低碳鋼熱軋鋼板Q235A25低碳鋼鍍錫鋼板（馬口鐵）E1-T52SPTE 2.8/2.8；T-2.50.4低碳鋼彈簧鋼板（熱軋）65Mn65Mn0.1高碳鋼彈簧鋼板（熱軋）65Mn60Si2Mn0.1