鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則

1、鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則一1 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(gòu)件的加工工藝有其特殊性。和薄板構(gòu)件有關(guān)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(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要應考慮加工工藝的要求和特點。此外,要注意構(gòu)件的批量大小。薄板構(gòu)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(gòu)件。(2薄板構(gòu)件重量輕。(3加工量小,由于薄板表面質(zhì)量高,厚度方向尺寸公差小,板面不需

2、加工。(4易于裁剪、焊接,可制造大而復雜的構(gòu)件。(5形狀規(guī)范,便于自動加工。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計準則如何在薄板構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計時充分考慮加工工藝的要求和特點,這里推薦幾條設(shè)計準則并給出相應的例子。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 和圖2 以及圖3 。 圖4a 的結(jié)構(gòu)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(chǎn)時,宜用圖b所示結(jié)構(gòu)。 2. 2 節(jié)省原料準則節(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(gòu)件的設(shè)計中,要盡量減少下腳料

3、。特別在批量大的構(gòu)件下料時效果顯著,減少下角料的途徑有:(1減少相鄰兩構(gòu)件之間的距離(見圖5 和圖6 。 (2巧妙排列(見圖7 。 (3將大平面處的材料取出用于更小的構(gòu)件(見圖8 和圖9 。 2. 3 足夠強度剛度準則薄板由于很小的壁厚,所以剛度是很低的。尖角剛度不足,應以鈍角取代之(見圖10 。 兩孔之間的距離若太小,則在切割時有產(chǎn)生裂紋的可能(見圖11 。 細長的板條剛度低,也易在剪裁時產(chǎn)生裂紋,特別是對刀具的磨損嚴重,可見這樣的薄板結(jié)構(gòu)應避免(見圖12 。 2. 4 可靠沖裁準則圖13a 所示的半圓切線結(jié)構(gòu)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,

4、更重要的是,刀具由可磨損和安裝的誤差,精度通常達不到這么高的要求。這樣的結(jié)構(gòu)一旦加工稍有偏差,質(zhì)量很難保證,且切割外觀差。所以應采用圖b 所示的結(jié)構(gòu),它可保證可靠的沖裁加工質(zhì)量。 2. 5 避免粘刀準則在構(gòu)件中間沖裁切割時會出現(xiàn)刀具和構(gòu)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14 和圖15 。 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(chǎn)生裂紋的危險升高(見圖16 、圖17以及圖18 。 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(shè)計一個圓角,其半徑大于板厚的兩倍

5、(見圖19 。 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(chǎn)生裂紋,在內(nèi)側(cè)面上還會出現(xiàn)皺折(見圖20 、圖21 。 鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則二 1 引言 在薄板件結(jié)構(gòu)設(shè)計準則(一 一文中, 作者提出了七條薄板件的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則: 簡單形狀準則, 節(jié)省 原料準則, 足夠強度剛度準則, 可靠沖裁準則,避免粘刀準則, 彎曲棱邊垂直切割面準則, 平緩彎曲準則。 本文在上文的基礎(chǔ)上再推薦七條薄板件的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則。 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計準則 2. 1 避免小圓形卷邊準則 薄板構(gòu)件的棱邊常用卷邊結(jié)構(gòu), 這有多項好處。(1 加強了剛度; (2 避免了鋒利的棱邊; (3 美觀。 但卷邊應注意

6、兩點, 一是半徑應大于115 倍的板厚; 二是不要完全的圓形, 這樣加工起來困難,圖1b 和 圖2b 所示的卷邊比各自a 所示的卷邊易加工。 2. 2 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3 和圖4。 2. 3 復雜結(jié)構(gòu)組合制造準則 空間結(jié)構(gòu)過于復雜的構(gòu)件, 完全靠彎曲成形比較困難。 因此盡量將結(jié)構(gòu)設(shè)計得簡單一些, 在非復雜不 可的情況下, 可用組合構(gòu)件, 即將多個簡單的薄板構(gòu)件用焊接, 螺栓連接等方式

7、組合在一起。 圖5 是一個 純彎曲成形的結(jié)構(gòu)。圖6 是對應于圖5 的改進結(jié)構(gòu)。后者比前者加工容易。圖7b 的結(jié)構(gòu)比其圖7a 的結(jié) 構(gòu)易加工。 2. 4 避免直線貫通準則 薄板結(jié)構(gòu)有橫向彎曲剛度較差的缺點。大平板結(jié)構(gòu)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8a 所示的結(jié)構(gòu), 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8b 所示結(jié)構(gòu)沒有

8、潛在的連通失穩(wěn)慣性軸, 圖9 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(見圖10。 2. 5 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11 是一個卡車 上的電瓶箱, 它受動載作用, 圖11a 結(jié)構(gòu)在壓槽端都產(chǎn)生了疲勞破壞。而圖11b 結(jié)構(gòu)就不存在 這一問題。 陡峭的壓槽端面應避免(見圖12 , 可能的情況下壓槽延至邊界(見圖13。 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14。 2. 6 空間壓槽準則 空間結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)不只限于某一方面, 因此, 只在一個平面上設(shè)置壓槽不能達到提高整個結(jié)構(gòu)抗失穩(wěn) 能力的效果。例如圖15 和圖16 所示的U 型和Z 型結(jié)構(gòu), 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(shè)計成空間的(見